The influence of dietary changes on the microbial composition of the oral biofilm
Microbial Ecology and Applied Microbiology
Final Report Abstract
Der orale Biofilm ist der ätiologische Faktor für Karies, die wegen der hohen Prävalenz als Volkskrankheit bezeichnet werden kann. Da der orale Biofilm aus einer Vielzahl diverser Mikroorganismen von bis 1000 verschiedenen Arten besteht, gibt es bisher kontroverse Diskussionen zu den Biofilm-Mikroorganismen, die an der Entstehung von Karies beteiligt sind. Im gesunden Zustand stehen die physiologischen Keime des oralen Biofilms mit pathogenen und kariesverursachenden Keimen in einem Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird durch die Ernährung beeinflusst. Der Einfluss unterschiedlicher Ernährungszusammensetzungen auf die mikrobielle Diversität des oralen Biofilms in vivo ist noch nicht geklärt. Im vorliegenden Projekt wurde der Einfluss verschiedener Ernährungsphasen auf die mikrobielle Zusammensetzung des oralen Biofilms bei Erwachsenen untersucht. Die Ausgangsphase bestand aus der normalen Ernährung der Probanden, während die zweite Phase den häufigen zusätzlichen Konsum von Saccharose beinhaltete. In der dritten Phase konsumierten die gesunden Probanden zusätzlich zur normalen Ernährung häufig proteinreiche Milchprodukte und in der vierten Phase faserreiche Nahrung. In der fünften Phase kehrten sie zu ihrer normalen Ernährung zurück. Das Mikrobiom des oralen Biofilms wurde mittels Hochdurchsatzsequenzierung, mit der Kulturtechnik und der Klonierungstechnik untersucht. Die Oberflächenrauigkeit der für die Kultivierung des oralen Biofilms verwendeten Rinderschmelzproben wurde mittels konfokaler Laserscanningmikroskopie und transversaler Mikroradiographie (TMR) untersucht. Die Mikrobiomanalyse zeigte einen deutlichen Einfluss der zweiten Ernährungsphase (häufiger Konsum von Saccharose) auf die mikrobielle Zusammensetzung des oralen Biofilms. Die Abundanz oraler Streptokokken (Streptococcus spp.) und darunter insbesondere verschiedener Non-Mutans-Streptokokken stieg in dieser Phase signifikant an. Für verschiedene andere orale Taxa wurde eine signifikante Abnahme nachgewiesen. Ein leichter aber nicht signifikanter Anstieg der Oberflächenrauigkeit des Zahnschmelzes wurde in dieser Phase ebenfalls festgestellt. Auch der Artenreichtum und die mikrobielle Diversität wurden signifikant durch Phase II beeinflusst. Die Ergebnisse der TMR konnten keine zusätzlichen initialkariösen Vorgänge in Phase II bestätigen. Die mikrobiologischen Ergebnisse der Kulturtechnik und Klonierungstechnik deuteten auf eine Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Ernährungstypen und der Diversität des oralen Biofilms hin. Es gab klare Unterschiede zwischen den Ergebnissen der drei angewandten mikrobiologischen Analysemethoden. Die Ergebnisse dieses Projektes zeigten einen klaren modulierenden Einfluss der Ernährung auf die Homöostase des oralen Biofilms. Ein Fingerprint residenter Plaque-Mikroorganismen ist schwer definierbar. Ferner zeigten die Ergebnisse, dass jede mikrobiologische Analysemethode ihre Limitationen hat. Daher sollte der Einsatz zusätzlicher Diversität-Analysemethoden wie der Chemotaxonomie untersucht werden.
Publications
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(2018) In-vivo shift of the microbiota in oral biofilm in response to frequent sucrose consumption. Scientific reports 8 (1) 14202
Anderson, Annette Carola; Rothballer, Michael; Altenburger, Markus Jörg; Woelber, Johan Peter; Karygianni, Lamprini; Lagkouvardos, Ilias; Hellwig, Elmar; Al-Ahmad, Ali
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Influence of a dietary change involving consumption of simple carbohydrates on the composition of the microbial community in the supragingival dental biofilm. Biofilms7. Porto, Portugal (26.06.- 28.06.2016)
Anderson A, Karygianni L, Wölber J, Altenburger M, Hellwig E, Al- Ahmad A
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Shift of microbial community compositions of dental biofilm and consequential mineral changes of dental enamel following dietary changes. 7th congress of European microbiologists. FEMS 2017 in Valencia, Spain (09.07-13.07.2017)
Anderson A, Rothballer M, Altenburger M, Karygianni L, Wölber J, Hellwig E, Schmid M, Al-Ahmad A
