Resumen

La caries de la primera infancia es una enfermedad oral grave que provoca una caries dental agresiva. En particular, una asociación sinérgica entre un hongo, Candida albicans, y una bacteria cariogénica, Streptococcus mutans, promueve el desarrollo de biopelículas muy ácidas y difíciles de eliminar, lo que agrava el daño virulento.

Estas interacciones están mediadas en gran medida por las glucosiltransferasas (GtfB) que se unen a mananos en la pared celular de C. albicans. A continuación, presentamos un enfoque enzimático para apuntar a las interacciones GtfB-manano en este consorcio entre reinos utilizando exo y endoenzimas que degradan el manano. Estas exo y endoenzimas son altamente efectivas para reducir la biomasa de biopelículas sin matar microorganismos, así como para aliviar la producción de un ambiente de pH ácido que conduce a la caries dental.

Para corroborar estos resultados, presentamos evidencia biofísica utilizando microscopía de fuerza atómica de una sola molécula, cizallamiento de biopelículas y análisis de topografía de la superficie del esmalte. Los datos muestran una disminución drástica en las fuerzas de unión de GtfB a C. albicans (reducción de aproximadamente 15 veces) después del tratamiento enzimático.

Además, la actividad enzimática interrumpió la estabilidad mecánica de la biopelícula y redujo significativamente la desmineralización del esmalte dental humano sin efectos citotóxicos sobre los queratinocitos gingivales.

Nuestros resultados representan un progreso significativo hacia una nueva intervención terapéutica no biocida contra las biopelículas patógenas bacterianas y fúngicas dirigidas a las interacciones de unión entre ligando y receptor entre reinos.

Importancia

La formación de biopelículas es un factor clave de virulencia responsable de diversas enfermedades infecciosas. En particular, se sabe que las interacciones entre un hongo, Candida albicans, y una bacteria, Streptococcus mutans, juegan un papel importante en la patogénesis de la caries dental.

Aunque se han aplicado algunos antimicrobianos para tratar enfermedades asociadas con biopelículas involucradas por hongos, estos a menudo carecen de interacciones polimicrobianas dirigidas. Además, estos pueden no ser apropiados para las medidas preventivas porque estos antimicrobianos pueden alterar la microbiota ecológica y / o inducir la prevalencia de la resistencia a los medicamentos a lo largo del tiempo.

Al apuntar específicamente al mecanismo de interacción mediante el cual las manoproteínas en la superficie de C. albicans median la interacción entre reinos, demostramos que las enzimas que degradan las manoproteínas pueden interrumpir eficazmente las interacciones de la biopelícula sin efectos microbicidas o sin causar citotoxicidad en las células humanas.

Esto sugiere una aplicación potencial como un enfoque dirigido para intervenir una biopelícula patógena de reinos cruzados asociada con una enfermedad oral costosa y no resuelta.

Un tratamiento enzimático debilitó significativamente una biopelícula de bacteria-levadura en una superficie similar a un diente. Este enfoque terapéutico, que utiliza beta-mananasa (panel derecho) rompe los vínculos entre las bacterias y la levadura, podría usarse para tratar la caries de la primera infancia, una forma grave de caries dental. (Imagen: Cortesía de Geelsu Hwang)

Al apuntar a los enlaces entre las bacterias y la levadura que pueden formar una placa dental, una nueva estrategia terapéutica podría ayudar a eliminar la acumulación sin afectar los tejidos orales, según un nuevo estudio realizado por un equipo de la Universidad de Pensilvania.

La combinación de una dieta rica en carbohidratos y una mala higiene bucal puede generar a los niños con caries de la primera infancia (ECC), una forma grave de caries dental que puede tener un impacto duradero en su salud bucal y general.

Hace unos años, científicos de la Facultad de Medicina Dental de Penn descubrieron que la placa dental que da lugar a la CEC está compuesta tanto por una especie bacteriana, Streptococcus mutans, como por un hongo, Candida albicans. Los dos forman una simbiosis pegajosa, conocida científicamente como biopelícula, que se vuelve extremadamente virulenta y difícil de desplazar de la superficie del diente.

Ahora, un nuevo estudio del grupo ofrece una estrategia para alterar esta biopelícula al dirigirse a las interacciones levadura-bacteria que hacen que las placas de ECC sean tan intratables. A diferencia de algunos tratamientos actuales para la CEC, que utilizan agentes antimicrobianos que pueden tener efectos no deseados y dañar potencialmente los tejidos sanos, este tratamiento utiliza una enzima específica para los enlaces que existen entre los microbios.

"Pensamos que esta podría ser una nueva forma de abordar el problema de las CEC que intervendría en la interacción sinérgica entre bacterias y levaduras", dice Geelsu Hwang, profesor asistente de Penn Dental Medicine y autor principal del estudio, publicado en la revista. mBio. "Esto nos ofrece otra herramienta para alterar esta virulenta biopelícula".

El trabajo se basa en los hallazgos de un artículo de 2017 de Hwang y sus colegas, incluido Hyun (Michel) Koo de Penn Dental Medicine, que descubrió que las moléculas llamadas mananos en la pared celular de Candida se unen estrechamente a una enzima secretada por S. mutans, las glicosiltransferasas (Gftb). ). Además de facilitar la unión entre reinos, Gftb también contribuye a la terquedad de las biopelículas dentales al fabricar polímeros similares a pegamentos llamados glucanos en presencia de azúcares.

Si bien algunos casos de ECC se tratan con medicamentos que matan a los microbios directamente, reduciendo potencialmente la cantidad de patógenos en la boca, esto no siempre descompone de manera efectiva la biopelícula y puede tener efectos no deseados en microbios "buenos" y también en los tejidos blandos de la cavidad bucal.

Hwang y sus colegas querían probar un enfoque diferente que se enfocara directamente en la interacción insidiosa entre la levadura y las bacterias y optaron por apuntar a los mananos en la superficie de la célula de Candida como punto de contacto.

Usando tres enzimas degradantes de manano diferentes, aplicaron cada una a una biopelícula que crecía en una superficie similar a un diente en un medio de saliva humana y la dejaron durante cinco minutos. Después del tratamiento, notaron que se redujo el volumen total de la biopelícula. Usando microscopía poderosa, también observaron reducciones drásticas en el grosor de la biopelícula y las interacciones entre bacterias y levaduras. El pH del medio circundante fue más alto cuando se expuso a las enzimas, lo que indica un ambiente que no es tan ácido y, por lo tanto, menos propicio para la caries dental.

También midieron qué tan fácil era romper la biopelícula después del tratamiento, utilizando un dispositivo que aplica una tensión, similar al cepillado de los dientes.

"La estructura de la biopelícula era más frágil después del tratamiento con enzimas", dice Hwang. "Pudimos ver que las biopelículas se eliminaban más fácilmente".

Para confirmar el mecanismo de su enfoque, que las enzimas que degradan el manano estaban debilitando la unión entre la levadura y las bacterias, el equipo utilizó microscopía de fuerza atómica para medir los enlaces entre Candida y Gftb. Descubrieron que la terapia redujo esta fuerza de unión en 15 veces.

Finalmente, querían tener una idea de cuán bien toleradas serían estas enzimas cuando se usaran en la cavidad oral, especialmente porque los niños serían el grupo de pacientes objetivo.

Al aplicar las enzimas a las células gingivales humanas en cultivo, no encontraron ningún impacto dañino, incluso cuando utilizaron una forma concentrada de las enzimas. Además, observaron que el tratamiento no mató a las bacterias ni a la levadura, una señal de que podría funcionar incluso si los microbios desarrollaran mutaciones que les otorgarían resistencia contra otros tipos de terapias.

Los investigadores mantuvieron el tiempo de aplicación relativamente corto en cinco minutos, aunque esperan ver actividad en un tiempo aún más corto, como los dos minutos que se recomiendan para el cepillado de dientes. Hwang dice que pueden considerar un enjuague bucal sin alcohol con estas enzimas agregadas que los niños podrían usar como medida preventiva contra la ECC.

Los investigadores esperan continuar buscando esta posibilidad con un seguimiento adicional, incluida la prueba de estas enzimas en un modelo animal. Con más éxitos, su objetivo es agregar otra herramienta para combatir la amenaza de la ECC para la salud pública.

Fuente: intramed.net