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编号:10283522
变形链球菌耐氟菌株的诱导及产酸性的实验研究
http://www.100md.com 《中华口腔医学杂志》 2000年第2期
     作者:盛江筠 刘正

    单位:上海第二医科大学口腔医学院口腔内科,200011

    关键词:链球菌;变异;氟化物;乳酸

    SHENG Jiangyun【摘要】 目的 探讨变形链球菌耐氟菌株致龋毒力的变化。方法 在含有不同氟浓度的TSA上逐步诱导变形链球菌(S.mutans Ingbritt)产生耐氟菌株Ingbritt-FR, 用气相色谱法检测耐氟菌株的产酸量及降低pH值的能力,并与亲代野生菌株进行比较。结果 Ingbritt-FR在体外诱导成功并稳定传代培养;当氟化物存在时,耐氟菌株的产酸量大于亲代野生株;无氟化物存在时,初始pH≥5.5时其产酸量小于亲代株,pH<5.5时则大于亲代株,差异有显著性。结论 变形链球菌耐氟菌株具有致龋性;在菌斑正常氟浓度情况下,其致龋力可能大于亲代野生株。

    Induction of fluoride-resistant mutant of S.mutans and the measurement of its acidogenesis in vitro
, 百拇医药
    SHENG Jiangyun , LIU Zheng.

    (Department of Oral Medicine, School of Stomatology, Shanghai Second Medical University, Shanghai 200011, China)

    【Abstract】 Objective To induce fluoride-resistant mutant of S.mutans in vitro and find out the differences of cariogenicity between them. Methods Fluoride-resistant strain Ingbritt-FR was obtained by subculturing S.mutans Ingbritt to TSA and TSB containing different concentrations of fluoride. Lactic production and terminal pH of media were measured by gas chromatography method. Results ①The stable fluoride-resistant mutant of S.mutans Ingbritt had been induced successfully in vitro; ② Lactic production of Ingbritt-FR was significantly more than its parent strain at various initial pH values with 0.5 and 5.0 mmol/L fluoride whereas when no fluoride existed, there were two situations: the acid production was more than S.mutans Ingbritt at initial pH above 5.0 while the result was opposite when pH was 5.0 and below. Conclusion The fluoride-resistant strain Ingbritt-FR had a stronger cariogenic potential than its parent strain S.mutans Ingbritt in physiological plaques.
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    【Key words】 Streptococcus mutans; Fluorides; Lactic acid

    氟化物是目前使用最广的防龋制剂,除对牙齿硬组织有作用外,其对致龋菌的作用亦为氟防龋的重要机制之一。近年来,为提高并维持菌斑内较高氟水平,局部应用氟化物的浓度增加,间隔时间缩短[1]。而多种氟化物制剂的广泛使用,其最可能的后果是耐氟菌株的选择性生长[2]。为探讨变形链球菌耐氟菌株突变后其致龋毒力的变化,我们通过体外诱导产生变形链球菌耐氟突变株,并对其产酸能力进行了研究。

    材料和方法

    一、细菌及培养基

    本实验所用细菌为国际参考株S.mutans Ingbritt(血清型c);用于细菌常规培养、增菌的培养基为乳酪消化大豆胨肉汤和乳酪消化大豆胨琼脂TSB、TSA;用于细菌产酸分析的培养基为含4% 葡萄糖的PYG液体厌氧培养基,其主要成分为多聚蛋白胨、盐酸半胱氨酸、酵母抽提物等。
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    二、变形链球菌耐氟菌株的诱导

    活化S.mutans Ingbritt菌株,在变形链球菌选择性培养基MSB中纯分,挑取单个典型菌落,于TSB中37°C微需氧培养24 h(95% N2,5% CO2),吸取50 μl菌液置于含有不同NaF浓度的TSA培养基中(NaF浓度为250~1 000 mg/L,以50 mg/L增加),诱导产生Ingbritt耐氟菌株Ingbritt-FR,观察并检测Ingbritt和Ingbritt-FR的生理、生化特征。

    三、细菌产酸实验

    1. 增菌液及培养基的配制:依上述方法将活化、纯分的S.mutans Ingbritt及耐氟菌株Ingbritt-FR于TSB中微需氧培养24 h,2 500 r/min离心20 min,弃上清,取沉淀物用生理盐水混匀,紫外分光光度计(UV-1601,SHIMADZU,JAPAN)540 nm调吸光度ABS为1.0,制成菌悬液,备用。以 0.5为间隔,配制pH 4.0~7.0系列的PYG,在上述各个pH水平上分别加入0、0.5、5.0 mmol/L NaF,然后一组系列内接种Ingbritt, 另一组接种Ingbritt-FR。以不接种细菌的PYG作阴性对照。每个样品一式三份。
, 百拇医药
    2. 细菌产酸实验:取Ingbritt及Ingbritt-FR菌悬液,按菌液与PYG培养基1∶10(V/V)比例接种细菌, 37℃微需氧培养48 h。

    3. 终末pH测定和有机酸分析:将两种细菌的48 h培养物经2 500 r/min离心20 min,取上清液,酸度计(PH-3C型酸度计,上海雷磁仪器厂)测定培养物终末pH值;另取0.5 ml上清液,放入洁净离心管中,经常规酸化、甲基化、 氯仿抽提后于气相色谱自动分析仪(Auto GC,PE,U.S.A.)上测定培养物中乳酸含量。做t检验对两种菌株在不同条件下的产酸量及降低pH能力进行统计学分析。

    结果

    一、 耐氟菌株的诱导和鉴定

    在含有1 000 mg/L NaF的TSA上获取了S.mutans Ingbritt的耐氟菌落Ingritt-FR。经反复传代培养20次,多次甘油冷冻保存,仍可以在含有1 000 mg/L NaF的TSA上生长。耐氟菌株Ingbritt-FR在变链菌选择性培养基MSB上菌落形态、显微镜下菌体形态与亲代菌株S.mutans Ingbritt无明显差异。生化反应与亲代菌株相同,皆可发酵甘露醇、山梨醇和棉子糖,分解七叶苷,不水解精氨酸产氨。
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    二、 初始pH和氟对两种细菌产酸力的影响

    从表1可看出,不论有无氟化物存在,变链菌耐氟菌株Ingbritt-FR在不同初始pH条件下,皆可使培养基终末pH降至5.5以下,最低可达4.39; 而亲代野生株S.mutans Ingbritt在无氟情况下,可使培养基终末pH降至4.26。当0.5 mmol/L F存在时,虽可使pH降至5.5以下,但当5.0 mmol/L F存在时,却无法使培养基终末pH降到5.5。 从表1及图1,2还可看出,当氟化物存在时,耐氟菌株Ingbritt-FR在各个pH水平,其降低pH能力和乳酸产量皆高于亲代菌株Ingbritt,差异具有显著性;而无氟化物存在条件下,出现两种情形:当初始pH≥5.5时,亲代菌株Ingbritt产酸力强于耐氟菌株;当pH降至5.5以下时(5.0~4.5),耐氟菌株Ingbritt-FR的产酸力强于亲代株,差异有显著性(表1,图3)。

    讨论
, 百拇医药
    一、 关于耐氟菌株

    表1 变形链球菌及其耐氟菌株Ingbritt-FR在不同初始pH值及不同氟浓度条件下的乳酸产量(n=3)

    初始

    pH

    氟浓度

    (mmol/L)

    S.mutans Ingbritt

    Ingbritt-FR

    终末pH

    ΔpH

    乳酸(mmol/L)
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    终末pH

    ΔpH

    乳酸(mmol/L)

    7

    0

    4.26±0.04

    2.36±0.04

    56.46±7.47

    4.39±0.05

    2.23±0.05

    37.98±4.69

    0.5
, 百拇医药
    5.09±0.01

    1.56±0.01

    17.23±0.82

    4.71±0.01

    1.94±0.01

    29.25±5.09

    5

    6.30±0.12

    0.34±0.12

    8.00±0.59

    5.32±0.03

    1.32±0.03
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    17.09±1.24

    6.5

    0

    4.27±0.01

    2.08±0.01

    42.96±5.38

    4.44±0.01

    1.93±0.01

    39.07±1.47

    0.5

    5.11±0.04

    1.27±0.04
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    12.78±0.19

    4.74±0.01

    1.63±0.01

    19.63±2.80

    5

    6.37±0.02

    0

    0

    5.34±0.04

    1.04±0.04

    10.45±1.73

    6
, 百拇医药
    0

    4.30±0.02

    1.72±0.02

    40.07±1.58

    4.50±0.05

    1.52±0.05

    30.73±3.39

    0.5

    5.15±0.02

    0.89±0.02

    11.78±2.60

    4.80±0.02
, 百拇医药
    1.24±0.02

    18.23±2.24

    5

    6.09±0.01

    1.31±0.03

    0

    5.30±0.02

    0.77±0.02

    6.95±3.12

    5.5

    0

    4.34±0.03
, 百拇医药
    1.31±0.03

    30.59±1.52

    4.70±0.04

    0.95±0.04

    12.87±4.29

    0.5

    5.30±0.17

    0.36±0.06

    5.92±1.59

    4.83±0.02

    0.83±0.02

    11.96±1.83
, 百拇医药
    5

    5.73±0.06

    0

    0

    5.32±0.01

    0.32±0.01

    3.62±0.75

    5

    0

    4.93±0.05

    0.24±0.05

    2.92±2.18

, http://www.100md.com     4.78±0.06

    0.39±0.06

    7.05±0.84

    0.5

    5.21±0.01

    0

    0

    4.94±0.07

    0.24±0.07

    6.75±0.77

    5

    5.23±0.01
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    0

    0

    5.20±0.01

    0

    0

    4.5

    0

    4.67±0.06

    0

    0

    4.57±0.01

    0.10±0.01

    4.77±1.10
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    0.5

    4.71±0.01

    0

    0

    4.69±0.01

    0

    0

    5

    4.70±0.01

    0

    0

    4.71±0.01

    0
, 百拇医药
    0

    4

    0

    4.12±0.01

    0

    0

    4.09±0.01

    0

    0

    0.5

    4.13±0.03

    0

    0
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    4.11±0.03

    0

    0

    5

    4.12±0.02

    0

    0

    4.10±0.04

    0

    0t97-1.gif (3679 bytes)

    图1 S.mutans Ingbritt和Ingbritt-FR在不同初始pH值条件下的乳酸产量(F=0.5 mmol/L)t97-2.gif (3711 bytes)
, 百拇医药
    图2 S.mutans Ingbritt和Ingbritt-FR在不同初始pH值条件下的乳酸产量(F=5.0 mmol/L)t97-3.gif (3910 bytes)

    图3 S.mutans Ingbritt和Ingbritt-FR在不同初始pH值条件下的乳酸产量(F=0)

    氟化物的应用,特别是局部高浓度氟化物的长期应用可能导致耐氟菌株的选择性生长。Brown等[3]最先从局部应用1% NaF凝胶预防猛性龋的放疗后肿瘤患者口腔中,分离出可耐受300 mg/L和600 mg/L F的变链耐氟菌株。为研究耐氟菌株的生物学特性,国外学者多采用体外诱导方法获得耐氟突变株[4]

    本实验通过体外逐步增加氟化钠浓度的方法,自发产生了稳定传代的变形链球菌耐氟突变株,为耐氟菌株的研究提供了可靠的实验模型。虽然在正常人口腔中尚未分离出变形链球菌耐氟菌株,但氟化物的持续使用、体外耐氟菌株的诱导成功及应用高浓度氟化物导致干燥症患者口腔中产生耐氟变链菌的事实,均提示正常人群中耐氟菌株的可能性。研究耐氟菌株,可以前瞻性地了解变链菌耐氟突变后致龋毒力的变化,为临床上合理应用氟化物及寻找新的防龋药物提供有力的实验依据。
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    二、 关于耐氟菌株的产酸能力

    产酸力的强弱为变形链球菌致龋的重要毒力特征。早期对变链菌耐氟菌株的研究发现[5],变形链球菌耐氟菌株的产酸速度及产酸量皆低于亲代野生株,且无论有无氟化物存在,耐氟菌株均不能将菌斑pH降至5.5以下。从而认为,变形链球菌耐氟菌株不可能单独导致牙齿龋坏。本结果表明,变链菌耐氟菌株Ingbritt-FR不但在无氟条件下可将培养基pH降至4.39,而且在低浓度氟化物存在下,也可使pH降至5.0以下(表1)。说明耐氟菌株有能力导致牙齿龋坏,与van Loveren 等[6]的结果一致。

    本研究还发现,Ingbritt-FR产酸量在pH≥5.5时低于亲代株Ingbritt;但当pH值在5.5以下时,反高于亲代株。这一发现与van Loveren 等[7]对变链菌产酸速度的研究结果相一致。Brown等[3]发现活体菌斑内变链菌耐氟突变率约为35%。所以,van Loveren推论,在含有混合变链群体的牙菌斑中,野生菌株可开始迅速导致菌斑pH下降,当pH降至5.5以下,耐氟菌株以其较强的产酸力继续产酸并脱矿,致使菌斑致龋力增强。菌斑有吸收氟和蓄积氟的能力。正常生理状况下,菌斑中氟浓度为唾液中的10~100倍,约为0.5 mmol/L,有时可达10 mmol/L[8]。本实验选用正常菌斑中存在的氟浓度0.5 mmol/L和临床局部使用氟制剂后可达到的氟浓度5.0 mmol/L,在两种氟浓度下,不论初始pH高低,Ingbritt-FR降低pH值及产乳酸能力皆大于亲代野生株。由此推知,活体内耐氟菌株的产生,在正常菌斑氟浓度时将明显提高菌斑的致龋力。
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    综上所述,变链菌耐氟菌株有能力导致牙齿龋坏;含有耐氟变链菌的混合菌斑更具致龋力;在正常菌斑氟浓度条件下,耐氟菌株的产生将提高菌斑的致龋力。

    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39870780)

    参考文献:

    [1] Vogel GL,Ma Y,Carey CM,et al. Increased overnight fluoride concentrations in saliva,plaque,and plaque fluid after a novel two-solution rinse. J Dent Res,1997,76:761-767.

    [2] Chansley PE,Kral TA. Transformation of fluoride resistance genes in Streptococcus mutans. Infect Immun,1989,57:1968-1970.
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    [3] Brown LR,White JO,Horton IM,et al.Effect of continuous fluoride gel use on plaque fluoride retention and microbial activity. J Dent Res, 1983,62:746-751.

    [4] Hoelscher GL, Hudson MC. Characterization of an unusual fluoride-resistant Streptococcus mutans isolate. Curr Microbiol,1996,32:156-161.

    [5] Eisenberg AD,Spitz LM. Fluoride resistance in oral Streptococci:acid production. J Dent Res,1987,66(Spec Iss):148.
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    [6] van Loveren C,Buijis JF,ten Cate JM. Protective effect of topically applied fluoride in relation to fluoride sensitivity of mutans streptococci. J Dent Res,1993,72:1184-1190.

    [7] Van Loveren C,Van de Plassche-Simons YM, De Soet JJ, et al.Acidogenesis in relation to fluoride resistance of Streptococcus mutans. Oral Microbiol Immun, 1991,6:288-291.

    [8] Marquis RE. Antimicrobial actions of fluoride for oral bacteria. Can J Microbiol,1995,41:955-964.

    收稿日期:1999-01-21, 百拇医药