Initial biofilm formation in caries-active and caries-inactive individuals
Final Report Abstract
Die Pellikel ist der initiale Proteinfilm, der sich auf allen oral exponierten Festkörperoberflächen ausbildet. Sie hat protektive Eigenschaften, ist aber auch die Basis der bakteriellen Kolonisation. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden erstmalig Pellikel und initiale bakterielle Kolonisation bei kariesaktiven (n=13) und kariesinaktiven (n=14) Probanden untersucht und gegenübergestellt, um pathomechanistische Hintergründe der Kariesinitiation weitergehend zu untersuchen. Dies erfolgte in einer methodischen Breite, die bislang für diese Fragestellung noch nicht angewandt wurde und nahezu alle derzeit potentiell relevanten Untersuchungsverfahren berücksichtigt. Im Rahmen des Projekts wurden die fluoreszenzmikroskopische Visualisierung von Pellikelkomponenten, die Proteomanalytik der Pellikel und das Next-Generation-Sequencing neu etabliert. Die Proteomanalytik der Pellikel ergab, dass das Proteom der 3-min Pellikel aus bis zu 546 Proteinen und Peptiden besteht. Auch wenn ein Großteil dieser Proteine Probanden-unabhängig adsorbiert, gibt es Proteinfraktionen, die ausschließlich bei kariesinaktiven bzw. kariesaktiven Probanden nachweisbar waren. Des Weiteren ergänzen die Untersuchungen des Pelikelproteoms die bestehenden Datenbanken zum humanen Proteom. Für die Aktivität der untersuchten Pellikelenzyme konnte kein Einfluss der Kariesaktivität aufgezeigt werden. Allerdings kommt die Isoform GTF D der bakteriellen Glycosyltansferase bei Kariesaktiven tendenziell häufiger vor (Goldimmunolabellingverfahren, TEM). Mit fluoreszenzmikroskopischen Verfahren konnte kein Einfluss der Kariesaktivität auf das Muster der bakteriellen Kolonisation, auf die Glucanbildung und die Verteilungsmuster von enzymatischen Pellikelkomponenten nachgewiesen werden. Die transmissionselektronenmikroskopische Untersuchung der Pellikel zeigte eine ähnliche Ultrastruktur der Pellikel bei den Untersuchungsgruppen, bei kariesinaktiven Individuen war die Pellikel jedoch tendenziell dicker, dichter und zeigte eher granuläre Strukturen. Die Phänotypisierung der kultivierbaren Mutans-Streptokokken ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen der kariesaktiven und in kariesinaktiven Individuen. Das für die initiale Phase der Bioadhäsion erstmalig untersuchte Mikrobiom bzw. dessen Diversität unterschieden sich bei kariesaktiven und kariesinaktiven Probanden. Basierend auf den im Rahmen der Studie sequenzierten Speichel- und Biofilmproben bestanden bei 122 Bakterien signifikante Unterschiede zwischen beiden Gruppen. Hervorzuheben ist in diesem Kontext, dass die in der Literatur postulierte Verminderung der Biodiversität im Falle klinisch vorliegender Karies nicht bestätigt werden konnte. Mit den umfassenden vorliegenden Daten wurde eine wissenschaftlich valide Basis geschaffen für eine prospektive Kariesrisikoabschätzung auf der Basis ausgewählter Parameter. Die vollumfängliche Datenaufbereitung konnte im bewilligten Förderzeitraum nicht abgeschlossen werden, so dass weitergehende Erkenntnisse noch zu erwarten sind (Korrelationen der Parameter).
Publications
- Fluorescence microscopic visualization of non-cellular components during initial bioadhesion in situ. Arch Oral Biol 2013;58(10):1271-81
Kensche A, Basche S, Bowen WH, Hannig M, Hannig C
(See online at https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2013.07.006) - Der orale Biofilm – neue Perspektiven zu einem alten Thema? DZZ, 2014, 69 (11), 658-673
Wolff D, Kensche A, Rupf S, Hannig M, Hannig C
- Kariesprophylaxe – aktueller Stand und zukünftige Herausforderungen. DZZ, 2014; 69 (10), 594-605
Rupf S, Hannig C, Hannig M
- Deciphering the Microbial Composition of Initial Oral Biofilms by High- Throughput-Sequencing. Caries Res 2015; 49: 8; ORCA 2015
S. Rupf, M. Hannig, A. Erol, S. Tierling, C. Lo Porto, J. Walter, A. Keller, C. Backes, J. Kirsch, C. Hannig
