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牙齒生物膜
Dental Biofilm(Dental plaque)
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口腔微生物的植入是從出生就開始。(圖2)
(圖2)
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隨著牙齒的萌發，提供細菌更多附著及停留的面積，口腔細菌的多樣性及數目也隨著增加。
• 根據統計成人的口腔可植入的細菌多於500種，而每一個人基本上都有50-150種不同的細菌。
• A, Streptococcus salivarlus 及Streptococcus Mitis是口腔最早及最多的細菌。(圖3)
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大多數的細菌與宿主和諧相處，在特殊的情況下（例如：細菌的數量增加，共生/益菌受到壓制，或是宿主的抵抗力減小）才會產生疾病。
• 牙周病的微生物是非常的複雜，因為它會影響宿主，口腔環境，及牙周治療，我們有必要做更深的了解。
• 生物膜是細菌被由細胞外產物的聚合物質（如：多醣體、蛋白質及核酸）所包覆。
(圖3)
(圖4)
• 圖片中是4天的人類牙菌斑，箭頭處是一條通道。(圖4)
• 生物膜中的細菌比浮游的副本有1000倍抵抗抗生素的能力。
• 生物膜中不同的菌種之間是一種互惠共生。
• 生物膜社區中的微生物生態是相當複雜，目前的知識只是開始階段。
(圖5) 顯示牙齒表面和牙周組織的牙菌斑-細菌聯合
(圖6)
10天的牙齦上牙菌斑。箭頭處指出可以看到牙齦發炎的初期現象。
牙菌斑的形成
Plaque(biofilm) Formation
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第一階段：牙齒薄膜的形成（formation of the dental pellicle)
• 口腔所有的表面都覆蓋一層醣蛋白薄膜。薄膜來自於唾液的成分、牙齦溝液、細菌及宿主組織細胞産物及廢棄物。
• Acquired pellicle=salivary glycoproteins +antibodies
• 薄膜的功用是改變表面的電荷及自由能以增加細菌附著的效率，是細菌附著的主要位置
• 薄膜的形成是經由吸附環境中的大分子。厚度0.1-1um。其中機制包括靜電力、凡德瓦力、疏水性。
• 可避免乾燥、卻也提供細菌附著的基底質。
(圖7)
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圖片表示牙菌斑形成的不同階段。(圖7)
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(a)薄膜在一個乾淨的牙齒表面形成（1），細菌被動地輸送到牙齒表面（2i) ,
是一種可逆的、微弱的、長範圍的吸引力(2ii)
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(b)細菌的粘著素（adhesin)和薄膜的補體受器之間特殊的立體化學相互作用，附著變成更固定（3）
�� 二期殖民菌以分子相互作用(co-adhesion聯合粘連)附著到已經連接的初期殖民菌（4）
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(c)成長至成熟的生物膜，促進廣泛的微生物間的相互作用，増效的或是拮抗的，（5）
�� 有時候細胞會分離，殖民到其他地方（6）
• 第二階段：早期的附著/細菌的附接(initial
adhesion/attachment of bacteria)
• 細菌附著的方法是一、特殊的接觸構造：菌毛、細胞外的聚合物。二、經久曝露
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>> 第一個步驟是輸送到牙齒表面。
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第二個步驟是形成可逆附接。
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第三個步驟是細菌表面的蛋白質及碳水化合物（adhesion)與牙齒薄膜較強不可逆附接。
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4-8小時出現streptococcus, 及一些喜氧菌，是初期殖民者(primary colonizer)
�� >> primary
colonizer提供其他細菌附著的新的結合位置。
�� >> primary
colonizer的代謝能力會修改局部的環境而影響其他細菌在生物膜的生存能力。
(圖8) 電子顯微鏡顯示在一個4小時的薄膜
有單一細菌附著
• 第三階段：定植與牙菌斑的成熟(colonization
/plaque maturation)
• 二期殖民者以聯合粘連(co-adhesion)和已經附著的細菌接受器附著，造成微生物的多樣性。
• Fusobacterium nucleatum可以聯合粘連到大多數的口腔細菌，成為早期殖民和晚期殖民菌種重要的橋樑生物
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一些已經附著的細菌會合成細胞外聚合物（牙菌斑間質）來鞏固生物膜的附著。這個間質不只是生物膜的支架，它可以結合並保留分子，包括酵素，也可以延緩帶電分子進入生物膜。
(圖9) 齒齦上牙菌斑
(圖10) 絲狀微生物占優勢，被球菌包圍，
形狀像玉米芯。
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生物膜在空間及功能上是有組織的，這個異質的情況引起細菌基因表現有異常的模式。相鄰的不同種的細菌提供了相互作用的機會。
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食物鏈的發展（一種細菌的代謝產物是另一種的主要養分），菌種間共同代謝構造複雜的宿主巨大分子。這些作用增加這個微生物社區的代謝速率。
• 細胞間信號傳達。
牙菌斑的細菌可在細胞密度可以的狀況下以可擴散的小分子互相溝通，例如革蘭氏陽性菌分泌小分子肽來協調同菌種的基因表現。Streptococcus
mutans 群體感應(quorum sensing)是以CSP(competence stimulating
peptide)為媒介。這個肽分子誘發S. mutans的遺傳能力以致於生物膜中生長的S. mutants
轉型頻率比浮游菌大10-600倍。
• 生物膜中溶解的細胞可做為DNA的捐贈者，因此增加牙菌斑中水平基因轉移的機會。
(圖11) 玉米芯狀
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