Ecological shift of oral microbiota

Abstract

The oral cavity is composed of several bacterial species living in a dynamic and complex ecosystem. Periodontitis and dental caries are two of the most prevalent oral diseases, nowadays. However, current treatments are not enough to fight these oral diseases, so alternative ways are required, as the use of prebiotics and probiotics, which are already being used in several fields. The present work represents the study of the effect of a prebiotic compound (C7) on cariogenic bacteria in order to understand whether addition of this compound leads to a decrease of these bacteria. Streptococcus mutans and Streptococcus sobrinus were the cariogenic bacteria used in this study because these are the main cariogenic bacteria. A probiotic strain, Streptococcus salivarius, was also used in this study. Firstly, quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) was developed for Streptococcus salivarius in order to allow an accurate determination of its presence in microbial communities. The primers were chosen based on a conserved region of the dextranase gene of S. salivarius and the best combination of primers and probe concentration was determined. This quantification of this strain by this molecular technique was compared with microbial culturing presenting a linear relationship. It was also intended, the find a selective medium for each of the species used, so different media were tested and TYCSB medium showed to be a good selective medium for S. mutans and S. sobrinus. However no selective medium was found for S. salivarius. In order to determine the effect of the prebiotic compound, dual species experiment for each cariogenic bacterium and a probiotic species was carried out. Microbial culturing and qPCR were used for bacteria quantification and pH was also measured. For S. mutans, the main reduction was apparently due to the presence of S. salivarius and was not influenced by C7. For S. sobrinus, the verified reduction was the result of presence of S. salivarius with influence of C7, but no clear conclusions can be made about it. In addition a Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) was performed to understand the effect of the prebiotic compound in saliva microbiota. The results demonstrated an ecological shift between different bacterial species present in saliva. So, S. salivarius seems to be in higher amounts when C7 is present while other species seem to be present in higher concentration when there is no C7.

A cavidade oral é um ecossistema dinâmico e complexo no qual diversas espécies vivem e interagem. Hoje em dia, a periodontite e as caries dentárias são duas das doenças orais mais prevalentes no mundo. No entanto, os tratamentos atuais não têm sido suficientes para responder a estas doenças, havendo necessidade de se utilizar outras alternativas. O uso de prebióticos e probióticos pode ser uma hipótese, tendo em conta que já têm vindo a ser utilizados noutras áreas. Este trabalho representa o estudo do efeito de um composto prebiótico (C7) em bactérias cariogénicas, tentando perceber de que forma a sua presença permite levar à diminuição destas. Deste modo, foram utilizadas as principais bactérias cariogénicas (Streptococcus mutans e Streptococcus sobrinus) e também uma espécie probiótica (Streptococcus salivarius). Assim sendo, foi desenvolvida uma metodologia de Polymerase Chain Reaction em tempo real (qPCR) para S. salivarius, de modo a possibilitar a sua correta quantificação em comunidades microbianas. A melhor combinação de concentrações dos primers e probe foi definida e a quantificação por este método foi comparado com a cultura microbiana, apresentando uma relação linear. A pesquisa de meios seletivos para cada uma das espécies usadas foi também realizada neste trabalho, pelo que foram testados vários meios. O meio TYCSB mostrou ser seletivo para ambas as espécies cariogénicas, contudo não foi encontrado nenhum meio seletivo para o S. salivarius. Para determinar o efeito do composto prebiótico foi utilizado um modelo de espécies dual para cada bactéria cariogénica conjugando-a com a espécie probiótica. A quantificação destas estirpes foi feita através de cultura microbiana e qPCR e o pH foi também medido. Para o S. mutans, a principal redução verificada aparentou dever-se à presença do S. salivarius e não devido à influência do C7. Para o S. sobrinus, a redução que se verificou também resultou da presença do S. salivarius com uma ligeira influência do C7, embora estas conclusões não sejam muito claras. Para perceber o efeito do C7 na saliva foi realizado uma DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), tendo os resultados demonstrado uma alteração ecológica entre as diferentes espécies presentes na saliva. Assim, S. salivarius, pareceu estar mais presente quando o C7 se encontra adicionado, enquanto outras parecem estar em maiores quantidades quando este composto não se encontra presente.