Abordagem metagenômica de procariotos e presença de genes de resistência a agente antimicrobianos em saliva, biofilme supragengival e canais radiculares com infecções agudas

Abstract

O objetivo do presente estudo clínico foi compreender o efeito do uso prévio de agentes antimicrobianos na diversidade e a estrutura do microbioma procariótico de saliva, biofilme supragengival e canal radicular de dentes com infecção endodôntica aguda. Realizaram-se coletas microbiológicas de saliva (S), biofilme supragengival (BS) e canal radicular (CR) de pacientes que não utilizaram antibióticos (G1: n=6) e de pacientes que utilizaram antibióticos (G2: n=6). Para a caracterização das comunidades de procariotos por meio de sequenciamento de alto rendimento, foram produzidos pools de seis amostras para cada um dos sítios. A região hipervariável V3-V4 do gene 16S rRNA foi amplificada e a plataforma Illumina MiSeq foi empregada para análise das sequências geradas. Foram determinadas a presença e abundância relativa das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) em cada amostra. Procedeu-se a análise de alfa-diversidade para cada amostra, considerando-se as métricas de Simpson, dominância, estimativa de riqueza de Chao-I e o Índice de Shannon. Os valores obtidos foram comparados por meio de testes estatísticos. Para a análise dos índices de beta-diversidade, empregou-se o método de agrupamento UPGMA, com jackknifing e método de comparação UniFrac com peso. A representação gráfica tridimensional da beta-diversidade foi realizada por meio de análise de coordenadas principais. A técnica de PCR gene específico foi empregada para determinar a presença de genes relacionados à resistência bacteriana para agentes beta-lactâmicos (blaTEM, blaZ, ampC, mecA), macrolídeos (ermB, ermC, mefA), tetraciclinas (tetM, tetQ, tetW), lincosamidas (lnuB, lsaB) e vancomicina (vanA, vanD, vanE). A similaridade para a presença/ausência de genes de resistência nas amostras de S, BS e CR em G1 e G2 foi determinada por meio de coeficiente de agrupamento, utilizando-se o método UPGMA com distância Euclidiana. Todos os pacientes apresentavam infecção endodôntica aguda, caracterizada pela presença de dor espontânea, necrose pulpar e dor à percussão vertical. Aumento de volume foi observado em 8/12 pacientes. Os pacientes do Grupo 2 utilizaram beta-lactâmicos previamente à consulta (amoxicilina = 5; cefalexina = 1). Há predomínio de integrantes do domínio Bactéria em todas S, BS e CR. Archaea pertencentes ao gênero Methanobrevibacter foram encontradas apenas em amostras de CR, constituindo menos de 1% do total de OTUs (G1-CR = 0,319%; G2-CR = 0,014%). Há predomínio de bactérias dos filos Firmicutes e Bacteroidetes em amostras de S, BS e CR. Há redução intensa no percentual de OTUs pertencentes ao Filo Firmicutes em amostras de saliva, quando antibiótico foi utilizado (G1-S = 75,371; G2-S = 35,242). Comportamento oposto ocorreu neste ecossistema para integrantes do Filo Bacteroidetes (G1-S = 12,657; G2-S = 33,947). Tanto em G1 quanto em G2, bactérias do gênero Streptococcus predominam em amostras de S e BS. Em canais radiculares, maiores percentuais de OTUs foram observados para os gêneros Porphyromonas e Prevotella. As métricas de alfadiversidade indicam que o uso prévio de antimicrobiano parece oportunizar o estabelecimento de espécies antes menos abundantes, especialmente em saliva (dominância: G1-S>G2-S; índice de Shanon: G1-S<G2-S; índice de Simpson: G1- S<G2-S; índice de Chao-1: G1-S<G2-S). A análise de beta-diversidade mostra proximidade entre G1-BS e G2-BS; há distanciamento entre G1-S e G2-S. As amostras G1-CR e G2-CR estão mais distantes de S e BS, sugerindo maior seleção imposta pelo ecossistema do CR aos procariotos. Os genes de resistência mais frequentemente detectados foram tetM, tetQ, tetM, ermB e mefA. Não foram detectados genes vanA, vanD, vanE, blaZ, mecA, lnuB e ermC. O gene ermB foi frequentemente detectado em amostras de S, BS e CR em ambos os grupos. Em pacientes que não utilizaram antibiótico, o gene tetM e o gene tetQ foram detectados simultaneamente em S, BS e CR (tetM = 4/6; tetQ = 3/6). A análise multivariada não demonstrou nível de agrupamento alto entre amostras de um mesmo paciente, de um mesmo ecossistema, ou de um mesmo grupo. A partir dos resultados do presente estudo, observou-se que a utilização de agente antimicrobiano betalactâmico parece alterar parâmetros composicionais de comunidades de procariotos na cavidade bucal. Entretanto, particularidades relativas a cada ecossistema podem modular a extensão deste efeito, parecendo ser mais intensos em amostras de S do que em BS e CR.

The present clinical study aimed to assess the effect of antibiotics over the diversity and structure in prokaryotic communities of saliva, supragengival biofilm and root canal of teeth with acute primary infections. Samples of saliva (S), supragengival biofilm (BS) and root canal of teeth with acute primary infections (CR) were collected from patients, and were grouped according with the previous use of antibiotic (G1 = no antibiotics; G2 = antibiotics). Pooled samples for each community were evaluated. DNA sequencing was performed with MiSeq (Illumina). The V3-V4 hypervariable region from the 16S rRNA gene was amplified. The presence and relative abundance of the operational taxonomic units (OTUs) was determined for each sample. Alpha-diversity analysis was performed with the Simpson’s index, dominance, Chao-1 richness index and Shannon’s index. Statistical analysis was carried out to compare their values for each community.Beta-diversity was computed through UPGMA clustering and jackknifing. The principal coordinate analysis employed weighted UniFrac. Gene-specific PCR was employed to detect resistance genes to lactamics (blaTEM, blaZ, ampC, mecA), macrolides (ermB, ermC, mefA), tetracyclines (tetM, tetQ, tetW), lincosamides (lnuB, lsaB) e vancomycin (vanA, vanD, vanE). The UPGA clustering analysis with Euclidean distance was applied to investigate the existence of similar groups of samples. A dendrogram was constructed to show the arrangement of the sample groups produced by clustering. All the patients had primary acute endodontic infections, with spontaneous pain, pulp necrosis and tenderness on percussion. Swelling was observed for 8 out of 12 patients. Patients from G2 had lactamics before the urgency appointment (amoxicillin = 5; cephalexin = 1). Bacteria were predominant in S, BS and CR samples. Archaea belonging to the genus Methanobrevibacter were only detected in RC samples and comprised less than 1% of all the OTUs G1-CR = 0.319%; G2-CR = 0.014%). The great majority of the detected OTUs in S, BS, and CR belonged to the phyla Firmicutes and Bacteroidetes. Reduction in the percentage of Firmicutes was observed in G2-S (G1-S = 75.371%; G2-S = 35.242%). A distinct behavior was demonstrated by the Bacteroidetes (G1- S = 12.657%; G2-S = 33.947%). Components belonging to the genus Streptococcus were predominant in S and BS, for both G1 and G2. CR harbored high percentage of species belonging to the genus Porphyromonas and Prevotella. The alpha-diversity indexes demonstrated that the G2-S had an increase in low abundant species (dominance: G1- S>G2-S; Shanon index: G1-S<G2-S; Simpson index: G1-S<G2-S; Chao-1 index: G1-S<G2- S). Beta-diversity showed that G1-BS and G2-BS had close spatial distribution. G1-CR and G2-CR were more distant from S and BS samples. The RC may promote a most intense species selection, due to environmental conditions. The most frequently detected genes associated with resistance to antibiotics were tetM, tetQ, tetM, ermB, and mefA. The genes vanA, vanD, vanE, blaZ, mecA, lnuB, and ermC were not detected in the samples. The gene ermB was frequently detected in S, BS and CR samples. In patients from G1, tetM and tetQ were detected simultaneously in all the three environments (tetM = 4/6; tetQ = 3/6). There was no clustering behavior for samples belonging to different environments in the same patients and between the same environment samples from different groups. An overall analysis from the data allows for suggesting that the use of lactamic agents may alter compositional parameters from prokaryotic communities in the oral cavity to different extents. Specific environmental characteristics from each site may modulate the effect that seemed to be more intense for S than for BS and CR.