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2018-05-25浏览量:1404

牙周非手术治疗后,不同健康状态下的口腔菌群

文献ID

题目 : Oral microbiota of periodontal health and disease and their changes after nonsurgical periodontal therapy 

译名:牙周非手术治疗后,不同健康状态下的口腔菌群

期刊:The ISME Journal          IF= 9.664

年份:2018.1

通讯作者:Casey Chen 

通讯单位:美国南加州大学牙医学院,环境基因组学研究所;俄克拉荷马大学,劳伦斯伯克利国家实验室;清华大学国家重点实验室环境模拟与污染控制

材料与方法

 实验设计

1. 样本类型:唾液和龈下菌斑。

2. 样品采集:从21个牙周健康和48个被诊断为慢性牙周炎的成年人中,共获得238个样本。用无菌纸点对两对侧上颌后牙取样,收集每个人的唾液样本。在常规的非外科牙周治疗完成至少4周后,对患病组的19个人再次进行检查取样。测序区域及平台

16S rDNA V4区, Illumina Miseq 平台

研究成果

1、治疗前后样品数据的对比

238个样本被分为六组,牙周健康的龈下菌斑(HP);牙周疾病治疗前的龈下菌斑(D1P);牙周疾病治疗后的龈下菌斑(D2P);牙周健康的唾液(HS),牙周疾病治疗前的唾液(D1S),牙周疾病治疗后的唾液(D2S)。

牙周健康者与牙周炎患者在牙周探查深度(PPD)、临床附着丧失 (CAL)、牙龈沟探测出血比率 (BOP)有显著性的差异,对于治疗前后的牙周炎患者,其在PPD与BOP有显著性差异。

表1 龈下采样点的临床特征

2、物种丰度及多样性

组与组之间的微生物群落组成差异较大。与D1S或D2S相比,HS组有较低的α多样性。β多样性分析显示组间差异大于组内差异。组主成分分析和多维尺度分析表明,牙菌斑与唾液样本在坐标轴中区分开来, 而HS、D1S、D2S之间、D1P和D2P之间区分的不明显。差异分析显示龈下菌斑和唾液样本存在显著差异。

3、健康与疾病微生物物种丰度

研究人员找出了六个组的样品中排名前六位(存在于98.9%-99.5%的样品)的物种。通过比较,发现Fusobacteria的丰度在龈下样品中高于唾液样品,但是唾液样品中FirmicutesProteobacteria具有较高的丰度。HP组BacteriodetesSpirochaetesActinobacteria的丰度较高于D1P组。

另外,对比来自健康人与来自患者的样品(表2),研究人员发现28个物种在D1P组富集, 包括与牙周炎有关的病原菌PorphyromonasTannerellaPrevotellaFilifactor,以及被认为与牙周炎无关的菌种MycoplasmaPhocoaeicolaJohnsonellaDesulfobulbusMogibacterium等。在治疗后,其中的24个物种数量显著降低。

而HP样品中有12个高丰度的物种,包括与牙周炎相关的ActinomycesVeillonellaCapnocytophaga和与牙周炎无关的Leptotrichia。此外,一些属中分别同时含有与牙周炎有关的和无关的菌种,如PrevotellaLeptotrichia。D1S与D1P的样品共同含有6个丰度较高的物种,其中5个在治疗后降低。

表2 不同样本中微生物物种丰度

4、牙龈样品的微生物多样性

聚类分析将样本分为两大类(Cluster I and II; Fig. 1) ,较小的一类主要由D1P样本组成,该群落的特征是牙周病病原体水平较高,其中包括表2中所确定的28种疾病相关的群落的27种 (Fig. 1: Box 2 (14 of the 27 taxa), Box 4(13 of the 27 taxa) 。基于样本组成,第二类可以进一步划分为两个亚类,其中一个亚类包括主要的牙龈菌斑样本(包括大部分的D2P),另外一个亚类主要是唾液样本。牙菌斑占主导的亚群拥有更高水平与健康有关的物种,以及低致病性的物种,如CapnocytophagaNeisseriaHaemophilusKingellaCardiobacterium(Fig. 1: Box 3 ) 。以唾液为主导的亚类具有高与牙周炎无关的物种,如Streptococcus,Neisseria, Veillonella,ActinomycesRothia, 和Prevotella(Fig. 1: Boxes 1 and 5) 。

图1  OTU热图

5、治疗前后微生物群落的变化

图2中显示了治疗前后19个样本牙龈部位的微生物组成。 包含2个MI-治疗后改善明显,12个SI-治疗后轻微改善和5个NI-治疗后没有改善。不管治疗的结果如何,微生物群落的组成和变化在不同样品中有所不同。整体来说,治疗后健康有关的菌丰度升高,与疾病有关的菌减少, 但这个现象并不在每个样本中存在,如图2B所示,#56在治疗后,与健康相关的微生物群落在增加,与疾病相关的群落在减少,但#35却出现相反的结果。

图2  治疗前后微生物群落的变化

6、口腔微生物的关联分析

 基于OTU水平的网络分析,展示了物种的关联。每个网络图包含136-197个节点和453-681个联系。在3472个联系中,大多数是正相关,只有三个是负相关(在HS样本中)。与其它样本相比,在D2P中发现了较少的关联和较低的集中度,而在D2S中发现了更多的关联和更高的集中度。图3中展示了六个样本组中的模块结构

图3  样本模块结构

网络图中每组样品的OTUs可以大致分为7到10个模块。在D1P和HP组,疾病与健康相关的菌属集中于少数模块。D1P组的模块1和模块4集中了18个与牙周炎相关的OTUs(图4A),HP的模块8含有4个与牙周炎无关的OTUs(图4B)。其中一些模块是D1P或HP特有的,如从D1P模块中删除与HP共有的节点,但没有显著影响模块,反之亦然。

图4  两组样本的模块结构

在D1P和HP样品中,单个模块中,与疾病或与健康相关的菌属明显聚集,与疾病有关的菌属模块在健康组样本中也存在,反之亦然。例如,D1P模块C包含与牙周健康相关的属,而HP的模块D包含几种众所周知的牙周病原体(图5a,b)。在属水平上的分析也很容易地确定了样品组中特定分类群之间的相互作用,例如MycoplasmaTreponemaTannerellaPorphyromonasFilfictor(图5b,c)。

图5 网络模块中属的组成和相互作用 
7、群落组成过程的因素

影响群落形成的5个因素包括变量选择、同类选择、扩散限制、均质分散和不可控因素。在牙菌斑和唾液中,不可控因素是主要因素,在HP组中,个体间扩散限制和同类选择是影响群落形成的主要原因(图6);个体内均质分散起主要作用,而扩散限制和同类选择仍然是重要的因素。这些发现与病变菌块相似,也就是说,β多样性很大程度上是由个体间的分散限制和同类选择决定的,均质分散在个体内的作用也在增加。牙周治疗前后病变部位(图6同样位点的D1P和D2P),也存在均质分散的影响。在HS中,同类选择起主要作用,D1S,扩散限制其主要作用;在同一个体的D1S和D2S中,均质分散、同类选择和变量选择是主要因素。

图6  群落组成过程的因素

研究结论

本项目研究了牙周炎治疗前后采自龈下或唾液样品的菌群差异,找出了样品中与牙周炎相关或无关的菌种以及相关OTUs之间的联系, 并初步探索了不同因素在不同样品微生物群落组成中的作用。综上所述,在来自龈下与唾液的样品中,微生物群落的组成差异较大,在经过治疗后,患者的口腔微生物的群落组成发生了很大改变,这些变化受到各种因素影响,包括牙周炎患病程度、非手术治疗方式等。

亮点

本项目基于16S rRNA序列的高通量测序技术,研究了健康人、牙周炎患者和治疗后的牙周炎患者的龈下及唾液中微生物群落的组成。其结果为后续实验研究打下了良好基础,将为更好地利用微生物群落分析进行大规模牙周炎治疗评价和治疗方式风险评估等提供科学指引。

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