Biofilm formation by Streptococcus mutans

Komensalny drobnoustrój tzw. emergent pathogen w szczególnych warunkach środowiska zdolny jest do nabywania nowych właściwości pozwalających mu na ekspresję determinant patogenności warunkujących jego chorobotwórczość. Przykładem takiego drobnoustroju jest Streptococcus mutans, który uważany jest za jeden z głównych czynników etiologicznych próchnicy, zarówno u dzieci jak i osób dorosłych. Dzięki mechanizmom adhezji do powierzchni stałych, S. mutans zdolny jest do kolonizowania jamy ustnej oraz tworzenia w niej biofilmu bakteryjnego. Dodatkowymi właściwościami umożliwiającymi mu bytowanie w jamie ustnej są m.in. zdolność do przeżycia w kwaśnym środowisku oraz specyficzne interakcje z innymi drobnoustrojami zasiedlającymi ten ekosystem.Celem nieniejszej pracy jest próba ustalenia jakie cechy związane z formowaniem biofilmu – determinanty patogenności Streptococcus mutans – odpowiedzialne są za wywoływanie próchnicy u dzieci. W związku z tym przeprowadzone zostały badania oceniające wzrost drobnoustroju oraz jego zdolność biofilmotwórczą w różnych podłożach, w różnych wartościach pH, a także w obecności przedstawiciela flory fizjologicznej jamy ustnej oraz w obecności naturalnych białek antybakteryjnych śliny: histatyny-5 oraz lizozymu.Podczas badań do niniejszej pracy wykazano, że skład medium hodowlanego odgrywa kluczową rolę w tworzeniu biofilmu przez badane szczepy S. mutans wyizolowane od dzieci zdrowych (n=29) oraz z rozpoznaną wczesną próchnicą dziecięcą (n=61). Wykazana zdolność do przeżycia w pH=5 potwierdziła, że posiadały one mechanizmy tolerancji niskiego pH. Dowiedziono również, że obecność w środowisku bytowania probiotycznej bakterii jaką jest Lactobacillus rhamnosus negatywnie wpływała na zdolność tworzenia biofilmu przez S. mutans. Dodatkowo, potwierdzono antybakteryjne działanie histatyny-5 oraz lizozymu, które w stężeniu 0,1mM hamowały wzrost badanego drobnoustroju oraz zdolność biofilmotwórczą S. mutans jak i L. rhamnosus po 12 godz. inkubacji w ślinie ludzkiej.Liczymy że dalsze badania nad metabolizmem peptydów antybakteryjnych i ich znaczeniem w patogenności S. mutans mogą przyczynić się do skuteczniejszej profilaktyki próchnicy.Commensal organizms called emergent pathogens in specific environmental conditions are able to acqire new, emergent properties that enable expression of virulence factors which determine the pathogenicity of this microorganisms. An example of such microorganism is Streptococcus mutans which is considered to be one of the main etiological factor of dental caries in both children and adults. Through the mechanisms of adhesion to the solid surfaces, S. mutans is able to colonize the oral cavity and to formation of bacterial biofilm. Additional properties enabling it to existence in the oral cavity, include: the ability to survive in the acid environment and specific interactions with other micro-organisms colonizing this ecosystem.The purpose of this this study was determine the characteristics associated with the formation of biofilm by Streptococcus mutans are responsible for causing tooth decay in children. Therefore, there were performed studies evaluating growth of this micoroorganism and its ability to form a biofilm in different media, at different pH values, in the presence of a representative of the normal microflora of the mouth and in the presence of natural anti-bacterial proteins of saliva: histatins-5 and lysozyme.Results of the researches show that the composition of the culture medium plays a key role in biofilm formation by tested strains of S. mutans, isolated from healthy children (n = 29) and children with early childhood caries (n = 61). Demonstrated ability to survive in the pH = 5 confirmed that S. mutans possess mechanisms of acid tolerance response. There is also evidence that the presence of probiotic bacteria - Lactobacillus rhamnosus, negatively affect the ability to form a biofilm by S. mutans. In addition, we confirmed the antibacterial activity of histatin-5 and lysozyme. In the concentration of 0.1 mM both proteins inhibited growth of the tested microorganism and ability to form a biofilm by both S. mutans and L. rhamnosus after 12 hours incubation in human saliva. We hope that further studies of the metabolism of antimicrobial peptides and their importance in the pathogenicity of S. mutans can contribute to more effective prevention of dental caries