Biofilmin bakteerien välinen kommunikaatio - Suun sairauksien ehkäisyn uudet mahdollisuudet

Bakteerien elämää biofilmissä

Biofilmin bakteerit ovat kiinnittyneet alustaan ja niitä ympäröi matriksi. Bakteereita yhteen sitova matriksi koostuu bakteereista peräisin olevista polysakkarideista, proteiineista ja DNA:sta «Sutherland IW. Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework. Microbiology 2001; 147: 3-9. »2. Biofilmin bakteerit muodostavat kolmiulotteisen yhdyskunnan, joka sisältää nestekanavia mm. ravinto- ja kuona-aineiden ja signaalimolekyylien kuljetusta varten «Costerton JW. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol 1995; 49: 711-745. »3.

Biofilmissä elävät bakteerit ovat vähemmän herkkiä antibakteerisille aineille ja isännän immuunivasteelle kuin vapaasti kelluvat bakteerit «Davies D. Understanding biofilm resistance to antibacterial agents. Nat Rev Drug Discov 2003; 2: 114-122. »4, «Svensäter G, Welin J, Wilkins JC, Beighton D, Hamilton IR. Protein expression by planktonic and biofilm cells of Streptococcus mutans. FEMS Microbiol Lett 2001; 205: 139-146. »5. Vapaita bakteereita tappavan aineen pitoisuus pitää nostaa ainakin tuhatkertaiseksi, jotta sillä olisi vastaava vaikutus biofilmin bakteereihin «Svensäter G, Welin J, Wilkins JC, Beighton D, Hamilton IR. Protein expression by planktonic and biofilm cells of Streptococcus mutans. FEMS Microbiol Lett 2001; 205: 139-146. »5. Tämän van Leeuwenhoek havaitsi aikanaan tehdessään kokeita viinietikalla. Biofilmin hyvä vastustuskyky saattaa selittää, miksi monilla suusairauksien ehkäisemiseen käytetyillä aineilla on odotettua heikompi kliininen teho verrattuna laboratoriokokeiden tuloksiin.

Bakteerien resistenssin biofilmissä saattaa selittää se, että biofilmin rakenne estää aktiivisten molekyylien tunkeutumisen biofilmin syvempiin osiin. Molekyylit ehkä myös tehdään tehottomiksi biofilmin pinnalla.

Toinen biofilmille ominaisen vastustuskyvyn selitys saattaa olla bakteereiden vaihteleva lisääntymisnopeus biofilmissä. Bakteerien herkkyys riippuu niiden lisääntymisnopeudesta. Nopeasti kasvava bakteeriviljelmä on herkin estäville aineille. Koska bakteerit lisääntyvät hitaammin biofilmissä kuin liuoksessa, ne ovat vähemmän herkkiä.

Biofilmiin kehittyy erilaisia mikroympäristöjä riippuen ravinteiden, kuona-aineiden, pH:n ja hapon määrästä. Bakteereilla on kyky tulkita erilaisia ympäristöjä ja sopeutua niihin kytkemällä geenejä päälle ja pois päältä tarpeidensa mukaan. Sopeutumiskyvyn edellytyksenä on, että bakteeri voi säädellä monia geenejään. Uusien tutkimustulosten mukaan biofilmissä elävät bakteerit voivat näin muuttaa ominaisuuksiaan.

Esimerkiksi biofilmissä kasvavalla Streptococcus mutansilla toimii eri polysakkaridien synteesigeenit kuin liuoksessa elävillä bakteereilla «Burne RA, Chen YY, Penders JE. Analysis of gene expression in Streptococcus mutans in biofilms in vitro. Adv Dent Res 1997; 11: 100-109. »6. Ne entsyymit, joita S. mutans käyttää polysakkaridien valmistukseen, ilmentyvät myös eriasteisesti riippuen siitä, onko biofilmi paksua ja kypsää vai ohutta ja epäkypsää «Li YH, Chen YY, Burne RA. Regulation of urease gene expression by Streptococcus salivarius growing in biofilms. Environ Microbiol 2000; 2: 169-177. »7. Toinen esimerkki biofilmin muuttuneesta geeniaktiivisuudesta on Streptococcus salivariuksen ureaasi-entsyymi ja Actinobacillus actinomycetemcomitansin kyky erittää useita proteiineja «Sauer K, Camper AK, Ehrlich GD, Costerton JW, Davies DG. Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm. J Bacteriol 2002; 184: 1140-1154. »8.

Vakavan keuhkotulehduksen kystisen fibroosin aiheuttavan Pseudomonas aeruginosan biofilminmuodostusta on tutkittu tarkasti. Tämän bakteerin ilmentyvien geenien määrässä on havaittu eroja riippuen siitä, elävätkö bakteerit vapaina vai eri vaiheissa olevassa biofilmissä «Davies DG, Parsek MR, Pearson JP, Iglewski BH, Costerton JW, Greenberg EP. The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm. Science 1998; 280: 295-298. »9.

Biofilmin muodostuminen on vaiheittainen prosessi, jossa aluksi vapaina kelluvat bakteerit kiinnittyvät proteiinien peittämään pintaan. Pinta kolonisoituu ja yksittäisiä bakteereita houkutellaan paikalle. Nämä bakteerit kypsyvät vähitellen ja lopuksi irtoavat «»1. Näin saadaan edullinen ympäristö sille, että eri toimintoihin osallistuvien geenien ilmentyminen koordinoidaan ja säädellään oikein «Davies DG, Parsek MR, Pearson JP, Iglewski BH, Costerton JW, Greenberg EP. The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm. Science 1998; 280: 295-298. »9, «Stoodley P, Sauer K, Davies DG, Costerton JW. Biofilms as complex differentiated communities. Annu Rev Microbiol 2002; 56: 187-209. »10, «Bassler BL. How bacteria talk to each other: regulation of gene expression by quorum sensing. Curr Opin Microbiol 1999; 2: 582-587. »11, «Bassler BL, Wright M, Silverman MR. Multiple signaling systems controlling expression of luminescence in Vibrio harveyi: sequence and function of genes encoding a second sensory pathway. Mol Microbiol»12. Tähän tarvitaan useita signaalijärjestelmiä, jotka säätelevät bakteerien välistä kommunikaatiota. Bakteerien kommunikaatio käynnistää reaktioketjuja. Tuloksena voi olla eri geenien kopioinnin aktivoituminen tai estyminen.

Bakteerit voivat reagoida ympäristön ärsykkeisiin ja käyttää toistaiseksi täysin tuntemattomia signaalimolekyylejä. Joidenkin signaalisysteemien molekyylit tunnetaan hyvin. Bakteeritiheys on ärsyke, joka voi käynnistää signaalisysteemin. Bakteeritiheydestä riippuvaa signaalisysteemiä kutsutaan quorum sensing -järjestelmäksi (quorum = pienin joukko jäseniä, joiden läsnäolo on päätösvaltaisuuden edellytys).

Bakteerit käyttävät eri molekyylejä quorum-signaaleina. Signaalimolekyylien pitoisuus riippuu bakteeritiheydestä. Kun signaalimolekyylien pitoisuus on saavuttanut tietyn kynnysarvon, quorumin, voivat bakteerit tunnistaa ärsykkeitä ja vastata niihin. Bakteerit voivat quorum-signaaleilla säädellä geeniensä ilmentymistä, kun kriittinen bakteerimäärä on saavutettu «»2. Tämä merkitsee sitä, että bakteerit voivat kytkeä päälle tai päältä pois tärkeitä geenejä koordinoidusti. Ne voivat toisin sanoen "vetää yhtä köyttä".

Sekä grampositiivisilla että gramnegatiivisilla bakteereilla on useita quorum-signaalijärjestelmiä. Lisäksi bakteerit käyttävät eri signaalimolekyylejä quorum-signaaleina. Grampositiiviset bakteerit käyttävät oligopeptidejä signaalimolekyyleinä, kun taas gramnegatiiviset käyttävät homoseriinilaktoneita. Monet quorum-molekyylit ovat erittäin spesifejä ja niitä voidaan käyttää vain saman lajin bakteerien väliseen kommunikaatioon (lajinsisäinen kommunikaatio). Hiljattain on löydetty toinen kommunikaatiojärjestelmä, autoinducer-2-järjestelmä (AI-2). AI-2:ta voidaan käyttää yleisemmässä kommunikoinnissa, toisin kuin saman bakteerilajin yksilöiden välisessä kommunikaatiossa käytettäviä molekyylejä. Yksinkertaistetusti voidaan sanoa, että ensin mainittua quorum-järjestelmää bakteerit voivat käyttää kommunikoidessaan kaltaistensa kanssa ja säädellessään niitä, kun taas AI-2:ta käytetään kommunikointiin muiden kanssa «Miller MB, Bassler BL. Quorum sensing in bacteria. Annu Rev Microbiol 2001; 55: 165-199. »13.

Ensinnä kuvattiin AI-2:n kyky biologisesti stimuloida pienvenesatamien bakteereita, esimerkiksi Vibrio harveyitä, tuottamaan valoa «Frias J, Olle E, Alsina M. Periodontal pathogens produce quorum sensing signal molecules. Infect Immun 2001; 69: 3431-3434. »14. Kuvassa «»3 näkyy, kuinka V. harveyi -viljelmässä luminisenssi-geeni on kytkeytynyt päälle ja viljelmä tuottaa sinertävää valoa, kun tietty bakteeritiheys on saavutettu. Myöhemmät tutkimukset ovat vahvistaneet, että useilla grampositiivisilla ja -negatiivisilla bakteereilla on AI-2 signaalimolekyyliä tuottavia geenejä «Schauder S, Shokat K, Surette MG, Bassler BL. The LuxS family of bacterial autoinducers: biosynthesis of a novel quorum-sensing signal molecule. Mol Microbiol 2001; 41: 463-476. »15, «Loo CY, Corliss DA, Ganeshkumar N. Streptococcus gordonii biofilm formation: identification of genes that code for biofilm phenotypes. J Bacteriol 2000; 182: 1374-1382. »16, «Havarstein LS, Gaustad P, Nes IF, Morrison DA. Identification of the streptococcal competence-pheromone receptor. Mol Microbiol 1996; 21: 863-869. »17. V. harveyin AI-2:n rakenne ei muistuta mitään muuta tunnettua signaalimolekyyliä. Myöskään useimpien muiden bakteerien AI-2:n molekyylirakennetta ei tunneta. Sitä vastoin on tiedossa, että AI-2-tuotanto riippuu LuxS-geenin koodaamasta entsyymistä. LuxS-geenin DNA-sekvenssi näyttää olevan samanlainen monissa bakteereissa «Schauder S, Shokat K, Surette MG, Bassler BL. The LuxS family of bacterial autoinducers: biosynthesis of a novel quorum-sensing signal molecule. Mol Microbiol 2001; 41: 463-476. »15.

Plakkibiofilmin kommunikaatio

Todennäköisesti plakkibiofilmin bakteerien välillä tapahtuu vilkasta kommunikaatiota. Laboratoriotutkimuksissa on osoitettu suun bakteerien kommunikaatiokyky «Suun bakteerien quorum-signalointi. »1. Signaalijärjestelmän avulla tapahtuva kommunikaatio osoitettiin ensin Streptococcus gordoniilla «Bhagwat SP, Nary J, Burne RA. Effects of mutating putative two-component systems on biofilm formation by Streptococcus mutans UA159. FEMS Microbiol Lett 2001; 205: 225-230. »18. Kun luonnollista muuntumista, transformaatiota, säätelevä geeni kytkettiin päälle, S. gordoniin todettiin menettävän kyvyn muodostaa biofilmiä. Transformaatio merkitsee sitä, että bakteerit voivat ottaa vastaan ympäristön DNA:ta, liittää sen omaan genomiinsa ja siten saada uusia ominaisuuksia. Streptokokit saattavat transformaation myötä sopeutua eri ympäristöihin ottamalla itselleen muiden bakteerien ominaisuuksia. S. gordoniin transformaatiota säätelee quorum-signaalijärjestelmä. Signaalimolekyyli on peptidi, kompetenssia stimuloiva peptidi, CSP «Yoshida A, Kuramitsu HK. Multiple Streptococcus mutans genes are Involved in biofilm formation. Appl Environ Microbiol 2002; 68: 6283-6291. »19, «Yother J, Trieu-Cuot P, Klaenhammer TR, De Vos WM. Genetics of streptococci, lactococci, and enterococci: review of the sixth international conference. J Bacteriol 2002; 184: 6085-6092. »20. Kompetenssin kehittymiseen liittyvien geenien kytkeytymisen pois päältä on havaittu heikentävän voimakkaasti bakteerien biofilminmuodostuskykyä «Li YH, Hanna MN, Svensater G, Ellen RP, Cvitkovitch DG. Cell density modulates acid adaptation in Streptococcus mutans: implications for survival in biofilms. J Bacteriol 2001; 183: 6875-6884. »21, «Wen ZT, Burne RA. Functional genomics approach to identifying genes required for biofilm development by Streptococcus mutans. Appl Environ Microbiol 2002; 68: 1196-1203. »22, «Merritt J, Qi F, Goodman SD, Anderson MH, Shi W. Mutation of luxS affects biofilm formation in Streptococcus mutans. Infect Immun 2003; 71: 1972-1979. »23. «»4 ilmenee, kuinka CPS voi stimuloida bakteerit tuottamaan enemmän biofilmiä. Lisäksi CSP säätelee bakteerien stressinsietokykyä käynnistämällä transformaation «McNab R, Ford SK, El-Sabaeny A, Barbieri B, Cook GS, Lamont RJ. LuxS-based signaling in Streptococcus gordonii: autoinducer 2 controls carbohydrate metabolism and biofilm formation with Porphyromonas »24. Tämä järjestelmä vaikuttaa esimerkiksi S. mutansin kykyyn sopeutua happamaan ympäristöön «Burgess NA, Kirke DF, Williams P, Winzer K, Hardie KR, Aduse-Opuku J, et al. LuxS-dependent quorum sensing in Porphyromonas gingivalis modulates protease and haemagglutinin activities but is not essen»25.

AI-2-järjestelmän signaalin siirto ja LuxS-geeni on osoitettu monilla suun bakteereilla (esimerkkeinä Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum, A. actinomycetemcomitans, S. mutans «Fong KP, Chung WO, Lamont RJ, Demuth DR. Intra- and interspecies regulation of gene expression by Actinobacillus actinomycetemcomitans LuxS. Infect Immun 2001; 69: 7625-7634. »26, «Fong KP, Gao L, Demuth DR. luxS and arcB control aerobic growth of Actinobacillus actinomycetemcomitans under iron limitation. Infect Immun 2003; 71: 298-308. »27 sekä S. gordonii «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28, «Dong YH, Wang LH, Xu JL, Zhang HB, Zhang XF, Zhang LH. Quenching quorum-sensing-dependent bacterial infection by an N-acyl homoserine lactonase. Nature 2001; 411: 813-817. »29, «Leadbetter JR, Greenberg EP. Metabolism of acyl-homoserine lactone quorum-sensing signals by Variovorax paradoxus. J Bacteriol 2000; 182: 6921-6926. »30, «Xu F, Byun T, Dussen HJ, Duke KR. Degradation of N-acylhomoserine lactones, the bacterial quorum-sensing molecules, by acylase. J Biotechnol 2003; 101: 89-96. »31, «Smith KM, Bu Y, Suga H. Induction and Inhibition of Pseudomonas aeruginosa quorum sensing by synthetic autoinducer analogs. Chem Biol 2003; 10: 81-89. »32) «Suun bakteerien quorum-signalointi. »1.

AI-2-signaloinnin merkitystä S. mutansin «Fong KP, Chung WO, Lamont RJ, Demuth DR. Intra- and interspecies regulation of gene expression by Actinobacillus actinomycetemcomitans LuxS. Infect Immun 2001; 69: 7625-7634. »26, «Fong KP, Gao L, Demuth DR. luxS and arcB control aerobic growth of Actinobacillus actinomycetemcomitans under iron limitation. Infect Immun 2003; 71: 298-308. »27 ja S. gordoniin «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28 biofilminmuodostukselle ei ole vielä selvitetty kokonaan. LuxS-geenin inaktivoinnin katsotaan kuitenkin vaikuttavan S. mutansin biofilminmuodostukseen, jos sillä on käytettävissä sokeria «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28. S. gordoniissa inaktivointi johtaa toisenlaisten hiilihydraattiaineenvaihduntaan liittyvien entsyymien ilmentymiseen «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28. Jos LuxS-geeni kytketään pois päältä, muuttuu P. gingivaliksen virulenssitekijöiden, kuten hemagglutiniini- ja proteaasiaktiviteetin, ilmentyminen «Dong YH, Wang LH, Xu JL, Zhang HB, Zhang XF, Zhang LH. Quenching quorum-sensing-dependent bacterial infection by an N-acyl homoserine lactonase. Nature 2001; 411: 813-817. »29, «Leadbetter JR, Greenberg EP. Metabolism of acyl-homoserine lactone quorum-sensing signals by Variovorax paradoxus. J Bacteriol 2000; 182: 6921-6926. »30. AI-2 stimuloi A. actinomycetemcomitansin leukotoksiinituotantoa «Xu F, Byun T, Dussen HJ, Duke KR. Degradation of N-acylhomoserine lactones, the bacterial quorum-sensing molecules, by acylase. J Biotechnol 2003; 101: 89-96. »31. AI-2 myös osallistuu bakteerien sopeutumiseen ympäristöön, jossa on vähän rautaa «Xu F, Byun T, Dussen HJ, Duke KR. Degradation of N-acylhomoserine lactones, the bacterial quorum-sensing molecules, by acylase. J Biotechnol 2003; 101: 89-96. »31, «Smith KM, Bu Y, Suga H. Induction and Inhibition of Pseudomonas aeruginosa quorum sensing by synthetic autoinducer analogs. Chem Biol 2003; 10: 81-89. »32.

Koska AI-2-järjestelmä on käytössä bakteerien välisessä kommunikaatiossa, on monenlaisista bakteereista koostuvien biofilmien tutkiminen tärkeää. S. gordonii ja P. gingivalis muodostavat tavallisesti yhdessä biofilmin. Mielenkiintoinen havainto on, että P. gingivaliksen ja S. gordoniin LuxS-geenin inaktivointi vähensi voimakkaasti biofilmin muodostusta «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28.

Profylaksia

Koska moniresistentit bakteerikannat leviävät ja seurauksena usein kehittyy hoitoresistenttejä biofilmi-infektioita, yritetään löytää uusia keinoja bakteeri-infektioiden torjuntaan. On tullut aika siirtyä antibakteerisista antipatogeenisiin aineisiin: sen sijaan, että yritetään hävittää bakteereita, niitä pitäisi yrittää muuttaa vähemmän virulenteiksi säätelemällä ja rajoittamalla niiden virulenssitekijöiden ilmentymistä.

Mahdollisesti tulevaisuudessa pyritään vaikuttamaan bakteerien kommunikaatiojärjestelmiin. Bakteerien sekä ihmisen genomin geenisekvenssin tuntemus auttaa tunnistamaan bakteereille ominaisia kohdegeenejä.

Bakteereille elintärkeät geenit ovat hyviä kohteita hoitojen kannalta. Sairauksien ehkäisyn näkökulmasta kohteena voisi olla bakteerien kyky aiheuttaa sairauksia ilman, että vaikutetaan normaaliflooraan. Suussa voitaisiin esimerkiksi käyttää terveyttä edistäviä mekanismeja ekologisen tasapainon luomiseksi.

Oletamme, että kypsä plakkibiofilmi muodostuu hyvin säädeltyjen prosessien seurauksena. Tämän tapahtumasarjan jokainen vaihe voi olla biofilmin hallinnan mahdollinen kohde. Esitämme tässä, kuinka mielestämme signaalinsiirtoon vaikuttamista voidaan käyttää ehkäisymenetelmänä.

Signaalinsiirron häirintä

Australialainen punalevä Delisea pulchra välttää bakteerikolonisaation tuottamalla ns. furanoneja sekundaarisina aineenvaihdunnan tuotteina. Furanoni muistuttaa rakenteeltaan quorum-signaalimolekyyli homoseriinilaktonia, joita gramnegatiiviset bakteerit käyttävät quorum-signaaleina. Furanoneja voidaan syntetisoida ja niiden on osoitettu estävän P. aeruginosan biofilminmuodostusta «Reverchon S, Chantegrel B, Deshayes C, Doutheau A, Cotte-Pattat N. New synthetic analogues of N-acyl homoserine lactones as agonists or antagonists of transcriptional regulators involved in bacterial »33. Luonnosta on löytynyt myös muita molekyylejä, jotka saattavat häiritä homoseriinilaktonin välittämää signaalin siirtoa, kuten molekyylejä, joita bacillus- ja variovorax-lajit tuottavat ( «Lyon GJ, Mayville P, Muir TW, Novick RP. Rational design of a global inhibitor of the virulence response in Staphylococcus aureus, based in part on localization of the site of inhibition to the recept»34, «Hoang TT, Schweizer HP. Characterization of Pseudomonas aeruginosa enoyl-acyl carrier protein reductase (FabI): a target for the antimicrobial triclosan and its role in acylated homoserine lactone syn»35, 36).

Signaalinsiirtoa voidaan häiritä estämällä homoseriinilaktonin asyyliryhmää. Siasta peräisin olevan asylaasi-entsyymin on hiljattain osoitettu kykenevän estämään gramnegatiivisten bakteerien homoseriinilaktonia (37). Pienvenesatamien bakteereissa tämä johti biofilminmuodostuksen vähenemiseen.

Signaalinsiirtoa voidaan häiritä myös käyttämällä synteettisiä signaalimolekyylianalogeja, sekä agonisteja että antagonisteja (38-40). Staphylococcus aureus käyttää tiolaktoni oligopeptidejä signaalimolekyyleinä, jotka voivat sekä aktivoida että estää quorum-signaaleja. Hieman muuntuneet luonnolliset signaalimolekyylit voivat vähentää S. aureuksen virulenssia (41). Hammaslääketieteellisesti on mielenkiintoista, että hammastahnoissa käytetty laajakirjoinen triklosaani estää homoseriinilaktonin edeltäjän synteesiä (42). Homoseriinilaktonisignaaleja ei ole kuitenkaan osoitettu suun bakteereissa ( «Havarstein LS, Gaustad P, Nes IF, Morrison DA. Identification of the streptococcal competence-pheromone receptor. Mol Microbiol 1996; 21: 863-869. »17, «Leadbetter JR, Greenberg EP. Metabolism of acyl-homoserine lactone quorum-sensing signals by Variovorax paradoxus. J Bacteriol 2000; 182: 6921-6926. »30, 43).

Suun bakteerien tunnettuja quorum-signaalijärjestelmiä ovat AI-2 ja peptidejä indusoiva CSP-signaalijärjestelmä. AI-2-järjestelmä on yleinen quorum-järjestelmä, jota käyttävät sekä grampositiiviset että gramnegatiiviset bakteerit. Siksi AI-2 saattaa olla mielenkiintoinen kohde sairauksien ehkäisyssä. AI-2 vaikuttaa P. gingivaliksen tarttumiseen S. gordoniihin biofilmissä «Hentzer M, Riedel K, Rasmussen TB, Heydom A, Andersen JB, Parsek MR, et al. Inhibition of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria by a halogenated furanone compound. Microbiology 200»28. Vielä ei kuitenkaan tunneta AI-2:n roolia plakkibiofilmissä. Tätä tietoa kuitenkin tarvitaan, jotta voimme arvioida sen profylaktisen käytön mahdollisuuksia.

CSP-signaalijärjestelmän häirintä saattaa olla toinen mahdollinen vaihtoehto biofilmisairauksien ehkäisyssä. S. gordoniin ja S. mutansin biofilminmuodostuskykyä voitaisiin rajoittaa, jos opittaisiin häiritsemään CSP-signaalijärjestelmää. Emme vielä tiedä, käyttävätkö varhain kolonisoituvat Streptococcus oralis, Streptococcus sanguis ja Streptococcus mitis tätä signaalia biofilminmuodostuksessa. Kiinnostavaa on, voidaanko synteettisellä CSP:lla käynnistää biofilminmuodostus. Siinä tapauksessa CSP:ia voitaisiin käyttää suojaavan biofilmin muodostamiseen, joka estäisi virulentimpien kantojen kolonisaation. Tiedämme, että quorum-järjestelmä ja muut signaalijärjestelmät ovat riippuvaisia ympäristötekijöistä. Siksi niiden toiminta myös kliinisissä tilanteissa pitäisi selvittää.

Tulevaisuudennäkymiä

Jos suusairauksien halutaan perustuvan biofilmin muuntamiseen tai sen muodostumisen ehkäisemiseen, pitäisi tuntea, kehittävätkö bakteerit erityisiä mekanismeja selvitäkseen biofilmissä. Jos näin on, ovat biofilminmuodostuksen mekanismit sopiva intervention kohde. Useimmilla bakteereilla biofilminmuodostuksen eri vaiheet näyttävät noudattavan pääasiassa samaa mallia, mutta biofilmin rakenne ja molekylaariset mekanismit vaihtelevat. P. aeruginosan biofilminmuodostuksen mekanismit ovat tyypillisiä ja tarjoavat mallin hypoteesien perustaksi, kun tutkitaan muiden bakteerien toimintaa. Quorum-järjestelmän häirintä on mielenkiintoinen tulevaisuudenmahdollisuus pyrittäessä ehkäisemään suun sairauksia. Tieto plakkibiofilmin muodostukseen vaikuttavista molekyylimekanismeista ja signaaliteistä on kuitenkin edelleen puutteellista ja luo tutkimukselle merkittävän haasteen.

Biofilm and bacterial communication - possible consequences for oral prophylaxis

Few of the existing oral prophylactic agents have significant effects on oral diseases. The main reason is probably because of a neglect of the fact that the micro organisms involved organize into complex biofilm communities with features that differ from free floating cells. Recent approaches to study microbial gene expression and regulation in non-oral micro organisms have shed light on quorum sensing systems for transduction of signals that allow coordinated gene expression. Information is still lacking on the genetic regulation of dental plaque formation. A better understanding of these processes is of considerable importance for the development of novel strategies for oral disease prevention. We suggest that interfering with quorum sensing systems represents promising strategies for prevention of oral diseases. Therefore, defining the functions of such systems in oral biofilms is the challenge for future studies.