Use of a continuous flow system for studying the effect of xylitol on the function of Streptococcus mutans

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2004

Department

Kemian tekniikan osasto

Major/Subject

Biokemia ja mikrobiologia

Mcode

Kem-30

Degree programme

Language

en

Pages

vii + 84 s. + liitt. 1

Series

Abstract

The aim of this Master's Thesis was to study the effect of xylitol on the function of Streptococcus mutans. S. mutans is an oral bacterium, which has a significant role in dental caries development. During the last 35 years xylitol has been shown to inhibit caries progression. Xylitol has been claimed to have an influence predominantly on S. mutans. However, the special relationship between S. mutans and xylitol is still debated and the detailed mechanism of action is still to be discovered. In this work the metabolism and especially the adhesion properties of S. mutans in the presence of xylitol were studied. A continuous flow chamber was used to simulate the oral cavity. Hydroxyapatite discs were placed into the simulator to offer adhesive surfaces for S. mutans. Hence the simulator and the discs were used to mimic 'mouth' and 'teeth', respectively. Adhesion was assayed by scanning electron microscopy pictures and flow cytometry counts. Also carbohydrate consumption, acid production, and growth were monitored. Previously the simulator has been used to study the competition between several bacterial species. This was the first time when it was used to follow the cultivation of one species. Xylitol was observed to reduce both growth and acid production in S. mutans. Also adhesion onto the hydroxyapatite discs was diminished, when xylitol was present. However, the amount of extracellular polysaccharides -important adhesion factors of S. mutans was not decreased by xylitol. Thus there was a change in adhesion ability between S. mutans and extracellular polysaccharides. Either the composition of extracellular polysaccharides or the adhesive sites of the bacterium were altered by xylitol. The results obtained here verify the cariostatic effect of xylitol. In addition to growth and acid production inhibition, xylitol also prevents S. mutans from adhering to surfaces via extracellular polysaccharides. This is a very important aspect in dental caries prevention. To discover the detailed mechanism, it will be worth studying the expression of S. mutans genes encoding the polysaccharides synthesising enzymes as well as the adhesive site proteins with the simulator.

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ksylitolin vaikutusta Streptococcus mutans -bakteerin toimintaan. S. mutans on suun bakteeri, jolla on merkittävä rooli karieksen kehittymisessä. Viimeisten 35 vuoden aikana ksylitolin on osoitettu ehkäisevän karieksen etenemistä. Ksylitolin on väitetty vaikuttavan erityisesti S. mutans -bakteeriin. Kuitenkin ksylitolin erityisestä suhteesta S. mutans -bakteeriin väitellään edelleen, ja yksityiskohtainen vaikutusmekanismi on vielä löytämättä. Tässä työssä keskityttiin S. mutans -bakteerin aineenvaihduntaan ja erityisesti kiinnittymisominaisuuksiin ksylitolin läsnä ollessa. Kasvatukset suoritettiin suuonteloa simuloivassa jatkuvatoimisessa virtauskammiossa. Simulaattorissa käytettiin hydroksiapatiittilevyjä, joihin S. mutans pystyi tarttumaan. Simulaattorilla ja hydroksiapatiittilevyillä simuloitiin suuta ja hampaita. Kiinnittymistä tarkkailtiin skannaavalla elektronimikroskoopilla otetuilla kuvilla ja virtaussytometrimäärityksillä. Myös hiilihydraattien kulutusta, hapontuottoa ja kasvua seurattiin. Aiemmin kyseistä simulaattoria on käytetty useiden bakteerilajien välisen kilpailun tutkimiseen. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun sitä käytettiin vain yhden lajin kasvun seuraamiseen. Ksylitolin havaittiin vaikuttavan S. mutans -bakteerin aineenvaihduntaan. Sekä kasvu että hapontuotto heikentyivät ksylitolin vaikutuksesta. Myös kiinnittyminen hydroksiapatiittilevyihin väheni. Kuitenkaan ekstrasellulaaristen polysakkaridien -S. mutans -bakteerin tärkeiden kiinnittymistekijöiden -määrä ei vähentynyt ksylitolin vaikutuksesta. Täten bakteerin kiinnittymiskyky ekstrasellulaarisiin polysakkarideihin oli heikentynyt. Joko ekstrasellulaaristen polysakkaridien koostumus oli muuttunut tai bakteerin kiinnittymiskohdat olivat muuttuneet ksylitolin vuoksi. Työssä saadut tulokset vahvistavat ksylitolin olevan kariostaattinen, sillä sen lisäksi, että ksylitoli ehkäisee S. mutans -bakteerin kasvua ja hapontuottoa, se myös estää bakteeria tarttumasta pinnoille ekstrasellulaaristen polysakkaridien kautta. Tämä on hyvin tärkeä huomio karieksen ehkäisyn tutkimisessa. Jotta yksityiskohtainen toimintamekanismi tulevaisuudessa löydettäisiin, olisi hyOdyl1ista tutkia S. mutans -bakteerin polysakkarideja muokkaavia entsyymejä sekä bakteerin kiinnittymiskohdan proteiineja ekspressoivia geenejä ja niiden ilmentymistä simulaattorin avulla.

Description

Supervisor

Nordström, Katrina

Thesis advisor

Rautonen, Nina

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120450731

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK