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Porphyromonas gingivalis biofilm에 대한 Fusobacterium nucleatum의 Quorum sensing과 Quorum sensing 억제제의 효과 및 수학적 모델링 : The Effect and Mathematical Modeling of Quorum Sensing of Fusobacterium nucleatum and Quorum Sensing Inhibitors on Porphyromonas gingivalis biofilm

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Authors

김지호

Advisor
김종철, 최봉규
Major
치의학대학원 치의학과
Issue Date
2016-02
Publisher
서울대학교 치의학대학원
Keywords
quorum sensinginhibitorPorphyromonas gingivalisFusobacterium nucleatum
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 치의학대학원 : 치의학대학원 치의학과, 2016. 2. 김종철, 최봉규.
Abstract
1. 목 적

구강 내 세균은 주변 환경과 세균 상호간에 물리적, 화학적으로 상호작용을 하며 세균군집을 형성한다. 이러한 상호작용의 중요 요소에는 pH, 구강온도, 물리적인 자극, 면역, 세균 간 그리고 구강 연조직과의 물리적 결합, 영양, quorum sensing(QS) 등이 있다. 세균 네트워크의 형성과 그 진화에는 이러한 요소들이 총체적으로 얽히면서 작용한다. 이 중 특별히 세균간의 화학적 상호작용으로 QS의 체계가 있으며, 전달의 매개가 되는 화합물을 autoinducer라고 정의한다. 세균 밀도가 일정 수를 넘어가면 세균들이 분비하는 autoinducer의 양이 증가하며, 세균 군집에 일정한 영향을 미친다. Autoinducer에는 동종 내에 작용하는 autoinducer-1, oligopeptide가 있고, 동종 및 이종 간에 소통하는 autoinducer-2가 있다. 특별히 이종 간의 소통은 구강 내 정상세균총에서 유해한 세균총으로의 세균 군집의 진화에 중요한 의미를 차지할 것으로 생각된다.
Fusobacterium nucleatum은 구강 내 세균 군집의 초기 진화에서 중요한 역할을 하는 세균으로 알려져 있고 Porphyromonas gingivalis는 유해한 세균 군집의 진화에서 key stone species로서 핵심적 역할을 할 수 있다고 제안된 바 있다. 본 실험에서는 P. gingivalis의 군집에 F. nucleatum의 autoinducer와 QS inhibitor의 효과를 분석하며 QS의 biofilm의 형성에 미치는 영향을 반영하여 수학적인 모델링을 시도하였다.

2. 방 법

구멍크기가 0.4 μm인 다공성 막이 중간에 있는 transwell에 세균을 배양하여 autoinducer가 통과할 수 있는 환경이 되도록 조성하였다. F. nucleatum을 transwell 상층에 배양하고 하층에 배양한 P. gingivalis의 군집에 미치는 autoinducer의 영향을 공초점 현미경으로 관찰하였다. 대조군은 1)transwell 상층에 아무것도 넣지 않은 것, 실험군은 2) transwell 상층에 D-Ribose를 넣은 것 3) F. nucleatum을 넣은 것, 4),5) F. nucleatum에 각기 다른 억제제 두가지를 넣은 것으로 두었다. Inhibitor는 D-ribose와 furanone(5-Hydroxy-2(5H)-furanone) 각각에 대해서 실험하였다. 하층에는 모두 P. gingivalis를 배양했다. 배양 후 12시간, 24시간, 36시간에서 P. gingivalis의 biofilm을 염색하여 공초점현미경으로 분석하였다. 수학적인 모델링은 QS가 biofilm에 미치는 영향을 고려하여 수행하였다.

3. 결 과

24과 36시간에서 상층에 F.nucleatum 이 있는 경우 biofilm이 가장 두꺼웠다. 즉 F. nucleatum의 QS 작용으로 biolfilm의 성장을 유도할 수 있다. D-ribose는 모든 시간대에서 biofilm의 형성을 억제했고, furanone은 24시간,36시간에서 P. gingivalis의 biofilm을 억제했다. 수학적인 모델링도 실험결과와 일치했다.


4. 결론

F.nucleatum은 QS의 효과로 P. gingivalis biofilm 성장을 유도했고, 이는 AI-2 억제제에 의해 감소했다. 이러한 현상은 수학적 모델로 설명이 가능하다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/130857
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