基于病毒宏基因组学技术研究牙菌斑内的病毒群落及其对慢性牙周炎的作用

The incidence of periodontal diseases is high and their pathogenesis remains unclear. Traditional etiology holds that bacteria are the main pathogenic factors of periodontal diseases, but this theory cannot fully explain all the clinical symptoms of periodontal diseases. In recent years, the role of viruses in attacks of periodontal diseases has gradually attracted much attention, and related research results may thoroughly change the present diagnoses, prevention and treatment strategies of periodontal diseases. But as the viral communities in the periodontal environment are complex, the technology of traditional viral identification cannot analyze them in all-round way. The viral metagenomics, as a newly rising technology, can fully excavate the viral communities and unknown viruses in all specific environment. In previous stage, with this technology the study group has gained information of the viral communities and unknown viruses in the dental plaques of patients with chronic periodontitis. On this basis, using viral metagenomics, high throughput sequencing technology, bioformatics et al, in this program we attempt to make a deep analysis of the virome in the dental plaques of both chronic periodontitis patients and periodontally healthy volunteers. Whole genome of the unknown viruses will be cloned, and discrepancies between the two groups will be compared to screen out the potential pathogenic viruses of chronic periodontitis. Epidemiological strategies will be adopted to explore the correlation between the suspected viruses and chronic periodontitis. Results of this study will reveal the viral communities and the potential pathogenic viruses of chronic periodontitis, and provide new theoretical basis for the pathogenesis, treatment and preventive strategies of periodontal diseases.

牙周病患病率高且病因未明，传统病因学认为细菌是牙周病的主要致病因素，但该理论并不能完全解释牙周病的多种临床症状。近年来病毒在牙周病发病中的作用逐渐受到关注，相关的研究结果可能彻底改变目前对牙周疾病的诊断、预防及治疗策略。但牙周环境内的病毒群落复杂，传统的病毒鉴定技术无法对其全面分析。病毒宏基因组学作为一项新兴技术能充分挖掘特定环境中的病毒群落和未知病毒。课题组在前期应用该技术成功获得了慢性牙周炎患者菌斑内的病毒群落及未知病毒的信息。在此基础上本项目拟采用病毒宏基因组学、高通量测序及生物信息学等技术，分析慢性牙周炎患者及牙周健康者菌斑内的病毒群落信息，克隆未知病毒的全基因组，并通过比较二者的差异来筛选出慢性牙周炎的潜在致病病毒，再通过流行病学方法研究其与牙周病发病的相关性。研究结果不仅能揭示慢性牙周炎患者菌斑内的病毒群落信息及其致病病毒，还将为牙周病的病因、治疗及预防策略提供新的理论基础。

牙周病是一种慢性非特异性炎症，已经成为影响我国居民身体健康的一种重要疾病。传统的细菌致病理论并不能完整地解释牙周病的所有临床特征，病毒作为牙周病致病因素逐渐受到关注。病毒宏基因组学成为了解牙周病相关病毒群落和发掘新发病毒性传染病的强大工具。本项目采用病毒宏基因组学技术、高通量测序和生物信息学技术深度分析综合描绘了慢性牙周炎患者牙周袋内壁牙龈上皮与牙周健康人群牙龈上皮内的病毒群落结构，证实牙周环境中多为DNA病毒，双链DNA病毒及单链DNA病毒均有广泛的分布及丰度，Siphoviridae等是牙周环境病毒群落的重要组成成分。同时比较了慢性牙周炎患者与牙周健康人群牙龈上皮内的病毒群落差异，发现慢性牙周炎患者拥有较高的病毒丰度，但牙周健康者牙周环境内的病毒物种多样性更高。经分析，发现两株乙型细环病毒属病毒和一株新长尾噬菌体病毒，并通过反向PCR技术和序列拼接验证的方法获得3株新发现病毒基因组信息，分别命名3株病毒为TTMV-222、TTMV-204和Siphoviridae_29632，并描绘了其基因结构、同源性分析及进化关系。随后建立3株病毒检测方法，并利用分子流行病学调查的原理和方法，采用病例对照研究方法探究3株新病毒与慢性牙周炎关系，发现慢性牙周炎受试者TTMV-222和Siphoviridae_29632阳性率显著高于对照组受试者，该两种病毒可能与慢性牙周炎相关；TTMV-204阳性率在两组之间无显著性区别。Southern blot未能检测到复制的病毒基因序列。 发现TTMV-222的ORF1蛋白在表达中存在酶切加工过程。本项目首次揭示了慢性牙周炎牙周环境及健康牙周环境中病毒群落信息及差异，证实了运用病毒宏基因组学研究口腔环境病毒群落的可行性，首次在牙周环境中发现了新细环病毒的存在，并初步探索了新病毒与慢性牙周炎的关联性，对体外建立TTMV-222病毒感染细胞模型进行了初步探索，首次发现TTMV的ORF1蛋白在表达中存在酶切加工过程。本项目为牙周病的病因学研究提供一个全新的视角，为牙周疾病的预防、诊断及治疗策略提供新的理论依据。