ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ БИОМАРКЕРОВ МИКРОБИОМА ПАРОДОНТА У ПАЦИЕНТОВ С АССОЦИАЦИЕЙ ХРОНИЧЕСКОГО ПАРОДОНТИТА И САХАРНОГО ДИАБЕТА ТИПА 2

Аннотация

Место высокотехнологичных методов молекулярной биологии в клинической лабораторной диагностике и разработке системы биомаркеров, как важной составляющей диагностических исследований, в настоящее время привлекает самое пристальное внимание научного сообщества. В данной работе предпринята попытка использования высокотехнологичного метагеномного анализа для решения проблем, возникающих в связи с регистрацией высокой частоты ассоциации заболеваний пародонта с системной патологией, в частности, с сахарным диабетом типа 2. Цель исследования — определение таксономических и метаболических особенностей микробиома пародонтальных тканей при заболеваниях пародонта, ассоциированных с сахарным диабетом типа 2, как модели соотношения локальных и системных эффектов пародонтопатогенных бактерий. Исследование включало проведение 16S секвенирования методом дробовика генома рибосомальной РНК бактерий в составе биологического материала из пародонтальных карманов/зубодесневой борозды 46 человек, в том числе 15 пациентов с хроническим пародонтитом, ассоциированным с сахарным диабетом типа 2, 15 пациентов с хроническим пародонтитом вне связи с системной патологией, а также 16 здоровых людей контрольной группы, с последующей биоинформационной обработкой полученных данных. Результаты исследования позволили установить таксономические особенности микробиома пародонта при ассоциации хронического пародонтита с сахарным диабетом типа 2, которые включали преобладание в его составе представителей семейств Prevotellaceae и Spirochaetaceae. Выявлены характерные особенности метаболических процессов в пародонтальных тканях с участием микробиома, которые заключались в нарастании обмена аминокислот цистеина и метионина на фоне снижения метаболизма пиримидина, метана, сфинголипидов, синтеза жирных кислот, которые имеют диагностическое значение при оценке состояния больных сахарным диабетом типа 2.

Об авторах

Список литературы

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: в 2 томах. Учебник. Зверев В.В., Бойченко М.Н., ред. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2016. https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970436417.html

Червинец В.М., Червинец Ю.В., Леонтьева А.В., Козлова Е.А., Стулов Н.М., Беляев В.С., Григорьянц Э.О., Миронов А.Ю. Микробиом полости рта у больных пародонтитом, адгезивные и биоплёнкообразующие свойства. Клиническая лабораторная диагностика. 2021; 1(66): 45-51.

Микробиология, вирусология, иммунология полости рта. Учебник. 2-е изд. Царев В.Н., ред. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2019. https://doi.org/10.33029/9704-5-55-0-MVI-2019-1-720

Bui F.Q., Almeida-da-Silva C.L.C., Huynh B., Trinh A., Liu J., Woodward J. et al. Association between periodontal pathogens and systemic disease. J. Biomed. Sci. 2019; 42(1): 27-35.

Graves D.T., Correa J.D., Silva T.A. The Oral Microbiota Is Modified by Systemic Diseases. J. Dent. Res. 2019; 98(2): 148-56.

Glurich I., Acharya A. Updates from the evidence base examining association between periodontal disease and type 2 diabetes mellitus: Current status and clinical relevance. Curr. Diab. Rep. 2019; 19(11): 121.

Perez-Losada F.L., Jane-Salas E., Sabater-Recolons M.M., Estrugo-Devesa A., Segura-Egea J.J., López-López J. Correlation between periodontal disease management and metabolic control of type 2 diabetes mellitus. A systematic literature review. Med. Oral Patol. Oral Cir. Bucal. 2016; 21(4): e440-6.

Sanz M., Ceriello A., Buysschaert M., Chapple I., Demmer R.T., Graziani F. et al. Scientific evidence on the links between periodontal diseases and diabetes: Consensus report and guidelines of the joint workshop on periodontal diseases and diabetes by the International Diabetes Federation and the European Federation of Periodontology. J. Clin. Periodontol. 2018; 45(2): 138-49.

Matsha T.E., Prince Y., Davids S., Chikte U., Erasmus R.T., Kengne A.P. et al. Oral microbiome signatures in diabetes mellitus and periodontal disease. J. Dent. Res. 2020; 99(6): 658-65.

Shi B., Lux R., Klokkevold P., Chang M., Barnard E., Haake S. et al. The subgingival microbiome associated with periodontitis in type 2 diabetes mellitus. ISME J. 2020; 14(2): 519-30.

Graetz C., Mann L., Krois J., Salzer S., Kahl M., Springer C. et al. Comparison of periodontitis patients’ classification in the 2018 versus 1999 classification. J. Clin. Periodontol. 2019; 46(9): 908-17.

Davies M.J., D’Alessio D.A., Fradkin J., Kernan W.N., Mathieu C., Mingrone G. et al. Management of Hyperglycemia in Type 2 Diabetes, 2018. A Consensus Report by the American Diabetes Association (ADA) and the European Association for the Study of Diabetes (EASD). Diabetes Care. 2018; 41(12): 2669-701.

Huson D.H., Mitra S., Ruscheweyh H.J., Weber N., Schuster S.C. Integrative analysis of environmental sequences using MEGAN4. Genome research. 2011; 21(9): 1552-60.

Callahan B.J., McMurdie P.J., Rosen M.J., Han A.W., Jonson A.J.A., Holmes S.P. DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data. Nat. Methods. 2016; 13(7): 581-3.

Quast C., Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P. et al. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Res. 2013; 41: 590-6.

Tang Z.Z., Chen G., Alekseyenko A.V. PERMANOVA-S: association test for microbial community composition that accommodates confounders and multiple distances. Bioin. formatics. 2016; 32(17): 2618-25.

Parks D.H., Tyson G.W., Hugtnholtz P., Beiko R.G. STAMP: statistical analysis of taxonomic and functional profiles. Bioinformatics. 2014; 30(21): 3123-4.

Vogel T.M., Simonet P., Jansson J.K., Hirsch P.R., Tiedje J.M., van Elsas J.D. et al. TerraGenome: a consortium for the sequencing of a soil metagenome. Nat. Rev. Microbiol. 2009; 7: 252.

Oksanen J., Blanchet G.F., Kindt R., Legendre P., Minchin P.R., O’hara R.B. et al. Package ‘vegan’. Community Ecology Package, version 2.9, 2013: 1-295.

Pawlowsky-Glahn V., Egozcue J.J. Exploring compositional data with the CoDa-dendrogram. Austrian J. Statistics. 2011; 40 (1-2): 103-13.

Ogawa T., Honda-Ogawa M., Ikebe K., Notom Y., Iwamoto Y., Shirobayashi I. et al. Characterizations of oral microbiota in elderly nursing home residents with diabetes. J. Oral Sci. 2017; 59(4): 549-55.

Tam J., Hoffmann T., Fischer S., Bornstein S., Grabler J., Noack B. Obesity alters composition and diversity of the oral microbiota in patients with type 2 diabetes mellitus independently of glycemic control. PLoS One. 2018; 13(10): e0204724.

Benedyk M., Mydel P.M., Delaleu N., Plaza K., Gawron K., Milewska A. et al. Gingipains: critical factors in the development of aspiration pneumonia caused by Porphyromonas gingivalis. J. Innate Immun. 2016; 8(2): 185-98.

Seyama M., Yoshida K., Yoshida K., Fujiwara N., Ono K., Eguchi T. et al. Outer membrane vesicles of Porphyromonas gingivalis attenuate insulin sensitivity by delivering gingipains to the liver. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2020; 1866(6): 165731.

Fang Y., Xu J., Li Z., Yang Z., Xiong L., Jin Y. et al. Design and synthesis of novel pyrimido[5,4-d]pyrimidine derivatives as GPR119 agonist for treatment of type 2 diabetes. Bioorg. Med. Chem. 2018; 26(14): 4080-7.

Nguyen-Hieu T., Khelaifia S., Aboudharam G., Drancourt M. Methanogenic archaea in subgingival sites: a review. APMIS. 2013; 121(6): 467-77.

Horz H.P., Robertz N., Vianna M.E., Henne K., Conrads G. Relationship between methanogenic archaea and subgingival microbial complexes in human periodontitis. Anaerobe. 2015; 35(Pt A): 10-2.

Shikama Y., Kudo Y., Ishimaru N., Funaki M. Potential role of free fatty acids in the pathogenesis of periodontitis and primary Sjögren’s syndrome. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(4): 836-43.

Bergman B.C., Brozinic J.T., Strauss A., Bacon S., Kerege A., Bui H.H. et al. Serum sphingolipids: relationships to insulin sensitivity and changes with exercise in humans. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2015; 309(4): 398-408.

Nichols F.C., Yao X., Bajrami B., Downes J., Finegold S.M., Knee E. et al. Phosphorylated dihydroceramides from common human bacteria are recovered in human tissues. PLoS ONE. 2011; 6(2): e16771.

Li L., Michel R., Cohen J., Decarlo A., Kozarov E. Intracellular survival and vascular cell-to-cell transmission of Porphyromonas gingivalis. BMC Microbiol. 2008; 8: 26-36.

Fleetwood A.J., Lee M.K.S., Singleton W., Achuthan A., Lee M.C., O’Brien-Simpson N.M. et al. Metabolic remodeling, inflammasome activation, and pyroptosis in macrophages stimulated by Porphyromonas gingivalis and its outer membrane vesicles. Front. Cell Infect. Microbiol. 2017; 7: 351.

Ghurye J.S., Cepeda-Espinoza V., Pop M. Metagenomic Assembly: Overview, Challenges and Applications. Yale J. Biol. Med. 2016; 89(3): 353-62.

Takahashi N., Salijaya B., Yamada-Hara M., Tsuzuno T., Tabeta K., Yamazaki K. Gingival epithelial barrier: regulation by beneficial and harmful microbes. Tissue Barriers. 2019; 7(3): e1651158.

Balmasova I.P., Lomakin Y.A., Babaev E.A., Tsarev V.N., Gabibov A.G., Smirnov I.V. et al. «Shielding» of cytokine induction by the periodontal mvicrobiom in patients with periodontitis associated with type 2 diabetes mellitus. Acta Naturae. 2019; 11(4): 79-87.

Ключевые слова