Genes e funções potencialmente responsáveis pela aciduricidade de lactobacillus spp presentes em superficíes radiculares

Abstract

Introdução: Os Lactobacillus spp são bactérias acidogênicas e acidúricas e estão dentre as principais bactérias cariogênicas associados ao avanço do processo carioso. Muito do que se sabe sobre a aciduricidade de Lactobacillus spp deve-se aos estudos in vitro sendo escassos dados obtidos sob condições clinicamente relevantes. Objetivo: Identificar genes envolvidos na aciduricidade de Lactobacillus spp e potenciais funções atribuídas a esses genes por meio da análise do metranscriptoma de biofilme coletado de superfícies radiculares hígidas (SRS) ou de biofilme/dentina coletados de superfícies radiculares com lesão de cárie (RC). Metodologia: Bibliotecas genômicas foram construídas a partir do sequenciamento de RNA mensageiro isolado das amostras de biofilme (10 de SRS e 9 de RC utilizando Illumina HiSeq 2500). Os reads gerados pelo sequenciamento foram mapeados em relação aos 162 genomas encontrados nas amostras e o genoma do L. paracasei ATCC 334 foi utilizado como referência para identificação dos genes de tolerância ácida. O algoritmo DESEq2 foi utilizado para calcular o nível de expressão gênica diferencial entre as condições SRS e RC. Resultados: 15 genomas de Lactobacillus spp foram identificados sendo eles: L. acidophilus, L. brevis, L. buchneri, L. crispatus, L. curvatus, L. casei L. delbrueckii, L. fermentum, L. gasseri, L. jensenii, L. johnsonii, L. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus e L. salivarius. Os Lactobacillus foram identificados em apenas 1 amostra de SRS (L. fermentum, L. gasseri e L. paracasei). Já para RC, em apenas 1 delas os Lactobacillus não foram identificados. Genes de tolerância ácida foram identificados em todos os genomas, variando de 87 (L. plantarum) até 180 (L. paracasei). A análise dos genomas mostrou um total de 653 genes de tolerância ácida diferencialmente expressos em RC. Tradução, estrutura ribossômica e biogênese, transporte de nucleotídeos e de aminoácidos foram as funções mais associadas a esses genes super-expressos. Conclusão: Apesar de uma grande quantidade de genes de tolerância ácida estar presente nos Lactobacillus spp, uma pequena porcentagem parece estar super-expressa em RC. Múltiplas funções estão envolvidas na tolerância ao ácido em Lactobacillus spp e funções espécie-especificas parecem também estar relacionadas com a sobrevivência de Lactobacillus spp em ambientes acidificados como o do biofilme cariogênico associado as superfícies radiculares com cárie.

Introduction: Lactobacillus spp are acidogenic and aciduric bacteria and are among the main cariogenic bacteria associated with the advance of the carious process. Much of what is known about the aciduricity of Lactobacillus spp is due to in vitro studies, with little data obtained under clinically relevant conditions. Objective: Identify genes involved in the aciduricitty of Lactobacillus spp and potential functions attributed to these genes by analyzing the biofilm metranscriptome collected from healthy root surfaces (SRS) or biofilm/dentin collected from root surfaces with caries lesions (RC). Methods: Genomic libraries were built from the sequencing of mRNA isolated from the biofilm samples (10 from SRS and 9 from RC using Illumina HiSeq 2500). The reads generated by the sequencing were mapped in relation to the 162 genomes found in the samples and the genome of L. paracasei ATCC 334 was used as a reference for the identification of acid tolerance genes. The DESEq2 algorithm was used to calculate the level of differential gene expression between the SRS and RC conditions. Results: 15 genomes of Lactobacillus spp were identified: L. acidophilus, L. brevis, L. buchneri, L. crispatus, L. curvatus, L. casei L. delbrueckii, L. fermentum, L. gasseri, L. jensenii , L. johnsonii, L. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus and L. salivarius. Lactobacillus were identified in only 1 sample of SRS (L. fermentum, L. gasseri and L. paracasei). As for RC, in only 1 of them the Lactobacillus were not identified. Acid tolerance genes were identified in all genomes, ranging from 87 (L. plantarum) to 180 (L. paracasei). The analysis of the genomes showed a total of 653 acid tolerance genes differentially expressed in RC. Translation, ribosomal structure and biogenesis, transport of nucleotides and amino acids are the most associated with these overexpressed genes. Conclusion: Although a large number of acid tolerance genes are present in Lactobacillus spp, a small percentage appears to be overexpressed in CR. Multiple functions are involved in acid tolerance in Lactobacillus spp and speciesspecific functions also seem to be related to the survival of Lactobacillus spp in acidified environments such as that of the cariogenic biofilm associated with root surfaces with caries.