lunes, 9 de diciembre de 2013

Metagenómica de la caries: Streptococcus mutans es uno más de tantos

A estas alturas todos somos conscientes de que tanto caries como periodontitis son enfermedades infecciosas polimicrobianas, aunque sigamos hablando de su etiología con una visión un tanto restringida, al darle un papel preponderante a, respectivamente, Streptococcus mutans y Porphyromonas gingivalis. Esta visión debería cambiar si aceptamos los resultados de diversas investigaciones moleculares1,2 y, recientemente, la realizada3 por el grupo liderado por el Dr. Mira, del Centro Superior de Investigaciones en Salud Pública de Valencia, España (http://www.csisp.gva.es/genomica-y-salud). En la patogenia de la caries es esencial la desmineralización del esmalte dental, un proceso provocado por la producción de ácidos en la fermentación de los azúcares de nuestra dieta, actividad que llevan a cabo diversas bacterias y en la que también se ha implicado a hongos levaduriformes del género Candida. La destrucción del esmalte explicaría el debut del proceso, aunque no su progresión hacia la dentina, en donde las cavidades formadas constituirían un nuevo ecosistema. Las características microbiológicas del esmalte y de la dentina serían diferentes, de ahí que la nueva hipótesis sobre la caries se fije en este detalle crucial y distinga entre dos procesos: 1º) desmineralización-inicio de caries, 2º) progresión hacia la dentina, en los que las poblaciones microbianas van cambiando.

Descenso de la diversidad bacteriana en caries
El trabajo citado3, muestra un brutal descenso de la diversidad bacteriana en las lesiones cariogénicas, sean éstas de esmalte (lesiones blancas, 193 especies) o de dentina (inicial, 350 especies; profunda, 290 especies), en relación con la diversidad de la placa supragingival (esmalte sano, 1015 especies). Las cifras son espectaculares e ilustran, quizás por vez primera, la verdadera dimensión  de lo que se ha calificado como una catástrofe ecológica, al tiempo que dan una idea de las condiciones tan desfavorables que se crean para el desarrollo bacteriano en las lesiones cariogénicas iniciales, quizás debido al pH ácido. No en vano, la composición de bacterias en caries de esmalte resultó ser significativamente diferente a la de la placa y a la de caries de dentina. Géneros como Streptococcus, Neisseria, Prevotella y Fusobacterium alcanzaron las mayores proporciones relativas en la placa supragingival, pero un incremento claro con la progresión de caries se dio solo para Streptococcus, Veillonella y Prevotella. Al analizar diversas especies de Streptococcus (10 en total) se comprobó, en caries de esmalte, un predominio de S. mitis, S. sanguinis, S. cristatus y S. gordonii. En caries inicial de dentina, S. mitis continuó como más prevalente, seguido por S. mutans, S. cristatus y S. sanguinis, para acabar S. cristatus y S. mutans como las especies con mayor proporción en caries profundas de dentina.

Genes funcionales en caries
De manera muy especial, el estudio3 hace un análisis de la expresión génica bacteriana en las distintas muestras estudiadas, revelando datos importantes sobre la adaptación a los distintos ambientes generados. Así, en caries de esmalte, los autores demuestran una expresión relevante de genes relacionados con la adhesión a superficies, el metabolismo fermentador y la adaptación al estrés ácido. Por el contrario, estos genes están reprimidos en caries iniciales de dentina, en donde significativamente se activan, entre otros, los relacionados con el metabolismo proteico y el estrés osmótico, la adhesión a colágeno y fibronectina, la expresión de colagenasas y la utilización de monosacáridos derivados del metabolismo de glucanos. En lesiones cariogénicas profundas de dentina, destaca la expresión de genes de resistencia a la respuesta inmune (en concreto, a la opsonización), la utilización de la alantoína (sustancia con un papel crucial en la regeneración de tejidos necróticos) y la captación de hierro.

Los autores citan algunas limitaciones en su estudio, por lo que sería deseable una confirmación de los resultados por parte de otros grupos de investigación. Sin embargo, los datos obtenidos están en la línea de investigaciones previas1,2, que, en conjunto, muestran que la teoría específica de la caries habría que desecharla definitivamente, ya que el panorama microbiológico obtenido es muy distinto al considerado clásicamente, y, sobre todo, por lo que respecta a S. mutans, que parece contribuir de una manera modesta a la caries de esmalte en comparación con otras especies del género. Sin embargo, aunque S. mutans pierda relevancia, hay que decir que sigue siendo válida como modelo de bacteria acidogénica y acidúrica, pero habrá que considerar que, junto a él, otras especies de género Streptococcus podrían tener una relevancia superior en el inicio de la enfermedad. La importancia de estos hallazgos en estrategias de prevención de la caries y, en especial, sobre el posible desarrollo de vacunas, es algo que está por ver, pero, seguramente, añade un elemento más de complejidad a este complicado mundo de una de las enfermedades más prevalentes de la humanidad.

3http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24080530

lunes, 23 de septiembre de 2013

Porphyromonas gingivalis: del periodonto a las articulaciones

La artritis reumatoide (1) es una enfermedad autoinmune que afecta al 1% de la población mundial y se caracteriza por ser una inflamación crónica que acaba destruyendo el cartílago y el hueso de las articulaciones. El líquido sinovial de las personas con esta patología presenta una elevada concentración de auto-anticuerpos frente a colágeno tipo II, diversas glicoproteínas, proteínas de choque térmico y, de forma característica, proteínas que contienen citrulina (2). Este extraño aminoácido -la citrulina- se forma a partir de proteínas que contienen arginina, en una reacción catalizada por diversas peptidilarginina desaminasas (PADs), en un proceso que recuerda la primera reacción de la arginina dihidrolasa de Streptococcus mutans.
Reacción de 'citrulinación' catalizada por una peptidil desaminasa; ref. 2.
En el ser humano, las PADs se encuentran en diversos tejidos y su función -no del todo conocida- parece centrarse en procesos como la apoptosis, la diferenciación final de la epidermis y la formación de mielina (2). Estos enzimas se han descrito también en diversas bacterias (p. ej., Helicobacter pylori, Bacteriodes fragilis), pero la existencia de una PAD en un periodontopatógeno como Porphyromonas gingivalis podría suponer una vuelta de tuerca más en el significado clínico de esta especie.
PAD bacteriana (Helicobacter pylori) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/mmdb/mmdbsrv.cgi?uid=39142
La PAD de P. gingivalis podría relacionarse con su actividad asacarolítica y con la necesidad de mantener un pH ligeramente básico en su hábitat natural (surco gingival y bolsa periodontal). Sin embargo,  este enzima tendría también implicaciones patológicas, por su actividad de ‘citrulinación’ de péptidos y proteínas y su probable conexión con la generación de auto-anticuerpos característicos de procesos autoinmunes como los que operan en la artritis reumatoide. La sospecha de asociación entre P. gingivalis y esta enfermedad no es un tema reciente, ya que la artritis reumatoide viene precedida por la periodontitis en no pocos pacientes. Sin embargo, ha sido ahora, en 2013, cuando Maresz y cols. (3), utilizando un modelo murino, han demostrado que P. gingivalis interviene en el desarrollo y progresión de la artritis reumatoide gracias a su PAD. El proceso no es, probablemente, específico de P. gingivalis, aunque resulta significativo, como se señala en el estudio citado (3), que Prevotella intermedia, otra bacteria ligada al periodonto y a la periodontitis, no se haya podido relacionar con la artritis reumatoide (ausencia del enzima?)… El tiempo aclarará la verdadera relación de algunos periodontopatógenos con patologías diversas, pero, de momento, habrá que mantener la boca sana…, por si la artritis.

1. Firestein GS. 2003. Nature 423: 356-361.
2. György B y cols. 2006. Int J Biochem Cell Biol 38: 1662-1677.
3. Maresz Kj y cols. 2013. PLoS Pathog 9: e10036271.

jueves, 5 de septiembre de 2013

Filifactor alocis: uno más a la lista de periodontopatógenos

Filifactor alocis en tejido periodontal. Visualización: FISH.
Schlafer et al. BMC Microbiology 2010, 10:66
http://www.biomedcentral.com/1471-2180/10/66
Filifactor alocis es un  bacilo grampositivo, anaerobio estricto, no esporulado, asacarolítico y con un modesto cromosoma de 1.9 Mb. Elisabeth Cato y colaboradores lo trajeron al mundo microbiano, nombrándolo como Fusobacterium alocis allá por 1985, aunque luego fue rebautizado como especie de Filifactor, taxón que se había creado para acomodar a ‘Clostridium villosus’. El nombre de Filifactor alocis está directamente relacionado con la morfología que presenta y con el lugar de su primer aislamiento: el surco gingival de personas con gingivitis y periodontitis, lo que ya le convierte en un sospechoso potencial. Por ello no es de extrañar que, en 2001 (1), Filifactor alocis apareciese en una lista de periodontopatógenos putativos. Su implicación en periodontitis crónicas parece clara, e incluso se le ha catalogado como posible marcador de la enfermedad (2).

Pero cerrar el círculo de implicaciones patológicas requiere algo más que sospechas, por lo que le han buscado relaciones con Porphyromonas gingivalis (3), especie incluida en el llamado grupo rojo (‘red cluster’) de Socransky. Se ha sabido así que Filifactor alocis es relativamente resistente al estrés oxidativo y que su capacidad de formación de biopelículas aumenta en compañía de Porphyromonas gingivalis, algo que también favore la adherencia y capacidad invasiva de ambos microorganismos. Además, Filifactor alocis induce apoptosis en el epitelio gingival (4) y, por si fuera poco, se ha comprobado que forma consorcios con Aggregatibacter actinomycetemcomitans y Streptococcus parasanguinis en pacientes con periodontitis juvenil localizada (5), en estadíos previos a la pérdida de hueso alveolar.

El asociarse con ‘indeseables’ de la placa dental podría no ser suficiente todavía, pero inspeccionando posibles determinantes de patogenicidad, Filifactor alocis ha revelado varias proteasas (3) (metaloproteasas, proteasas tipo CaaX, sialoglicoproteasas, etc.), enzimas éstas que siempre tienen relevancia en periodontitis, aunque se descarte, en principio, una significación similar a la de las gingipaínas de Porphyromonas gingivalis. Además, es probable que Filifactor alocis tenga proteínas de unión a fibronectina, hemolisinas, fimbrias y algunos otros componentes que, en general, se hallan a la espera de ser definidos con más precisión.

Sin duda, el futuro traerá nuevos datos sobre Filifactor alocis que ayudarán a situarlo en la etiología y patogenia de la periodontitis. Por el momento, lo añadiremos al grupo de bacterias con relevancia periodontopatógena..., para mayor complicación de los alumnos de Odontología.

1.     Paster BJ et al 2001. J Bacteriol 183: 3770-3783.
2.     Schlaffer F et al 2010. BMC Microbiology 10: 66.
3.     Aruni AW et al 2011. Infect Immun 79: 3872-3886.
4.     Moffatt CE et al 2011. Mol Oral Microbiol 26: 365-373.
5.     Fine DH et al 2013. J Clin Microbiol 51: 2850-2861.

lunes, 15 de julio de 2013

A. actinomycetemcomitans en 'Small Things Considered'

Mi agradecimiento al Dr. M. Schaechter (Elio) y a la Dra. G. Reguera (Gemma) por su consideración.

http://schaechter.asmblog.org/schaechter/2013/07/aggregatibacter-actinomycetemcomitans-a-unique-exotoxin-producing-oral-bacterium-.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+schaechter+%28Small+Things+Considered%29 

jueves, 27 de junio de 2013

Caries: arginina al rescate?

En un artículo de reciente aparición en ‘Journal of Dental Research’ (1), el equipo liderado por el Dr. RA Burne, de la Universidad de Florida (Gainesville), sugiere que la capacidad arginolítica (ADS) (sistema arginina desaminasa o arginina dihidrolasa) de las bacterias de la placa dental supragingival podría utilizarse para determinar el riesgo de caries en la población infantil. Los autores estudian la actividad ADS en niños de 2 a 14 años y encuentran valores significativamente mayores en placa supragingival procedente de muestras no cariogénicas. El trabajo puede considerarse un ampliación de evidencias anteriores obtenidas en adultos (2), por lo que aconsejan profundizar en la investigación del metabolismo de la arginina de las bacterias orales, y, en general, en los mecanismos que estas presentan para la producción de amonio, dado que los hallazgos podrían constituir una nueva aproximación para el control de la caries, una de las enfermedades de mayor prevalencia en el ser humano.

ADS es, en realidad, un conjunto de tres enzimas (3) que, en acción secuencial,  convierten arginina (Arg) en CO2 y NH3 (figura), generándose ATP en el proceso, junto a citrulina (intermedio) y ornitina. En un primer paso, una Arg desaminasa (ArcA) produce citrulina y NH3. Posteriormente, la citrulina se fosforila por una ornitina-carbamiltransferasa (ArcB), dando lugar a ornitina y carbamil-PO4; finalmente, la carbamil kinasa (ArcC) descompone carbamil-PO4 en CO2 y NH3Los tres enzimas del sistema ADS están codificados por sendos genes que forman parte de un operón en el que se incluyen también el gen de un antiporte arginina:ornitina (arcD) y el de una arginina aminopeptidasa (arcT) (4). 

La protonación del NH3 en el citoplasma de las bacterias es esencial para la neutralización de los ácidos resultantes de la fermentación de azúcares y la vuelta a un pH neutro, en un proceso global en el que también intervienen otros mecanismos. La formación de NH3 es, pues, una respuesta fisiológica frente a la posible acción letal de un pH que puede alcanzar valores significativamente más bajos que el denominado pH crítico (aproximadamente 5.5), a partir del cual se produce la desmineralización del esmalte dental, un proceso que marca el origen de la caries. En algunas bacterias de la boca (p. ej. Streptococcus sanguinis) la actividad ADS está sometida a una fuerte represión catabólica por parte de azúcares fermentables, pero siempre es inducible por Arg en condiciones ácidas. En algunos estreptococos de la boca (p. ej., S. sanguinis) ArcA funciona incluso a pH 2, mientras que ArcB y ArcC forman agregados funcionales a pH ácidos (3). El  crecimiento diaúxico en presencia de glucosa y Arg de estas bacterias (primero metabolizan glucosa y después Arg) justificaría la adaptación de ADS a las condiciones ácidas derivadas de la fermentación.

La Arg alcanza en saliva una concentración aproximada de 50 micromolar, pero este aminoácido también es un componente importante de péptidos y proteínas de la boca; constituye, pues, una importante fuente de C, N y energía para las bacterias orales, que en número importante presentan actividad ADS (estreptococos, lactobacilos, espiroquetas, etc.) (3). Adicionalmente a la Arg, la urea es otra posible fuente de NH3, aunque, al parecer, la diversidad de bacterias de la boca con ureasa es menor que con ADS (3). Otros mecanismos de producción de NH3 incluyen las desaminasas de ciertas bacterias, de forma que, en conjunto, son variados los procesos enzimáticos por los cuales puede neutralizarse el pH ácido provocado por la fermentación de azúcares (3). A ellos habría que añadir la actividad de bombeo de H+ por parte de las F-ATPasas bacterianas, el arrastre y poder tamponante de la saliva y la metabolización de ácido láctico por parte de las veillonellas (3).

Las bacterias de la placa dental parecen dedicar un gran esfuerzo para situar el pH del ecosistema en el que viven en niveles adecuados a su desarrollo; sin duda, están adaptadas a grandes fluctuaciones, derivadas, en gran medida, de nuestros hábitos alimentarios. Con el sistema ADS tratan de evitar desastres en su hábitat…, es decir, en nuestros dientes: tomemos nota.


(1) Nascimento MM et al 2013. J Dent Res 92: 604-608.
(2) Nascimento MM et al 2009. Oral Microbiol Immunol 24: 89-95.
(3) Burne RA, Marquis RE 2000. FEMS Microbiol Lett 193: 1-6.
(4) Yalin L, Burne RA 2009. J Bacteriol 191: 7353-7362.

jueves, 11 de abril de 2013

Una vida de (bio)película

Biopelícula bacteriana de la boca. Gram.
Las comunidades microbianas de la boca son, esencialmente, polibacterianas y se desarrollan en forma de biopelícula (placa bacteriana), algo que, por otra parte, no es nada excepcional en el mundo microbiano. Vivir así implica estar encarcelado en una matriz de polímeros (polisacáridos, ADN) –formada por las propias bacterias-, ralentizar el crecimiento y, quizás, seguir estrictas leyes de convivencia. Sin embargo, la vida en sociedad se adapta mejor a las condiciones cambiantes de oxígeno y pH, al arrastre y actividad microbicida de la saliva y a más de una situación desfavorable (acción de antibióticos, peróxido de hidrógeno, bacteriocinas, etc.)1. No obstante, formar parte del lugar requiere adaptarse a un ‘orden’ de incorporación regulado, porque la boca no deja de ser un ecosistema con sus bacterias pioneras (Streptococcus, Actinomyces, etc.) y colonizadoras secundarias y finales (Veillonella, Haemophilus, Neisseria…, Fusobacterium, Porphyromonas, Treponema, etc.). Los microorganismos pioneros  se unen a la película salival que recubre el diente y, en concreto, a diversas proteínas presentes en ella (mucinas, aglutininas, estaterina, amilasa, etc.). Estas bacterias forman un lecho sobre el que se adhieren nuevas especies, en una secuencia determinada por el reconocimiento selectivo de variados receptores de la envoltura celular y, en cierta medida, por la afinidad metabólica y funcional entre las distintas especies. Las condiciones cambian a medida que la diversidad aumenta y el entorno se modela a ‘conveniencia’ de los grupos que se van creando. El proceso continúa hasta que todos los posibles nichos ecológicos están ocupados dentro de la biopelícula que se está formando. Al final las relaciones de afinad y/o competencia parecen claras, y podría decirse que cada cual ocupa el espacio ‘reservado’ a sus capacidades y características.
Interacciones microbianas en la placa dental. Basado en las referencias citadas en el texto.

Adhesión (coagregación) bacteriana
Adherirse es esencial para pertenecer al vecindario de la comunidad2, con la ventaja de que puedes elegir a tus vecinos. Los estreptococos son generosos en este sentido porque emplean y ofrecen una gran variedad de adhesinas: polisacáridos, lectinas, fimbrias, fibrillas proteicas, enzimas, el antígeno proteico I/II, etc.1. Estas moléculas les sirven para adherirse entre sí y, selectivamente, a diversas especies de Actinomyces, Porphyromonas y otras,  que, globalmente, presentan receptores superficiales similares. Fusobacterium es otra bacteria con amplia capacidad de coagregación2 y actuaría como nexo de unión entre los colonizadores iniciales y los finales, cuando ya se han creado importantes microambientes anaerobios que permiten la unión de bacterias como Treponema, Porphyromonas y Tannerella: su proteína superficial RadD (350 kDa) parece tener especial importancia en el proceso2.

Comunicación bacteriana
La  unión entre bacterias parece tener un ‘propósito’ de cooperación2. Así, por ejemplo, la adhesión entre algunos estreptococos y veillonellas aumentaría en los primeros la expresión de genes relacionados con el metabolismo de diversos azúcares, el transporte y síntesis de arginina y la resistencia al peróxido de hidrógeno. Por otro lado, en los coagregados formados por Fusobacterium nucleatumPorphyromonas gingivalisTreponema denticola, se da una sinergia general del crecimiento, debida a la producción de amonio y de diversos ácidos grasos volátiles (isobutírico y sucínico), así como una tolerancia mayor a la presencia de ciertos niveles de oxígeno2. Otros eventos controlados tras la coagregación bacteriana están relacionados con la transferencia genética, y uno de los ejemplos mejor estudiados es la ‘rivalidad’ que, en este contexto, se produce entre  Streptococcus mutans y otros estreptococos de la boca: S. mutans, como el resto de estreptococos, es naturalmente competente, y para transformarse segrega, al unísono, CSP (Competence Signaling Peptides) y bacteriocinas anti-estreptocócicas, debido a que los estreptococos no mutans cooperan entre sí para evitar el proceso.
Es evidente que las especies hacen algo en conjunto que no harían por separado y que, por lo tanto, existe una comunicación intercelular entre ellas tras adherirse entre sí. El conjunto de moléculas conocido como ‘autoinducer’-2 (AI-2) está claramente implicado en la formación de coagregados y en los eventos que controlan la respuestas de Aggregatibacter actinomycetemcomitans tras su adhesión a veillonellas, dado que es la única bacteria oral que presenta un receptor conocido para este compuesto. Por lo investigado hasta ahora, se sabe que, en general, las bacterias de la boca también responden a AI-2. Curiosamente, la respuesta es concentración dependiente y diferencial, según sea la composición de los coagregados, de forma que un aumento de la diversidad de la biopelícula incrementaría la cantidad de AI-2 y, aparentemente, la probabilidad de proliferación de bacterias odonto y periodontopatógenas2. Las posibilidades de control de la formación de estas biopelículas polibacterianas se ampliarían a sistemas duales del tipo serín-treonín kinasas/fosfatasas, como el detectado en S. mutans1, y al que se ha implicado en la capacidad cariogénica de esta especie, por su relación con la formación de biopelículas y la resistencia a pH ácido.

Estamos hablando, pues, de algo vivo, globalmente modelado por toda una serie de relaciones moleculares, que, a la postre, tiene una importante repercusión en enfermedades como caries, gingivitis o periodontitis2. Y nos preguntamos: podrían ser manipulables -para bien de la salud bucal- estas biopelículas, tal y como parecen serlo otras biopelículas? (lean, por ejemplo, aquí: http://schaechter.asmblog.org/schaechter/2013/04/holey-biofilm.html).

1Wright CJ et al. 2013. Mol Oral Microbiol, 28: 83-101
2Kolenbrander PE et al. 2010. Nat Rev Microbiol, 8: 471-480