A number of bacterial species coexist in oral cavities as a biofilm rather than a planktonic arrangement. By forming an oral biofilm with quorum sensing properties, microorganisms can develop a higher pathogenic potential and stronger resistance to the host immune system and antibiotics. Hence, the inhibition of biofilm formation has become a major research issue for the future prevention and treatment of oral diseases. In this study, we investigated the effects of pentose on biofilm formation and phenotypic changes using wild type oral bacteria obtained from healthy human saliva. D-ribose and D-arabinose were found to inhibit biofilm formation, but have no effects on the growth of each oral bacterium tested. Pentoses may thus be good candidate biofilm inhibitors without growth-inhibition activity and be employed for the future prevention or treatment of oral diseases.
Biofilms of oral microbes can cause various diseases in the oral cavity, such as dental caries, periodontitis and mucosal disease. Electrolyzed water generated by an electric current passed via water using a metal electrode has an antimicrobial effect on pathogenic bacteria which cause food poisoning. This study investigated the antimicrobial activity of electrolyzed waters using various metal electrodes on the floatage and biofilms of oral microbes. The electrolyzed water was generated by passing electric current using copper, silver and platinum electrodes. The electrolyzed water has a neutral pH. Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis and Tannerella forsythia were cultured, and were used to form a biofilm using specific media. The floatage and biofilm of the microbes were then treated with the electrolyzed water. The electrolyzed water using platinum electrode (EWP) exhibited strong antimicrobial activity against the floatage and biofilm of the oral microbes. However, the electrolyzed water using copper and silver electrodes had no effect. The EWP disrupted the biofilm of oral microbes, except the S. mutans biofilm. Comparing the different electrolyzed waters that we created the platinum electrode generated water may be an ideal candidate for prevention of dental caries and periodontitis.
Minimal inhibitory concentration (MIC) is the lowest antibiotic concentration that inhibits the visible growth of bacteria. Sub-minimal inhibitory concentration (Sub-MIC) is defined as the concentration of an antimicrobial agent that does not have an effect on bacterial growth but can alter bacterial biochemistry, thus reducing bacterial virulence. Many studies have confirmed that sub-MICs of antibiotics can inhibit bacterial virulence factors. However, most studies were focused on Gram-negative bacteria, while few studies on the effect of sub-MICs of antibiotics on Gram-positive bacteria. In this study, we examined the influence of sub-MICs of doxycycline, tetracycline, penicillin and amoxicillin on biofilm formation and coaggregation of Streptococcus gordonii, Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii, and Actinomyces odontolyticus. In this study, incubation with sub-MIC of antibiotics had no effect on the biofilm formation of S. gordonii and A. naeslundii. However, S. mutans showed increased biofilm formation after incubation with sub-MIC amoxicillin and penicillin. Also, the biofilm formation of A. odontolyticus was increased after incubating with sub-MIC penicillin. Coaggregation of A. naeslundii with S. gordonii and A. odontolyticus was diminished by sub-MIC amoxicillin. These observations indicated that sub-MICs of antibiotics could affect variable virulence properties such as biofilm formation and coaggregation in Gram-positive oral bacteria.
An, Sun-Jin;Namkung, Jong-Uk;Ha, Kyung-Won;Jun, Hye-Kyoung;Kim, Hyun Young;Choi, Bong-Kyu
International Journal of Oral Biology
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v.46
no.3
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pp.111-118
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2021
Periodontitis and periimplantitis are caused as a result of dental biofilm formation. This biofilm is composed of multiple species of pathogens. Therefore, controlling biofilm formation is critical for disease prevention. To inhibit biofilm formation, sugars can be used to interrupt lectin-involving interactions between bacteria or between bacteria and a host. In this study, we evaluated the effect of D-Arabinose on biofilm formation of putative periodontal pathogens as well as the quorum sensing activity and whole protein profiles of the pathogens. Crystal violet staining, confocal laser scanning microscopy, and scanning electron microscopy revealed that D-Arabinose inhibited biofilm formation of Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium nucleatum, and Tannerella forsythia. D-Arabinose also significantly inhibited the activity of autoinducer 2 of F. nucleatum and the expression of representative bacterial virulence genes. Furthermore, D-Arabinose treatment altered the expression of some bacterial proteins. These results demonstrate that D-Arabinose can be used as an antibiofilm agent for the prevention of periodontal infections.
In the oral cavity, there are hundreds of microbial species that exist as planktonic cells or are incorporated into biofilms. The accumulation and proliferation of pathogenic bacteria in the oral biofilm can lead to caries and periodontitis, which are typical oral diseases. The oral bacteria in the biofilm not only can resist environmental stress inside the oral cavity, but also have a 1,000 times higher resistance to antibiotics than planktonic cells by genes exchange through the interaction between cells in the oral biofilm. Therefore, if the formation of oral biofilm is suppressed or removed, oral diseases caused by bacterial infection can be more effectively prevented or treated. In particular, since oral biofilms have the characteristic of forming a biofilm by gathering several bacteria, quorum sensing, a signaling system between cells, can be a target for controlling the oral biofilm. In addition, a method of inhibiting biofilm formation by using arginine, an alkali-producing substrate of oral bacteria, is used to convert the distribution of oral microorganisms into an environment similar to that of healthy teeth or inhibit the secretion of glucosyltransferase by S. mutans to inhibit the formation of non-soluble glucans. It can be a target to control oral biofilm. This method of inhibiting or removing the oral biofilm formation rather than inducing the death of pathogenic bacteria in the oral cavity will be a new strategy that can selectively prevent or therapeutic avenues for oral diseases including dental caries.
Streptococcus mutans causes oral diseases, including tooth decay, by producing a biofilm called plaque. Therefore, inhibition of biofilm formation is essential for maintaining oral health. Plants produce a variety of secondary metabolites, which act as starting sources for the discovery of new bioactive chemicals that inhibit biofilm formation of S. mutans. Previous studies have reported on chemicals with antibiotic activity for the inhibition of biofilm formation by S. mutans. In this study, nine plant extracts from Melonis Pedicellus, Agastachis Herba, Mori Cortex Radicis, Diospyros kaki leaves, Agrimoniae Herba, Polygoni Multiflori Radix, Lycopi Herba, Elsholtziae Herba, and Schizonepetae Spica were screened for the inhibition of biofilm formation from a plant extract library. The water-soluble compounds of the extracts did not affect cell growth but selectively inhibited biofilm formation. These results suggest that the selected plant extracts constitute novel biofilm formation inhibitors, with a novel biological mechanism, for improving oral hygiene.
Background: Oral diseases are caused by various systemic and local factors, the most closely related being the biofilm. However, the challenges involved in removing an established biofilm necessitate professional care for its removal. This study aimed to evaluate and compare the effects of professional self and professional biofilm care in healthy patients to prevent the development of periodontal diseases. Methods: Thirty-seven patients who visited the dental clinic between September 2018 and February 2019 were included in this study. Self-biofilm care was performed by routine tooth brushing and professional biofilm care was provided using the toothpick method (TPM) or the oral prophylaxis (OP) method using a rubber cup. Subgingival bacterial motility and halitosis (levels of hydrogen sulfide, $H_2S$; methyl mercaptan, $CH_3SH$; and di-methyl sulfide, $(CH_3)_2S$) were measured before, immediately after, and 5 hours after the preventive treatment in the three groups. Repeated measures analysis of variance test was performed to determine significant differences among the groups. Results: TPM was effective immediately after the prevention treatment, whereas OP was more effective after 5 hours (proximal surfaces, F=16.353, p<0.001; smooth surfaces, F=66.575, p<0.001). The three components responsible for halitosis were effectively reduced by professional biofilm care immediately after the preventive treatment; however, self-biofilm care was more effective after 5 hours ($H_2S$, F=3.564, p=0.011; $CH_3SH$, F=6.657, p<0.001; $(CH_3)_2S$, F=21.135, p<0.001). Conclusion: To prevent oral diseases, it is critical to monitor the biofilm. The dental hygienist should check the oral hygiene status and the ability of the patient to administer oral care. Professional biofilm care should be provided by assessing and treating each surface of the tooth. We hope to strengthen our professional in biofilm care through continuous clinical research.
Chlorhexidine has long been used in mouth washes for the control of dental caries, gingivitis and dental plaque. Minimal inhibitory concentration (MIC) is the lowest concentration of an antimicrobial substance to inhibit the growth of bacteria. Concentrations lower than the MIC are called sub minimal inhibitory concentrations (sub-MICs). Many studies have reported that sub-MICs of antimicrobial substances can affect the virulence of bacteria. The aim of this study was to investigate the effect of sub-MIC chlorhexidine on biofilm formation and coaggregation of oral early colonizers, such as Streptococcus gordonii, Actinomyces naeslundii and Actinomyces odontolyticus. The biofilm formation of S. gordonii, A. naeslundii and A. odontolyticus was not affected by sub-MIC chlorhexidine. However, the biofilm formation of S. mutans increased after incubation with sub-MIC chlorhexidine. In addition, cell surface hydrophobicity of S. mutans treated with sub-MIC of chlorhexidine, decreased when compared with the group not treated with chlorhexidine. However, significant differences were seen with other bacteria. Coaggregation of A. naeslundii with A. odontolyticus reduced by sub-MIC chlorhexidine, whereas the coaggreagation of A. naeslundii with S. gordonii remained unaffected. These results indicate that sub-MIC chlorhexidine could influence the binding properties, such as biofilm formation, hydrophobicity and coaggregation, in early colonizing streptococci and actinomycetes.
Quorum sensing (QS) is a cell density-dependent communication mechanism between bacteria through small signaling molecules. When the number of QS signaling molecules reaches a threshold, they are transported back into the cells or recognized by membrane-bound receptors, triggering gene expression which affects various phenotypes including bioluminescence, virulence, adhesion, and biofilm formation. These phenotypes are beneficial for bacterial survival in harsh environments. This review summarizes the application of QS inhibitors for control of biofilm formation and virulence expression of periodontal pathogens.
Dental caries and periodontitis are the major concerns of oral disease to human, and its etiologic factor is dental biofilm. The aim of this study is to discuss the clinical application method and the meaning of dental biofilm control in the disabled patients. Generally, ultrasonic scaler are likely to generate excessive stimulus to the disabled patients. Rubber cup application using Ni-Ti engine could remove dental biofilm more comfortably to the disabled patients.
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