stringtranslate.com

Оральная экология

Оральная экология — это микробная экология микроорганизмов, обнаруженных в полости рта . Оральная экология, как и все формы экологии , включает в себя изучение живых существ, обнаруженных в полости рта, а также их взаимодействия друг с другом и с окружающей средой. Оральная экология часто исследуется с точки зрения профилактики заболеваний полости рта, часто сосредотачиваясь на таких состояниях, как кариес зубов (или «полости»), кандидоз («молочница»), гингивит , заболевания пародонта и других. Однако многие из взаимодействий между микробиотой и средой полости рта защищают от болезней и поддерживают здоровье полости рта. Взаимодействие между микробами и их средой может привести к стабилизации или дестабилизации микробиома полости рта , при этом дестабилизация, как полагают, приводит к болезненным состояниям. Дестабилизация микробиома может быть вызвана несколькими факторами, включая изменения в рационе питания, прием лекарств или нарушения иммунной системы .

История

Бактерии были впервые обнаружены под микроскопом голландским ученым Антоном ван Левенгуком в конце 17-го века в его собственном образце ротовой полости здорового человека. [1] После использования этой технологии на здоровом образце Левенгук применил свой инструмент к разрушенному зубному веществу своей жены, где он заметил, что присутствующие организмы были очень похожи на те, которые были обнаружены в сыре. [1] Считается, что это, вероятно, были молочнокислые бактерии, однако связь между выработкой бактериальной кислоты и кариесом зубов была раскрыта лишь гораздо позже. После этого открытия и дальнейшего развития микроскопии бактерии были обнаружены в полостях зубов несколькими учеными на протяжении 19-го века. [2] [3] [4] [5] [6] [7] Уиллоуби Миллер был первым зарегистрированным микробиологом ротовой полости, и он провел большую часть своих основополагающих микробиологических исследований в лаборатории знаменитого микробиолога Роберта Коха . В это время Миллер разработал хемо-паразитарную (также называемую «кислотогенной») теорию кариеса, которая предполагала, что разрушение зубов инициируется бактериальной кислотой, вырабатываемой на поверхности зубов. [8] Эта теория считается основополагающей в области стоматологии, а также экологии полости рта, поскольку она устанавливает связи между деятельностью микробных сущностей и ее влиянием на их неживую микроскопическую среду. [2] [9]

В экологическом плане ранние работы в области микробиологии полости рта в значительной степени попадают в категорию микробных исследований, которые сейчас описываются как «редукционистские», что в целом означает, что они в значительной степени сосредоточены на изоляции отдельных микробов перед наблюдением или тестированием. [10] Только в конце 20-го века «целостные» подходы к микробиологии полости рта стали популярными, и, таким образом, микробная экология была намеренно изучена. Целостная микробиология рассматривает не только интересующий организм, но и биологический и абиотический контекст, в котором организм естественным образом находится. Ученому Филиппу Маршу приписывают разработку экологической гипотезы зубного налета в 1994 году, в которой он предположил, что зубной налет может быть как нормальным и здоровым, так и «кариесогенным» (создает полости), в зависимости от микробного сообщества (или « консорциумов »), присутствующих в биопленке , и стабильности сообщества. [11] Кроме того, в своей теории Марш связывает воздействие неживой окружающей среды на микробное сообщество с выбором и изменением микробных компонентов, которые могут вызывать кариесогенные состояния.

Оральная среда

Зубы, слюна и ткани полости рта являются основными компонентами среды полости рта, в которой обитает микробиом полости рта. Как и большинство сред, некоторые среды полости рта, такие как зубы и слюна , являются абиотическими (неживыми), а некоторые являются живыми, например, иммунная система хозяина или слизистые ткани полости рта хозяина , включая десны, щеки («щечное») и язык (если присутствует).

Абиотический

Слюна выполняет множество функций в экологии полости рта. Например, она создает физическое нарушение для микробов посредством промывания. Было показано, что увеличение слюноотделения посредством стимуляции (например, жеванием резинки) уменьшает образование кариесогенного налета. [12] Слюна также в значительной степени отвечает за pH окружающей среды, содержание воды, питательные вещества и вырабатываемые хозяином иммунные клетки и антимикробные вещества . Одним из основных антимикробных веществ, обнаруженных в слюне (а также в слизи), является лизоцим , фермент, который расщепляет бактериальные клетки. Другая важная роль, которую слюна играет в микроскопической среде, заключается в поставке гликопротеинов, которые бактерии используют для прикрепления к поверхности зубов. [12] [13] [14]

Зубы являются еще одним примером абиотических факторов окружающей среды, участвующих в экологии полости рта. Бактерии оседают на поверхности зубов как на твердом субстрате, на котором они растут. По сравнению с плаванием в слюне, бактерии на зубах приобретают устойчивость окружающей среды, так что они испытывают постоянную среду температуры, относительного воздействия кислорода, плотности питательных веществ, физических нарушений и т. д. В то время как зубы обеспечивают стабильность микробному сообществу, известно, что чрезмерный рост бактерий приводит к кариесу зубов, в первую очередь из-за выработки кислоты из-за ферментативного метаболизма, потребляющего сахар. Некоторые организмы, связанные с этим состоянием, являются лактобациллами , которые вырабатывают молочную кислоту, разрушающую зубную эмаль. В результате диета хозяина также влияет на экологию полости рта, изменяя pH слюны и содержание питательных веществ. В результате микробная жизнь взаимодействует со средой полости рта.

Содержание кислорода является основной переменной, которая может влиять на тип микробной флоры, присутствующей в полости рта. Эта переменная немного уникальна для полости рта из-за ее воздействия на внешнюю часть тела хозяина. В экологии ниши представляют собой набор условий, которые могут быть связаны с присутствием определенного организма. Таким образом, изменение концентрации кислорода во рту может быть фактором дифференциации ниши в этой среде. В микроскопическом масштабе концентрация кислорода может диктовать, где во рту аэробные , анаэробные , факультативно анаэробные , аэротолерантные или микроаэрофильные микробы растут или образуют биопленку. Сами биопленки могут помочь регулировать воздействие кислорода и удерживать анаэробные организмы внутри, что добавляет сложности нишам в полости рта.

Другое абиотическое влияние окружающей среды на экологию полости рта включает использование лекарств, особенно антибиотиков и пероральных антибиотиков. Антибиотики могут убивать бактерии полости рта, а также вызывать вторичные экологические эффекты, такие как уменьшение слюны, что приводит к дальнейшим изменениям в абиотической микросреде. [15] Дестабилизация бактерий в микробиоме, которая приводит к заболеванию, известна как бактериальный дисбиоз . Например, дестабилизация бактериального сообщества во рту может привести к цветению грибковых сообществ, что приводит к таким заболеваниям, как молочница. [16] Кроме того, развитие популяций, устойчивых к антибиотикам, в ответ на лечение может привести к перенаселению устойчивых бактерий после завершения лечения, нарушая относительное изобилие, обнаруженное до лечения.  

Биотический (небактериальный)

Хозяин полости рта, в которой изучается экология полости рта, также имеет значение. Это пример биотического или живого фактора окружающей среды. Общее здоровье хозяина и функция иммунной системы имеют решающее значение для микрофлоры полости рта, поскольку они определяют, какие микробы способны выживать во рту. Врожденная иммунная система , которая действует у животных непрерывно, независимо от наличия заболевания, наиболее важна из-за ее постоянной роли в экологии полости рта как у здоровых, так и у нездоровых хозяев. Это включает в себя выработку свободно плавающих антител , макрофагов и других иммунных клеток, присутствующих в слюне. В здоровом, стабильном состоянии иммунная система хозяина допускает колонизацию определенных микробов, не нацеливаясь на них. Это можно описать как «иммунное равновесие» или условия, при которых хозяин и микробиота в микробиоме полости рта симбиозируют . [17]

Человек

Бактериальный

В микробной экологии принцип приоритетного эффекта относится к конкурентному преимуществу, которое некоторые микроорганизмы получают, колонизируя поверхность первыми. [18] Обычно считается, что первичная колонизация происходит путем передачи от матери или грудного молока ( вертикальная передача ), а также из окружающей среды новорожденного ( горизонтальная передача ). [18] [19] Было обнаружено, что в разных местах полости рта ранними колонизаторами являются разные микробы. [17] [18] [20] Самыми первоначальными колонизаторами зубов считаются Streptococcus , род бактерий, которые обычно являются факультативными анаэробами , которые могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Это выгодно в среде, которая в течение дня по-разному подвергается воздействию кислорода, а также во всей полости рта. Несмотря на то, что с человеческим ротом связано более 700 уникальных видов бактерий, в зубном налете только 7-9 «основных игроков» неоднократно идентифицировались как ранние колонизаторы, включая виды Actinomyces , Streptococcus , Neisseria и Veillonella . [21] [2] Считается, что колонизация этих специфических родов бактерий влияет на стабильность и гомеостаз образующейся микрофлоры полости рта. [22] Эта колонизация происходит путем построения и адгезии к пленке , состоящей из гликопротеинов из слюны хозяина. [12] [13] [14] После адгезии к пленке ранние колонизирующие бактерии начинают производить биопленку, предназначенную для закрепления колонии на зубе. Как это часто бывает в микробиомах, эта биопленка не остается одним родом или видом. Фактически, подавляющее большинство соответствующих микробов выполняют совместную агрегацию внутри биопленки. [23] [20] [24] Однако понятно, что не все микробы будут объединяться вместе, и амменсальная активность действительно имеет место между определенными видами, такими как S. mutans и P. gingivalis . [14] Межбактериальные взаимодействия, а также взаимодействия с зубами хозяина, кислородными условиями и слюной составляют бактериальную экологию полости рта.  

Небактериальный

Бактерии, хотя и являются наиболее многочисленными, не являются единственным видом микробиоты, присутствующей в полости рта. Также присутствуют грибковые/дрожжевые клетки, в частности, включая род Candida . Виды дрожжей C. albicans и C. tropicalis известны как комменсалы во рту человека, что означает, что они являются частью нормальной флоры, которая вступает во взаимовыгодные отношения со своим хозяином. [25] Они являются наиболее многочисленными небактериальными микробами, выделенными из полости рта человека. Как описано в разделе выше, совместная агрегация в биопленке не является редкостью, включая сосуществование дрожжей с бактериями. [26] Известно, что Candida albicans избирательно участвует в «двухвидовых» биопленках с определенными видами бактерий Streptococcus посредством фактического прикрепления дрожжей к поверхности бактериальной клетки. [27] [28] Это позволяет дрожжам косвенно закрепляться на поверхности зуба, чтобы обрести стабильность.

Некоторые другие, но значительно менее распространенные , небактериальные микробы во рту человека включают грибки родов Cryptococcus , Aspergillus и Fusarium . [29]

Ссылки

  1. ^ ab van Leeuwenhoek A (27 июля 1700 г.). «Письмо королевскому обществу». Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 265. Smith & Walford: 635.
  2. ^ abc He XS, Shi WY (июнь 2009 г.). «Микробиология полости рта: прошлое, настоящее и будущее». International Journal of Oral Science . 1 (2): 47–58. doi : 10.4248/ijos.09029. PMC 2949409. PMID  20687296. 
  3. ^ Эбботт Ф. (1879). «Кариес человеческих зубов». Dental Cosmos . 21 (2): 113–119.
  4. ^ Блэк Г. В. (1884). Образование ядов микроорганизмами: биологическое исследование микробной теории болезней. Филадельфия, Пенсильвания: P. Blakiston, Son & Company.
  5. ^ Уильямс Дж. Л. (1897). «Вклад в изучение патологии эмали». Dental Cosmos . 39 (3): 169–196.
  6. ^ Вебб М. Х. (1883). Заметки об оперативной стоматологии. Филадельфия, Пенсильвания: SS White Dental Manufacturing Company.
  7. ^ Ruby JD, Cox CF, Akimoto N, Meada N, Momoi Y (2010). «Феномен кариеса: временная шкала от колдовства и суеверий до мнений 1500-х годов и сегодняшней науки». Международный журнал стоматологии . 2010 : 432767. doi : 10.1155/2010/432767 . PMC 2913523. PMID  20706536 . 
  8. ^ Миллер У. Д. (1890). Микроорганизмы человеческого рта. Филадельфия, Пенсильвания: SS White Dental Manufacturing Company.
  9. ^ Россомандо ЭФ (2020). «Влияние хемо-паразитарной теории Миллера на клиническую стоматологию и стоматологические исследования 20-го века». Dental Hypotheses . 11 (2): 31. doi : 10.4103/denthyp.denthyp_39_20 . ISSN  2155-8213. S2CID  219709808.
  10. ^ Tecon R, Mitri S, Ciccarese D, Or D, van der Meer JR, Johnson DR (2019-02-26). «Преодоление холистическо-редукционистского разделения в микробной экологии». mSystems . 4 (1). doi :10.1128/msystems.00265-18. PMC 6365645 . PMID  30746494. 
  11. ^ Marsh PD (июль 1994 г.). «Микробная экология зубного налета и ее значение для здоровья и болезней». Advances in Dental Research . 8 (2): 263–271. doi :10.1177/08959374940080022001. PMID  7865085. S2CID  32327358.
  12. ^ abc Tiwari M (январь 2011 г.). «Наука о человеческой слюне». Журнал естественных наук, биологии и медицины . 2 (1): 53–58. doi : 10.4103/0976-9668.82322 . PMC 3312700. PMID  22470235 . 
  13. ^ ab Liljemark WF, Bloomquist C (апрель 1996 г.). «Экология микробов полости рта человека, кариес зубов и заболевания пародонта». Critical Reviews in Oral Biology and Medicine . 7 (2): 180–198. doi : 10.1177/10454411960070020601 . PMID  8875032.
  14. ^ abc Hojo K, Nagaoka S, Ohshima T, Maeda N (ноябрь 2009 г.). «Бактериальные взаимодействия в развитии зубной биопленки». Journal of Dental Research . 88 (11): 982–990. doi :10.1177/0022034509346811. PMID  19828884. S2CID  25071650.
  15. ^ Cheng X, He F, Si M, Sun P, Chen Q (2022-01-31). «Влияние использования антибиотиков на содержание антител в слюне и микробиоту полости рта у крыс Sprague Dawley». Frontiers in Cellular and Infection Microbiology . 12 : 721691. doi : 10.3389 /fcimb.2022.721691 . PMC 8843035. PMID  35174102. 
  16. ^ Hofer U (июль 2022 г.). «Как антибиотики предрасполагают к кандидозу». Nature Reviews. Микробиология . 20 (7): 382. doi :10.1038/s41579-022-00749-2. PMID  35595852. S2CID  248947826.
  17. ^ ab Yu JC, Khodadadi H, Baban B (март 2019 г.). «Врожденный иммунитет и микробиом полости рта: персонализированный, предиктивный и профилактический подход к лечению заболеваний полости рта». Журнал EPMA . 10 (1): 43–50. doi :10.1007/s13167-019-00163-4. PMC 6459445. PMID  30984313 . 
  18. ^ abc Nappi J, Goncalves P, Khan T, Majzoub ME, Grobler AS, Marzinelli EM и др. (январь 2022 г.). «Эффекты дифференциального приоритета влияют на таксономию и функциональность микробиомов, связанных с хозяином». Молекулярная экология . 32 (23): 6278–6293. doi :10.1111/mec.16336. PMID  34995388.
  19. ^ Holgerson PL, Vestman NR, Claesson R, Ohman C, Domellöf M, Tanner AC и др. (февраль 2013 г.). «Профиль микроорганизмов полости рта отличает грудных детей от детей, вскармливаемых смесью». Журнал детской гастроэнтерологии и питания . 56 (2): 127–136. doi :10.1097/MPG.0b013e31826f2bc6. PMC 3548038. PMID 22955450  . 
  20. ^ ab Simón-Soro A, Tomás I, Cabrera-Rubio R, Catalan MD, Nyvad B, Mira A (июль 2013 г.). «Микробная география полости рта». Journal of Dental Research . 92 (7): 616–621. doi :10.1177/0022034513488119. PMID  23674263. S2CID  34725297.
  21. ^ Бабаахмади КГ, Марш П.Д., Чаллакомб С.Дж., Ньюман Х.Н. (февраль 1997 г.). «Изменения в преобладающей культивируемой микрофлоре зубного налета в определенных подсайтах на апроксимальных поверхностях зубов у детей». Архивы оральной биологии . 42 (2): 101–111. doi :10.1016/S0003-9969(96)00116-1. PMID  9134122.
  22. ^ McLean JS (2014). «Достижения в направлении системного уровня понимания микробиома полости рта человека». Frontiers in Cellular and Infection Microbiology . 4 : 98. doi : 10.3389/fcimb.2014.00098 . ISSN  2235-2988. PMC 4114298. PMID 25120956  . 
  23. ^ Феррер МД, Мира А (апрель 2016). «Архитектура биопленки полости рта в микробном масштабе». Тенденции в микробиологии . 24 (4): 246–248. doi :10.1016/j.tim.2016.02.013. PMID  26962018.
  24. ^ Зейнге В., ван Леувен М.Б., Дегенер Дж.Э., Аббас Ф., Турнхер Т., Гмюр Р., Хармсен Х.Дж. (февраль 2010 г.). «Архитектура биопленки полости рта на натуральных зубах». ПЛОС ОДИН . 5 (2): е9321. Бибкод : 2010PLoSO...5.9321Z. дои : 10.1371/journal.pone.0009321 . ПМЦ 2827546 . ПМИД  20195365. 
  25. ^ Cannon RD, Chaffin WL (июнь 1999). «Оральная колонизация Candida albicans». Critical Reviews in Oral Biology and Medicine . 10 (3): 359–383. doi : 10.1177/10454411990100030701 . PMID  10759414.
  26. ^ Холмс AR, Кэннон RD, Дженкинсон HF (сентябрь 1995 г.). «Взаимодействие Candida albicans с бактериями и молекулами слюны в биопленках полости рта». Журнал промышленной микробиологии . 15 (3): 208–213. doi :10.1007/BF01569827. PMID  8519479. S2CID  7278060.
  27. ^ Монтелонго-Хауреги Д., Савиль СП., Лопес-Рибо ДЖ. Л. (июнь 2019 г.). «Вклад диморфизма Candida albicans, адгезивных взаимодействий и внеклеточного матрикса в формирование двухвидовых биопленок со Streptococcus gordonii». mBio . 10 (3): e01179–19. doi :10.1128/mBio.01179-19. PMC 6581863 . PMID  31213561. 
  28. ^ O'Sullivan JM, Jenkinson HF, Cannon RD (январь 2000 г.). «Адгезия Candida albicans к оральным стрептококкам стимулируется селективной адсорбцией слюнных белков на поверхности стрептококковых клеток». Microbiology . 146 (Pt 1): 41–48. doi : 10.1099/00221287-146-1-41 . PMID  10658650.
  29. ^ Баумгарднер DJ (28.10.2019). «Оральная грибковая микробиота: к молочнице и далее». Журнал пациенто-ориентированных исследований и обзоров . 6 (4): 252–261. doi :10.17294/2330-0698.1705. PMC 6827844. PMID  31768404 . 

Дальнейшее чтение