Subgingival host-microbial interactions in hyperglycemic individuals.
Documento
Informações
Título
Subgingival host-microbial interactions in hyperglycemic individuals.
Título (EN)
Subgingival host-microbial interactions in hyperglycemic individuals.
Autor(es)
KUMAR, Purnima S.; MONTEIRO, Mabelle F.; DABDOUB, Shareef M.; MIRANDA, G. L.; CASATI, Márcio Zaffalon; RIBEIRO, Fernanda Vieira; CIRANO, Fabiano Ribeiro; PIMENTEL, Suzana Peres; CASARIN, Renato C. V.. Subgingival host-microbial interactions in hyperglycemic individuals. Journal of Dental Research, v. 99, n. 6, p. 650–657, 2020.
Instituição
Universidade Paulista
Tipo
Artigo
Publicado em
KUMAR, P. S. et al. Subgingival Host-Microbial Interactions in Hyperglycemic Individuals. Journal of dental research, v. 99, n. 6, p. 650–657, 16 mar. 2020.
Resumo (EN)
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is an established risk factor for periodontitis, yet its contribution to creating host-bacterial disequilibrium in the subgingival crevice is poorly understood. The present investigation aimed to quantify the impact of hyperglycemia on host-bacterial interactions in established periodontitis and to map shifts in these dynamics following mechanical nonsurgical therapy. Seventeen T2DM and 17 non-T2DM subjects with generalized severe chronic periodontitis were recruited along with 20 periodontally healthy individuals. Subjects with periodontitis were treated with scaling and root planing (SRP). Samples of subgingival biofilm and gingival crevicular fluid were collected at baseline and at 1-, 3-, and 6 mo postoperatively. Correlations were generated between 13.7 million 16S ribosomal DNA sequences and 8 immune mediators. Intermicrobial and host-microbial interactions were modeled using differential network analysis. Periodontal health was characterized by a sparse interbacterial and highly connected cytokine-bacterial network, while both normoglycemics and T2DM subjects with periodontitis demonstrated robust congeneric and intergeneric hubs but significantly fewer cytokine-bacterial connections. Following SRP, the cytokine-bacterial edges demonstrated a 2-fold increase 1 mo postoperatively and a 10-fold increase at 6 mo in normoglycemics. In hyperglycemics, there was a doubling at 1 mo but no further changes thereafter. These shifts accompanied an increasingly sparse interbacterial network. In normoglycemics, the nodes anchored by interleukin (IL)-4, IL-6, and IL-10 demonstrated greatest rewiring, while in hyperglycemics, IL-1β, IL-6, INF-γ, and IL-17 exhibited progressive rewiring. Thus, the present investigation points to a breakdown in host-bacterial mutualism in periodontitis, with interbacterial interactions rather than host-bacterial interactions primarily determining community assembly. Hyperglycemia further exacerbates this uncoupled mutualism. Our data also demonstrate that while nonsurgical therapy might not consistently alter microbial abundances or lower proinflammatory molecules, it "reboots" the interaction between the immunoinflammatory system and the newly colonizing microbiome, restoring a role for the immune system in determining bacterial colonization. However, this outcome is lower and delayed in hyperglycemics.
Resumo
O diabetes mellitus tipo 2 (DM2) é um fator de risco estabelecido para periodontite, porém sua contribuição para o desequilíbrio entre hospedeiro e bactérias no sulco subgengival ainda é pouco compreendida. O presente estudo teve como objetivo quantificar o impacto da hiperglicemia nas interações entre hospedeiro e bactérias em casos de periodontite estabelecida e mapear as alterações nessas dinâmicas após terapia mecânica não cirúrgica. Dezessete indivíduos com DM2 e 17 indivíduos sem DM2, com periodontite crônica grave generalizada, foram recrutados, juntamente com 20 indivíduos periodontalmente saudáveis. Os indivíduos com periodontite foram tratados com raspagem e alisamento radicular (RAR). Amostras de biofilme subgengival e fluido crevicular gengival foram coletadas no início do estudo e 1, 3 e 6 meses após o tratamento. Correlações foram geradas entre 13,7 milhões de sequências de DNA ribossômico 16S e 8 mediadores imunológicos. As interações intermicrobianas e entre hospedeiro e microbiota foram modeladas utilizando análise de redes diferenciais. A saúde periodontal foi caracterizada por uma rede interbacteriana esparsa e uma rede citocina-bactéria altamente conectada, enquanto indivíduos normoglicêmicos e com diabetes tipo 2 e periodontite demonstraram robustos centros congenéricos e intergenéricos, mas significativamente menos conexões citocina-bactéria. Após a raspagem e alisamento radicular (RAR), as arestas citocina-bactéria demonstraram um aumento de duas vezes 1 mês após a cirurgia e um aumento de 10 vezes em 6 meses em normoglicêmicos. Em hiperglicêmicos, houve uma duplicação em 1 mês, mas nenhuma alteração adicional posteriormente. Essas mudanças acompanharam uma rede interbacteriana cada vez mais esparsa. Em normoglicêmicos, os nós ancorados por interleucina (IL)-4, IL-6 e IL-10 demonstraram a maior reorganização, enquanto em hiperglicêmicos, IL-1β, IL-6, IFN-γ e IL-17 exibiram reorganização progressiva. Assim, a presente investigação aponta para uma ruptura no mutualismo hospedeiro-bactéria na periodontite, com interações interbacterianas, e não interações hospedeiro-bactéria, determinando principalmente a formação da comunidade. A hiperglicemia exacerba ainda mais esse mutualismo desacoplado. Nossos dados também demonstram que, embora a terapia não cirúrgica possa não alterar consistentemente a abundância microbiana ou reduzir as moléculas pró-inflamatórias, ela "reinicia" a interação entre o sistema imunoinflamatório e o microbioma recém-colonizado, restaurando o papel do sistema imunológico na determinação da colonização bacteriana. No entanto, esse resultado é menor e mais tardio em pacientes hiperglicêmicos.
Palavras-chave
16S; cytokine; diabetes; interactome; microbiome; periodontitis.
Direito de Acesso
Acesso restrito
Financiamento
The research team would like to acknowledge FAPESP (São Paulo Research Foundation, process 2012/50877-3) for financial support