DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-87382-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39971954
تاريخ النشر: 2025-02-19
المؤلف: Guy R. Adami وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في فعالية العوامل المضادة للميكروبات ضد الأغشية الحيوية الفموية، المرتبطة بمختلف الأمراض. غالبًا ما تكون التجارب السريرية التقليدية للمضادات الحيوية الفموية مكلفة وتنتج نتائج غير حاسمة. تقدم هذه الدراسة اختبارًا خارج الجسم باستخدام أغشية حيوية فموية تم الحصول عليها من لعاب المتبرعين، مما يظهر أن هذه الأغشية الحيوية يمكن أن تستجيب باستمرار للعلاجات المضادة للبكتيريا، كما تقاس من خلال الانخفاضات في تراكم الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) في الأنواع البكتيرية القابلة للإصابة. ومن الجدير بالذكر أنه بينما كانت الاستجابات متفاوتة بين المتبرعين، أظهرت بعض الأنواع البكتيرية قابلية تكرارية عبر عدة متبرعين. كانت المضادات الحيوية الفانكومايسين والبنسلين G فعالة في تثبيط مجموعة من البكتيريا إيجابية الجرام، بينما أظهر عصير التوت البري المخفف خصائص مضادة للبكتيريا ضد مجموعة من الأنواع الفموية، مما يشير إلى إمكانيته كعامل مضاد للميكروبات طبيعي.
تؤكد النتائج على إمكانية تكرار اختبار الأغشية الحيوية المفقودة، مع ملاحظات متسقة لملفات 16S rRNA عبر أيام مختلفة. وقد خفضت الضوابط الإيجابية، البنسلين G والفانكومايسين، بشكل كبير مستويات rRNA للجينات إيجابية الجرام، مما يتماشى مع آثارها المعروفة. ومن المثير للاهتمام، أن مستخلص التوت البري لم يقلل فقط من مستويات rRNA عبر أنواع مختلفة ولكن أيضًا اقترح قتل بكتيري نشط، مما يتحدى الافتراض حول استقرار الحمض النووي في الخلايا الميتة. استخدمت الدراسة تحليلات إحصائية قوية، بما في ذلك DESeq2 وMaAsLin2، لتقييم تأثير العلاج وتنوع المتبرعين على تركيب المجتمع البكتيري. بشكل عام، يقدم اختبار الأغشية الحيوية الفموية المفقودة طريقة واعدة لتقييم قابلية البكتيريا الفموية للعوامل المضادة للميكروبات، مما يسهل تحديد العلاجات ذات الصلة سريريًا.
النتائج
تبحث الدراسة في النشاط النسخي للميكروبيوم اللعابي المستمد من الأغشية الحيوية الفموية المفقودة، مع التركيز على تأثيرات عوامل مختلفة، بما في ذلك المضادات الحيوية وعصير التوت البري، على الأنواع البكتيرية. تم جمع عينات اللعاب من ثلاثة أشخاص على مدى أسبوع، مع ملاحظات اختلافات كبيرة بين الأشخاص في تنوع ألفا وبيتا. كشفت التحليلات أن 28% من تنوع بيتا كان مرتبطًا بهوية المتبرع و30% بنوع العلاج. ومن الجدير بالذكر أن التعرض للبنسلين G والفانكومايسين أدى إلى انخفاض مستويات البكتيريا إيجابية الجرام، بينما زادت الأنواع سلبية الجرام. على وجه التحديد، أظهرت 13 جنسًا وفرة متفاوتة مع علاج البنسلين G، وتأثرت 16 جنسًا بالفانكومايسين، مع ملاحظات مماثلة لعصير التوت البري.
أشارت التحليلات الإضافية إلى أنه بينما أظهرت مستويات 16S rDNA الكلية تغييرات طفيفة بعد العلاج، كانت مستويات 16S rRNA منخفضة بشكل كبير عبر جميع العلاجات مقارنة بالضوابط. كما أظهرت الدراسة إمكانية تكرار في تعبير rRNA عبر أيام وأشخاص مختلفين، مما يشير إلى أن منهجية استخدام الأغشية الحيوية المفقودة قوية للكشف عن الاستجابات البكتيرية الشائعة تجاه عوامل مختلفة. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على الطبيعة الديناميكية للميكروبيوم اللعابي واستجابته للعلاجات الخارجية، مما يوفر رؤى حول الإمكانية للتدخلات المستهدفة في صحة الفم.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تأثيرات عوامل مختلفة على مستويات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) في اختبار خارج الجسم للأغشية الحيوية الفموية المفقودة. لاحظت الدراسة تغييرات كبيرة في مستويات rRNA 16S المحددة من أنواع مختلفة بعد التعرض للمضادات الحيوية (البنسلين G والفانكومايسين) وعصير التوت البري. بينما تم ملاحظة تغييرات طفيفة متوقعة في مستويات rRNA على مدى فترة قصيرة من 4 ساعات، أشارت النتائج إلى أن بعض الأنواع أظهرت زيادات سريعة في rRNA، مما يشير إلى استجابات بكتيرية نشطة. على العكس من ذلك، قد تشير المستويات المنخفضة من rRNA في بعض الأنواع إلى إما نقص في التحفيز بسبب العوامل المثبطة أو انخفاض حقيقي في مستويات rRNA. تشير الاستجابات المختلفة عبر مجموعة متنوعة من الأنواع إلى أن الاختبار يلتقط بشكل فعال ديناميات السكان البكتيرية تحت العلاج.
تمت مناقشة انتقائية المضادات الحيوية أيضًا، مع التأكيد على آثارها المستهدفة على البكتيريا إيجابية الجرام، بينما أظهر علاج التوت البري تأثيرًا أوسع، حيث خفض كل من مستويات rRNA وrDNA بشكل كبير. وجدت الدراسة أن مستويات rRNA كانت مؤشرات أكثر حساسية للنشاط البكتيري مقارنة بمستويات rDNA، مما يدعم الفرضية بأن قياسات rRNA قد تكون متفوقة في تقييم آثار العوامل المضادة للبكتيريا في الوقت الحقيقي. ومع ذلك، اعترف المؤلفون بالقيود في مقارنة مستويات RNA وDNA بسبب التباينات المحتملة في تحلل البكتيريا وطرق تنقية الأحماض النووية. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات اختبار الأغشية الحيوية المفقودة لتقييم قابلية البكتيريا الفموية للعوامل المختلفة، مع تداعيات للدراسات المستقبلية في الجسم للتحقق من هذه النتائج.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-87382-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39971954
Publication Date: 2025-02-19
Author(s): Guy R. Adami et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
The research investigates the efficacy of antimicrobial agents against oral biofilms, which are linked to various diseases. Traditional clinical trials for oral-specific antibacterials are often expensive and yield inconclusive results. This study introduces an ex vivo assay using shed oral biofilms obtained from donor saliva, demonstrating that these biofilms can respond consistently to antibacterial treatments, as measured by reductions in ribosomal RNA (rRNA) accumulation in susceptible bacterial taxa. Notably, while responses varied among donors, certain bacterial taxa exhibited reproducible susceptibility across multiple donors. The antibiotics vancomycin and penicillin G effectively inhibited a subset of Gram-positive bacteria, while diluted cranberry juice demonstrated antibacterial properties against a range of oral taxa, indicating its potential as a natural antimicrobial agent.
The findings confirm the reproducibility of the shed biofilm assay, with consistent 16S rRNA profiles observed across different days. The positive controls, penicillin G and vancomycin, significantly reduced the steady-state levels of Gram-positive genera rRNA, aligning with their known effects. Interestingly, cranberry extract not only reduced rRNA levels across various taxa but also suggested active bacterial killing, challenging the assumption of DNA stability in dead cells. The study employed robust statistical analyses, including DESeq2 and MaAsLin2, to assess the impact of treatment and donor variability on bacterial community composition. Overall, the shed oral biofilm assay presents a promising method for evaluating the susceptibility of oral bacteria to antimicrobial agents, facilitating the identification of clinically relevant treatments.
Results
The study investigates the transcriptional activity of the salivary microbiome derived from shed oral biofilm, focusing on the effects of various agents, including antibiotics and cranberry juice, on bacterial taxa. Saliva samples were collected from three subjects over a week, with significant between-subject differences in alpha and beta diversity observed. The analysis revealed that 28% of the beta diversity was attributed to donor identity and 30% to treatment type. Notably, exposure to penicillin G and vancomycin resulted in decreased levels of Gram-positive bacteria, while Gram-negative taxa increased. Specifically, 13 genera showed differential abundance with penicillin G treatment, and 16 genera were affected by vancomycin, with similar trends noted for cranberry juice.
Further analysis indicated that while total 16S rDNA levels showed minimal changes post-treatment, 16S rRNA levels were significantly reduced across all treatments compared to controls. The study also demonstrated reproducibility in rRNA expression across different days and subjects, suggesting that the methodology of using shed biofilms is robust for detecting common bacterial responses to various agents. Overall, the findings highlight the dynamic nature of the salivary microbiome and its response to external treatments, providing insights into the potential for targeted interventions in oral health.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the effects of various agents on ribosomal RNA (rRNA) levels in an ex vivo assay of shed oral biofilm. The study observed significant changes in the levels of specific 16S rRNAs from different taxa following exposure to antibiotics (penicillin G and vancomycin) and cranberry juice. While the expected minimal changes in rRNA levels over a short 4-hour period were noted, the results indicated that some taxa exhibited rapid increases in rRNA, suggesting active bacterial responses. Conversely, lower levels of rRNA in certain species could indicate either a lack of stimulation due to inhibitory agents or true decreases in rRNA levels. The differential responses across a variety of taxa suggest that the assay effectively captures the dynamics of bacterial populations under treatment.
The selectivity of the antibiotics was also discussed, emphasizing their targeted effects on Gram-positive bacteria, while the cranberry treatment demonstrated a broader impact, reducing both rRNA and rDNA levels significantly. The study found that rRNA levels were more sensitive indicators of bacterial activity than rDNA levels, supporting the hypothesis that rRNA measurements could be superior for assessing the effects of antibacterial agents in real-time. However, the authors acknowledged limitations in comparing RNA and DNA levels due to potential discrepancies in bacterial lysis and nucleic acid purification methods. Overall, the findings underscore the potential of the shed biofilm assay to assess oral bacterial susceptibility to various agents, with implications for future in vivo studies to validate these results.