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Apr 14, 2023

Selenomonas sputigena agisce come un patogeno mediando la struttura spaziale e la virulenza del biofilm nella carie della prima infanzia

Nature Communications volume

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2919 (2023) Citare questo articolo

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Lo Streptococcus mutans è stato implicato come l'agente patogeno principale della carie infantile (carie). Sebbene il ruolo delle comunità polimicrobiche sia apprezzato, non è chiaro se altri microrganismi contribuiscano attivamente o interagiscano con i patogeni. Qui, integriamo la multi-omica del biofilm sopragengivale (placca dentale) di 416 bambini in età prescolare (208 maschi e 208 femmine) in un processo di validazione della scoperta per identificare le interazioni interspecie rilevanti per la malattia. Sedici taxa sono associati alla carie infantile nelle analisi metagenomiche-metatrascrittomiche. Utilizzando test di imaging e virulenza multiscala/computazionali, esaminiamo le dinamiche di formazione del biofilm, la disposizione spaziale e l'attività metabolica di Selenomonas sputigena, Prevotella salivae e Leptotrichia wadei, individualmente o con S. mutans. Mostriamo che S. sputigena, un anaerobio flagellato con un ruolo precedentemente sconosciuto nel biofilm sopragengivale, rimane intrappolato negli esoglucani streptococcici, perde motilità ma prolifera attivamente per costruire una superstruttura multicellulare a nido d'ape che incapsula S. mutans, migliorando l'acidogenesi. Esperimenti su modelli di roditori rivelano una capacità non riconosciuta di S. sputigena di colonizzare le superfici dei denti sopragengivali. Sebbene non sia in grado di causare da sola la carie, quando coinfettata con S. mutans, S. sputigena provoca estese lesioni dello smalto dei denti ed esacerba la gravità della malattia in vivo. In sintesi, scopriamo un patogeno che coopera con un patogeno noto per costruire una struttura spaziale unica e aumentare la virulenza del biofilm in una malattia umana prevalente.

Gli agenti patogeni che formano biofilm sono stati implicati in una miriade di malattie infettive umane e nella contaminazione di dispositivi e impianti biomedici1,2,3. Sebbene i patogeni consolidati mostrino proprietà emergenti che facilitano lo stile di vita del biofilm e l'espressione della virulenza, spesso risiedono in comunità polimicrobiche con prove crescenti di interazioni interspecie4,5. Tra i vari microbiomi, le comunità del biofilm della placca umana ospitano diversi microbioti sulla barriera della mucosa orale e sulle superfici dentali mineralizzate che svolgono un ruolo chiave nella modulazione della salute e della malattia, ma rimangono sottovalutati6. Sebbene gli studi di associazione sull’intero microbioma abbiano rivelato nuove specie microbiche implicate nelle malattie orali, la maggior parte delle prove è stata generata da piccoli campioni di partecipanti reclutati da cliniche o sottoposti a cure odontoiatriche, mentre i ruoli causali delle specie identificate rimangono in gran parte indefiniti. Sono garantite indagini approfondite sugli aspetti tassonomici e funzionali delle interazioni microbiche nei biofilm orali tra campioni di comunità. Tali studi potrebbero non solo rivelare ulteriori agenti patogeni rilevanti per la popolazione, ma possono anche far luce su nuovi meccanismi patogenetici e interazioni interspecie.

La carie dentale (carie) è una malattia diffusa, mediata dal biofilm e modulata dalla dieta, che colpisce circa 600 milioni di bambini in tutto il mondo e rimane un grave problema di salute pubblica irrisolto7. La malattia ha un'eziologia complessa, ma è generalmente intesa come un processo di demineralizzazione dei tessuti dentali, dipendente dalla dieta dell'ospite, che si basa sulla comunità disbiotica e sull'acidogenesi polimicrobica4,8. Lo Streptococcus mutans è un batterio gram-positivo, formante biofilm, acidogeno e acidurico che è stato clinicamente associato alla carie infantile9, ha dimostrato di causare carie in modelli animali10 ed è stato stabilito come un patogeno orale fondamentale11. È stato segnalato che altri taxa batterici, ad esempio Scardovia Wiggsiae e streptococchi del gruppo mitis come Streptococcus gordonii e Streptococcus oralis, collaborano o si antagonizzano con S. mutans12,13. Sebbene altre specie microbiche sulle superfici dei denti siano state associate alla carie dentale14,15,16,17, non è chiaro se siano contributori attivi, coabitanti inattivi o interagiscano con S. mutans come patobionti18 per promuovere lo sviluppo della malattia.