Диссертация (Мониторинг формирования микробной биопленки и оптимизация диагностики воспалительных заболеваний пародонта), страница 6

осуществлять в биопленке кворум-сенсинг,которыйсамчерезпатогеныможетрегулироватьэкспрессиюгеноввирулентности. Более того, и ответ организма хозяина, и факторы среды припародонтите могут влиять на образование биопленки и экспрессию генавирулентности у пародонтопатогенов.Среда в полости рта — это идеальное (богатое питательными веществами итеплое) место как для роста бактерий, так и для формирования их сообществ. Повыражению известного исследователя этой проблемы И. И. Олейника (1991),«это и питательная среда, и термостат одновременно» [65].

Эта первая частьпищеварительного тракта предоставляет бактериям идеальные лишенныеприкрытия поверхности зубов, к которым они могут прикрепиться и где онимогут размножаться [54, 242, 387].Ротовая полость изобилует энзимами, расщепляющими белки; для неехарактерны изменения значений pH, силы сдвига и высокие скорости движенияжидкостей.

Несмотря на эти относительно жесткие условия, бактерии,обитающие в ротовой полости, разработали механизмы выживания, обратив себев пользу среду обитания. Следствием их выживания и продуктом ихжизнедеятельности является зубной налет — биопленка, состоящая изкомпонентов выделений хозяина, полисахаридов и бактерий [319].

В качествепримеров бактерий ротовой полости, способных формировать биопленки на26зубах и десне, можно привести следующие виды микроорганизмов: Streptococcusmutans, Porphyromonas gingivalis, Actinobacillus actinomycetemcomitans иBacteroides forsythus [175]. S. mutans синтезирует полимеры глюкозы (глюканы)из очищенной сахарозы с помощью внеклеточной глюкозилтрансферазы [252].Эти полисахариды формируют ворсистое покрытие и позволяют бактериямисключительно эффективно прикрепляться к поверхности зубов.

Далее штамм S.mutans способен выдерживать кислую среду и в то же время выделятьдополнительные кислые продукты жизнедеятельности, таким образом усиливаяболезнетворность и потенциальное развитие кариеса зубов. Дефицит селектинаиндуцирует повышенную уязвимость к бактериальной колонизации ипрогрессивному развитию заболевания [357].Поэтому в настоящем обзоре мы считаем необходимым обсудить эту сетькоммуникационных молекулярных взаимодействий (рис. 1).Рис.

1. Схема взаимодействия между пародонтопатогенами иорганизмом хозяина в поддесневой средеБиопленка на поверхности зубов активирует как врожденный, так иадаптивный иммунные ответы организма хозяина, что, в свою очередь,оказывает обратное действие на биопленку. Поскольку в промежутках междузубами и под пришеечной частью десны скапливаются бактерии, нейтрофилы27организма хозяина прибывают в эту область, и это позволяет контролироватьчисленность и удалять вредоносные микроорганизмы.

Несмотря на их активныйприток [452], нейтрофилы — непродуктивное средство удаления образующейсябактериальной биопленки [416].Если штамм S. mutans растет в присутствии сахарозы, он лучше способенпротивостоять нейтрофилам [437]. Хотя заранее инкубированные в сахарозебактерии вызывают увеличение нейтрофильных богатых кислородом продуктовтолько в 1,5 раза по сравнению с необработанными бактериями [437].Преинкубация в сахарозе бактерий Streptococcus связано с повышеннымлизосомальным выделением и нейтрофильным фагоцитозом [128].Полиморфноядерные лейкоциты, прибывающие в очаг поражения подвоздействием хемотаксических факторов, например, градиента IL-8 и ICAM-1 вэпителии соединительной связки периодонта, инициируют первую линиюзащиты организма хозяина [454].К этим характеристикам следует отнести: температуру; pH среды; железо и гемины; гормоны; факторы окислительного стресса; факторы воспаления и цитокины.Изменения микроэкологии полости рта оказывают воздействие на различныефункции и вирулентность различных видов микробов.

Бактерии могутреагировать на температурные изменения на уровне протеинов, например,регуляторов транскрипции, киназ (в том числе гистидин-киназы в сочетании срегулятором ответа цитоплазмы) и шаперонов, а также через их мембранныелипиды [419]. В пародонтальном кармане происходит локальное повышениеподдесневой температуры приблизительно на 2 ОС по сравнению со здоровымизонами полости рта [209].28Вследствие повышения температуры в поддесневой области воспалительнаяреакция вызывает выделение из клеток организма хозяина таких активных формкислорода (АФК), как перекись водорода (H2O2) и супероксид (O2–), а такжецитокинов, которые должны уничтожить бактерии.

Тем не менее биопленкаявляется сообществом, и поэтому в процессе воспаления могут изменятьсяхарактеристики не только бактерий и их вирулентности, но и межклеточногоматрикса [454].Повышение температуры влияет также на прикрепление бактерий, ихкоаггрегацию и выработку протеаз [119, 352, 376, 407]. В ответ на повышениетемпературы наблюдаются уменьшение экспрессии протеаз и снижениерегуляции генов P. gingivalis, кодирующих фимбриальные протеины [119, 352].Более того, по-видимому, температура влияет также на структуру липида А P.gingivalis. В условиях повышенной температуры увеличивается содержаниемонофосфоририлированного пента-ацилированного липида А [181].

Этот липидА, в свою очередь, по-видимому, является более мощным активатором Tollподобного рецептора 4 организма хозяина (TLR4), и он делает бактерии болееустойчивыми к дефензинам организма хозяина [181].Повышение температуры — это защитный механизм организма хозяина,который запускается в ответ на экспрессию генов вирулентности и генов белкатеплового шока у бактерий [419]. Вместе с тем в рассматриваемом аспектечистый эффект повышения температуры, видимо, заключается в том, что онблагоприятствует пародонтопатогенам в поддесневых биопленках, потому что вочагах поражения с повышенными температурами обнаруживаются в большихколичествах Prevotella intermedia, P.

gingivalis и A. actinomycetemcomitans [243].Среда (pH) в пародонтальных карманах и особенно в десневой жидкостихарактеризуется щелочными значениями, которые могут достигать более 8,5[144, 145, 202]. Некоторые пародонтопатогены, такие как P. gingivalis, P.intermedia и F. Nucleatum, способны повышать pH среды путем ферментированияаминокислот (этот результат был получен in vitro [444]) — из-за этого можеттакже локально подщелачиваться микросреда в поддесневых биопленках.29Показано, что если щелочная pH равна 8,2, то у F. nucleatum повышаетсягидрофобность поверхности клеток, клетки коаггрегируют и инициируетсяобразование биопленки.

При этом уменьшается внутриклеточное содержаниеполиглюкозы и увеличиваются отдельные клетки [482]. Если та же F. nucleatumрастет в условиях немного более низкого pH, чем 8,2, например, при pH 7,8, в ееклеткахувеличиваетсяэкспрессияформиминотетра-гидрофолатциклодезаминазы, которая может повышать окружающий уровеньpH [484]. Кроме этого, имеются наблюдения, что выработка окислительновосстановительногоакцепторафлаводоксина,несодержащегожелеза,экспрессия которого обычно повышена при росте биопленок в условияхограничения железа [292], в щелочной pH тоже повышается [484]. Клетки F.nucleatum, по-видимому, изменяют свой метаболизм в ответ на высокие значенияpH, потому что некоторые энзимы метаболического пути, способные расщеплятьглюкозу и участвовать в катаболизме глютаминовой кислоты и гистидина,снижают свою активность в планктонных бактериальных клетках, растущих вусловиях щелочного pH, равного 7,8 [484].Тем не менее, когда pH достигает 8,2, что индуцирует образованиебиопленки, содержание гликолитических энзимов не возрастает, в то время какувеличиваютсязапасыглюкозыивыработкалактата[170].Впротивоположность повышенному запасанию глюкозы протеиновый синтез вбиопленке F.

nucleatum снижается при высоких значениях pH [170]. При pH 8,2повышается выработка глютаминатдегидрогеназы. Это может указывать на то,что бактерии приспосабливаются к повышенной концентрации глутамата вдесневой жидкости в области десневой борозды в связи с воспалением тканейпародонта [170].Клеточный ответ на стресс у бактерий может также активироваться прищелочной pH, потому что F. nucleatum повышает экспрессию пептидил-пропилсис-транс-изомеразы (PPI) и протеина теплового шока GroEL [170, 484].

Средиэтих белков протеин GroEL может играть особую роль в ассоциациях междуклетками организма хозяина и бактериями. Он может служить звеном между30пародонтитом и системными заболеваниями, такими как атеросклероз, так как(как было показано на мышах) вырабатываемый бактерией F. nucleatum белокGroEL индуцирует различные факторы риска атеросклероза у мышей [312].Регулируемые уровнем pH внутриклеточные протеины могут изменятьболезнетворность бактерий; в клеточной мембране бактериальной клеткидействует как минимум одна группа протеинов, регулируемых уровнем pH.Протеины, участвующие в адгезии с другими пародонтопатогенами, а такжеклетками организма хозяина, могут оказывать серьезное влияние на степеньболезнетворности бактерий. Когда рост F.

nucleatum происходил в условияхщелочной pH, равной 8,2, были обнаружены повышенные уровни изоформадгезии FomA [170]. Изоформы FomA могут являться приманкой для другихпародонтопатогенов, например, P. gingivalis [418]. Кроме этого, в исследованияхна мышах было показано, что их можно использовать в качестве возможноймишени для вакцин [321].Некоторые из дезактивированных протеинов клеточной мембраны F.nucleatum вовлечены в синтез ATФ и поддержание нейтрального цито- ипериплазматического уровня pH, что указывает, соответственно, на пониженнуюметаболическую активность и перестройку под щелочные условия обитания[483].

Часть из них, вероятно, играет двойную роль, как в случае бутиратацетоацетат-CoA-трансферазы. Последняя вовлечена как в энергетическийметаболизм, так и (поскольку она является фактором вирулентности) ввыработку масляной кислоты [483].Группа протеинов клеточной мембраны, которых становится больше прищелочной pH, содержит, по крайней мере, два предполагаемых поверхностныхантигена: это протеин внешней мембраны (ОМР), принадлежащий к семействуOmp класса поринов, и специфичный к патогену мембранный антиген, который,как предсказывалось, имеет высокую степень химического родства с Fe2+ [483].Так же, как в случае поринов из семейства Omp IP, уровни экспрессии различныхтранспортных протеинов изменялись, когда рост клеток F.