1、口腔疾病研究國家重點實驗室口腔疾病研究國家重點實驗室口腔生物學教研室口腔生物學教研室 李雨慶李雨慶教教 材：材：指定參考書指定參考書：1.1.周學東主編周學東主編 口腔微生態學，人民衛生出版社，口腔微生態學，人民衛生出版社，201320132 2. .周學東主編周學東主編 微生物生物膜與感染，人民衛生出版社，微生物生物膜與感染，人民衛生出版社，20122012周學東主編周學東主編 實用口腔微生物學與技術，人民衛生出版社，實用口腔微生物學與技術，人民衛生出版社，20092009 主主 要要 內內 容容牙菌斑（肉眼）牙菌斑（肉眼）牙菌斑細菌及牙菌斑細菌及EPS成分三維重建成分三維重建(CLSM)2

2、4h48h72hP.gS.mS.salivariusS.sanguinis玻片 樹脂 玻璃離子不同牙科材不同牙科材料表面口腔料表面口腔細菌黏附細菌黏附FISH技術一、定一、定 義義1683年年 發現牙面沉積物中有微小生物體發現牙面沉積物中有微小生物體（Van Leuwenhoek）1890年年 首次詳細論證了細菌、酸和齲病三者的關系首次詳細論證了細菌、酸和齲病三者的關系（Willoughby D. Miller ）1897年年 首先提出牙菌斑的概念首先提出牙菌斑的概念（James Leon Williams）1937年年 牙面上的微生物必須依賴于牙面特定的菌斑牙面上的微生物必須依賴于牙面特定的

3、菌斑環境代謝產酸環境代謝產酸（Forsdick）1963年年 牙菌斑是附著在牙面上不易被漱口液清洗掉牙菌斑是附著在牙面上不易被漱口液清洗掉的軟而粘的物質的軟而粘的物質（Dawes） 早期對牙菌斑的認識早期對牙菌斑的認識 牙菌斑牙菌斑 (dental plaque)存在于牙面或牙周袋內存在于牙面或牙周袋內的一個的一個細菌生態環境細菌生態環境，細菌在其中生長、發育細菌在其中生長、發育和衰亡，并進行著復雜和衰亡，并進行著復雜的物質代謝活動，在一的物質代謝活動，在一定條件下，細菌及其代定條件下，細菌及其代謝產物將會對牙齒和牙謝產物將會對牙齒和牙周組織產生破壞周組織產生破壞James Leon Will

4、iams (April 18, 1852 February 23, 1932) , American prosthodontist and pioneer dental histologist JOHN WILLIAM COSTERTON (July 21st, 1934 -May 12th, 2012) “the father of biofilm”生物膜（生物膜（biofilm）牙菌斑生物膜示意圖牙菌斑生物膜示意圖 牙菌斑生物膜牙菌斑生物膜生物膜的作用生物膜的作用二、分二、分 類類（一）根據所在部位分類（一）根據所在部位分類牙齦萎縮2齦下菌斑齦下菌斑(subgingival plaque)

5、 位于齦緣以下，分布在位于齦緣以下，分布在齦溝或牙周袋內齦溝或牙周袋內，分為附著齦下菌斑和非附著齦下菌斑。分為附著齦下菌斑和非附著齦下菌斑。附著齦下菌斑附著齦下菌斑非附著齦下菌斑非附著齦下菌斑 附著齦下菌斑附著齦下菌斑由齦上菌斑延伸到牙周袋內，附著于由齦上菌斑延伸到牙周袋內，附著于牙根面牙根面，其結構、成分與齦上菌斑相，其結構、成分與齦上菌斑相似，細菌種類增多，主要為似，細菌種類增多，主要為格蘭陽性格蘭陽性球菌及桿菌、絲狀菌球菌及桿菌、絲狀菌，還可見少量格，還可見少量格蘭陰性短桿菌和螺旋體蘭陰性短桿菌和螺旋體（二）根據致病作用分類（二）根據致病作用分類 （1）利用蔗糖的速度快，）利用蔗糖的速度

6、快，乳酸乳酸產生速度快；產生速度快； （2）產生多糖的速度快，接觸蔗糖）產生多糖的速度快，接觸蔗糖15分鐘內分鐘內 20%以上轉化為以上轉化為細胞內多糖細胞內多糖； （3）變鏈球菌變鏈球菌的數量多，而非致齲性菌斑中的數量多，而非致齲性菌斑中 血鏈球菌的數量多；血鏈球菌的數量多；（4）與）與產堿代謝相關酶產堿代謝相關酶（尿素酶、精氨酸脫亞（尿素酶、精氨酸脫亞胺酶）的活性較非致齲菌斑胺酶）的活性較非致齲菌斑低低致齲性菌斑的主要生物學特征致齲性菌斑的主要生物學特征:專性厭氧專性厭氧產黑色素產黑色素Socransky et. al. 1998. J Clin PeriodontolMost commo

7、nly found in patients with periodontal diseaseFound in both healthy patients and in periodontal lesions基底層基底層表表 層層中間層中間層（一）基底層（一）基底層Enamel crystalsPellicle lipid/protein layers (1-10 m)（二）中間層（二）中間層（三）表層（三）表層谷穗狀結構（谷穗狀結構（SEM） （一）微生物組成的特點（一）微生物組成的特點A spectral fluorescence image of 15 different species

8、of human oral microbes grown in the laboratory and labeled with taxon specific probes in a CLASI-FISH experiment. (Credit: Alex Valm)Neighbor-joining tree for human oral taxa in the phylum Tenericutes and the classes Bacilli and Erysipelotrichia of the phylum FirmicutesThe Human Oral Microbiome. JOU

9、RNAL OF BACTERIOLOGY, Oct. 2010, p. 50025017世界歷史分期世界歷史分期舊石器時代：通過狩獵和采集維持生活，制造簡單石器舊石器時代：通過狩獵和采集維持生活，制造簡單石器中石器時代：開始家畜馴養，使用打制石器中石器時代：開始家畜馴養，使用打制石器新石器時代：產生了新石器時代：產生了農業和畜牧業農業和畜牧業，磨光石器流行，磨光石器流行青銅時代：制造使用青銅器青銅時代：制造使用青銅器鐵器時代：制造使用鐵器鐵器時代：制造使用鐵器中世紀中世紀近近 代代現現 代代石石器器時時代代古古代代封建社會封建社會碳水化合碳水化合物大量攝物大量攝入入工業革命工業革命/食物更為食

10、物更為精細精細/糖糖LBK/Bell BeakerJewbury/St. Helen-on the Wallis/Raunds Furnells采集自正常人群相同部位的菌斑微生物組成采集自正常人群相同部位的菌斑微生物組成種類差異較大，但種類差異較大，但代謝功能相似。代謝功能相似。Nature. 2012 Jun 13;486(7402):207-14. 牙齦卟啉單胞菌牙齦卟啉單胞菌的檢出率明顯升高的檢出率明顯升高 開始有開始有變異鏈球菌變異鏈球菌檢出檢出 古代人口腔微生物古代人口腔微生物的的多樣性多樣性保持相對保持相對穩定（穩定（p 0.05p 0.05） 現代人口腔微生物現代人口腔微生物的的

11、多樣性多樣性明顯減低明顯減低致牙周病菌斑與非致牙周病菌斑的細菌構成致牙周病菌斑與非致牙周病菌斑的細菌構成（二）化學組成（二）化學組成1. 水水 占菌斑體積的占菌斑體積的30%-50%，重量的，重量的80%， 其中其中50%在菌細胞內，在菌細胞內，30%在菌斑基質在菌斑基質 中。基質中的水大約中。基質中的水大約25%呈游離狀態，呈游離狀態， 剩余部分與蛋白質結合呈結合態。剩余部分與蛋白質結合呈結合態。3. 糖糖 占牙菌斑千重的占牙菌斑千重的13%-18%，來源于，來源于食物和細菌，包括低分子可溶性糖，如食物和細菌，包括低分子可溶性糖，如單糖、雙糖、低聚糖和多糖。單糖、雙糖、低聚糖和多糖。不同底物

12、對生物膜不同底物對生物膜EPS的影響的影響PLoS Pathog 8(4): e1002623.生物膜形成過程中細菌細胞與生物膜形成過程中細菌細胞與EPS組成的動態變化組成的動態變化PLoS Pathog 8(4): e1002623.The Biofilm Life Cycle 唾液糖蛋白唾液糖蛋白選擇性吸附在牙齒表面所形成。選擇性吸附在牙齒表面所形成。1. 形成機制形成機制Enamel crystalsPellicle lipid/protein layers (1-10 m)（二）細菌的黏附和集聚（二）細菌的黏附和集聚疏水基團疏水基團疏水蛋白疏水蛋白細菌名稱細菌名稱黏附素黏附素受體受體血

13、鏈球菌血鏈球菌唾液酸蛋白唾液酸蛋白 粘蛋白粘蛋白輕型鏈球菌輕型鏈球菌唾液酸蛋白唾液酸蛋白 粘蛋白、淀粉酶粘蛋白、淀粉酶變異鏈球菌變異鏈球菌幾種蛋白幾種蛋白 粘蛋白、淀粉酶、富脯蛋白粘蛋白、淀粉酶、富脯蛋白 遠緣鏈球菌遠緣鏈球菌葡聚糖蛋白葡聚糖蛋白 葡聚糖葡聚糖粘性放線菌粘性放線菌I型菌毛型菌毛 富脯蛋白、富酪蛋白富脯蛋白、富酪蛋白II型菌毛型菌毛 半乳糖殘基、鏈球菌半乳糖殘基、鏈球菌內氏放線菌內氏放線菌II型菌毛型菌毛 半乳糖殘基、半乳糖殘基、 鏈球菌鏈球菌頰纖毛菌頰纖毛菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖殘基半乳糖殘基具核梭桿菌具核梭桿菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖殘基、膠原半乳糖殘基、膠原中間普

14、氏菌中間普氏菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖殘基、膠原半乳糖殘基、膠原牙齦卟啉單胞菌牙齦卟啉單胞菌菌毛、血細菌凝集素菌毛、血細菌凝集素 富脯蛋白、精氨酸、多肽膠原富脯蛋白、精氨酸、多肽膠原2. 集聚（集聚（aggregation） 一種細菌黏附于另一種細菌的表面一種細菌黏附于另一種細菌的表面稱之為集聚稱之為集聚（三）牙菌斑生物膜的成熟（三）牙菌斑生物膜的成熟1. 牙菌斑的生長周期牙菌斑的生長周期2. 成熟牙菌斑的形態結構特征成熟牙菌斑的形態結構特征（四）生物膜的分散（四）生物膜的分散Nature Reviews Microbiology. 2012; 10(1): 39-50Nature Rev

15、iews Microbiology. 2012; 10(1): 39-50 （一）糖代謝（一）糖代謝 尿素酶尿素酶(urease)及及精氨酸脫亞精氨酸脫亞胺酶胺酶(arginine deiminase)是口是口腔細菌最主要腔細菌最主要的兩條產堿代的兩條產堿代謝通路，對維謝通路，對維持持口腔微生態口腔微生態平衡平衡具有重要具有重要意義意義 小小 結結牙菌斑定定 義義基本結構基本結構組組 成成形成和發育形成和發育代代 謝謝致病性致病性 分分 類類 Hot Topics for Future Research Which genes are differentially expressed in b

16、iofilm? What is the biofilm phenotype? Can any of the biofilm associated genes provide targets for novel biofilm-specific antimicrobial agent? What is the exact chemical nature of matrix in the biofilm, and which components are essential for maitenance of biofilm structure? Signalling mechanisms in biofilm,particular complex signals in the multi-species biofilms? Host-pathogen interacti