The lipidome of the pellicle and the role of lipids for the dynamic process of initial biofilm formation in situ.
Analytical Chemistry
Final Report Abstract
Die Pellikel ist der initiale Protein-, Glycoprotein- und Lipidfilm, der sich nahezu sofort auf allen oral exponierten Festkörperoberflächen ausbildet. Das Proteom der Pellikel ist Gegenstand vieler aktueller Studien, die Lipidzusammnesetzung wurde jedoch bislang nur unzureichend in den 80er Jahren untersucht. Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte erstmalig systematisch das Lipidprofil der Pellikel mit modernen Methoden untersucht werden. Triacylglycerole (TAG) mit den Hauptfettsäuren (16:0, 18:0, 18:1, 18:2) und Phospholipide (PL) wurden mittels LC-MS/MS- als integrale Bestandteile in der Pellikel nachgewiesen. Bei den untersuchten PL handelt es sich hauptsächlich um Membranlipide, die in vier Gruppen eingeteilt werden können: Lyso-Phosphatidylcholine Phosphatidylcholine, Phosphatidylethanolamine, Phosphatidylinositole. Weiterhin wurde das Fettsäureprofil der Pellikel eingehend charakterisiert (FA, GC-MS). Die Zunahme der Lipidmenge in der Pellikel in Abhängigkeit von der oralen Expositionszeit korreliert sehr gut mit der Pellikeldicke an buccalen und palatinalen Flächen nach 3, 30 und 120 min. Die anteilige Lipidzusammensetzung der Pellikel ist an unterschiedlichen Lokalisationen in der Mundhöhle und im interindividuellen Vergleich der Probanden sehr ähnlich, jedoch differiert die Lipidmenge im Vergleich der untersuchten Probanden deutlich. Das Fettsäureprofil in Speichel und Pellikel sind unterschiedlich. Spülungen mit Speiseölen führten zu einer nachhaltigen Anreicherung der Öl-spezifischen Fettsäuren in der Pellikel. Als besonders geeignet für diese Versuche erwies sich Leinöl mit der charakteristischen Linolensäure als Marker, die auch 8 h nach den Spülversuchen noch nachweisbar war. Silikonöl und CaCl2 hatten demgegenüber nur einen geringgradigen Einfluss auf das Fettsäureprofil. Unterschiedliche Substrate (Teflon, Zahnschmelz, SiO 2) hatten einen gewissen Einfluss auf die Lipidmenge in der Pellikel. Die Resultate der unterschiedlichen Methoden stimmen sehr gut überein (Lipidanalysen und bildgebende Verfahren). Ultrastrukturelle Untersuchungen (TEM, ESEM, Fluoreszenzmikroskopie) zeigen den Einfluss von Ölspülungen auf die Pellikel. Initial sind wenige Nanometer große Öltröpfchen erkennbar; bei Applikation hydrophiler Substanzen kommt es in Abhängigkeit vom angewendeten Öl zur Ausbildung einer Subsurface-Pellikel im Sinne einer optimierten Benetzung der Oberflächen. Die Ölspülungen modulieren in den ersten 120 min die weitere Pellikelbildung. Es wurden in den ersten 120 min antibakterielle Effekte auf die initial adhärierenden Bakterien festgestellt. Im Vergleich zu den Kontrollen fehlen die typischen granulären und globulären Auflagerungen. Im Verlauf zeigt die Pellikel eine weniger elektronendichte und aufgelockertere Struktur als die Kontrollproben. Zum Teil kommt es auch zu einer fein verteilten Integration der Lipidnanotröpfchen in die Pellikelultrastruktur. Nach 8 h zeigen sich im Vergleich zu Kontrollen keine ultrastrukturellen Effekte. Die Ergebnisse sind wichtige Referenz- und Basisdaten zum Verständnis der komplexen Oberflächeninteraktionen in der Mundhöhle, insbesondere bezüglich hydrophober Substanzen. Die im Detail evaluierte intentionelle Anreicherung von Lipiden aus Speiseölen ist die Grundlage für die Weiterentwicklung neuartiger präventiver Konzepte auf der Basis lipophiler Substanzen. Das Methodenspektrum ist auf andere Bioadsorptionsprozesse übertragbar und damit von übergeordneter Relevanz für Medizin und Biowissenschaften.
