Composition and metabolism of the pellicle in children
Food Chemistry
Final Report Abstract
Die Pellikel ist der initiale Protein-, Glycoprotein- und Lipidfilm, der sich nahezu sofort auf allen oral exponierten Festkörperoberflächen ausbildet. In der vorliegenden Studie wurden erstmalig die Pellikel und der Speichel bei Kindern systematisch und umfassend mit einem breiten Methodenspektrum charakterisiert. Dabei wurde die Kariesaktivität berücksichtigt. Zudem erfolgten weltweit erstmalig Metabolomanalysen der Pellikel. Die Fragebögen zum Ernährungs- und Zahnputzverhalten der Kinder belegten dabei den deutlichen Zusammenhang zwischen täglichen Lebensgewohnheiten und Zahngesundheit bzw. Kariesbefall. Zur Metabolomanalyse der Speichel- und Pellikelproben wurden zum einen SIDA-UPLC-MS/MSmrm-Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung bestimmter Schlüsselmetabolite wie Aminosäuren, organische Säuren und kurzkettige Fettsäuren entwickelt. Zum anderen wurden nichtzielgerichtete UPLC-ToF-MS-Analysen zur Abbildung der Metabolitprofile der Probandengruppen etabliert. Die Quantifizierung von Aminosäuren, organischen Säuren und kurzkettigen Fettsäuren mittels der etablierten Stabilisotopen-Verdünnungsanalyse (SIDA-UPLC-MS/MSMRM)-Methoden ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Pellikel- bzw. Speichelproben der kariesinaktiven, sanierten und kariesaktiven Probanden. Das holistische UPLC-ToF-Screening der Speichelproben lieferte keine eindeutige Trennung zwischen den Probandengruppen, weshalb keine Marker für die Kariesaktivität identifiziert werden konnten. Die abundantesten Metabolite in der Pellikel stellen in absteigender Konzentration Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Glycin und Serin dar. Dieser Befund zeigte sich gleichermaßen bei den kariesinaktiven, sanierten und kariesaktiven Probanden. Die Fettsäureanalytik zeigte bei Betrachtung der Hauptfettsäuren der Pellikel einen erhöhten Anteil an gesättigten Fettsäuren bei kariesaktiven und sanierten Kindern. Im Gegensatz dazu wiesen Kariesinaktive größere Anteile der ungesättigten Fettsäuren auf. Die vorliegenden massenspektrometrischen Analysen zeigen, dass das Proteinprofil der initialen Pellikel bei Kindern durch eine große Komplexität (mit mehr als 530 detektierbaren Proteinen) sowie durch eine große interindividuelle Vielfalt charakterisiert ist („individual fingerprint“). In Abhängigkeit vom Kariesstatus der Probanden konnten (z.T. signifikante) Unterschiede im Proteinprofil der Pellikel nachgewiesen werden. Während die Messung der Enzymaktivitäten keine Unterschiede ergab, zeigte das Gold- Immuno-Labelling einen Einfluß der Kariesaktivität. GTF C und D waren nur bei den kariesinaktiven sowie den sanierten Kindern detektierbar, bei den kariesaktiven Kindern waren hingegen GTF C und D in der Pellikel nicht nachweisbar. Die Ergebnisse in der vorliegenden Breite sind wichtige und neuartige Referenz- und Basisdaten zum Verständnis der komplexen Oberflächeninteraktionen speziell in der kindlichen Mundhöhle. Grundlegende Effekte der Kariesaktivität auf die Ultrastruktur, enzymatische Funktion, das Proteom und das Metabolom der Pellikel konnten nicht beobachtet werden. Allerdings waren abhängig vom Kariesstatus der Probanden Unterschiede im Proteinprofil der Pellikel detektierbar, wobei die vollumfängliche bioinformatische Aufbereitung jedoch noch aussteht. Neben verschiedenen Hauptkomponenten, die in allen Pellikelproben nachweisbar waren, gibt es individualspezifische Unterschiede im Hinblick auf die Zusammensetzung der Pellikel.
Publications
- „Metabolomic profiling of saliva and pellicle samples collected from healthy and caries patients.“ 255th ACS Meeting & Exposition, New Orleans, LA, United States, March 18-22, 2018 (2018), AGFD-18
Schulz, A.; Lang, R.; Behr, J.; Hertel, S.; Hannig, C.; Hannig M.; Hofmann, T.
