The relevance of bacterial interactions on oral health

Abstract

Periodontitis is an inflammatory disease that affects the connective tissues supporting the teeth, being the major cause of tooth loss worldwide. It is nowadays known that this inflammatory disease is related with a shift in the oral microflora. The immune response is responsible for keeping the periodontium healthy – the release of IL-8 to recruit neutrophils to the site of infection is usually very well-orchestrated but becomes dysregulated with the microbial shift. So, the main aim was to try to attenuate the release of IL-8 by human oral keratinocytes in response to several periodontopathogens (Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia and Porphyromonas gingivalis), by combining these with probiotic bacterial species (streptococci). Streptococcus oralis proved to exert a beneficial effect when combined with three of the four pathogenic species individually (and was even able to reduce the immune response when facing two pathogenic species at the same time), being therefore considered as the best species to be applied as a probiotic. The pretended effect was optimized when each pathogen was combined with a pair of streptococci, an environment that better replicates a healthy periodontium. Moreover, the study also aimed to better understand the mechanisms through which beneficial bacteria affect the pathogenic species, using heat-killed streptococci or bacterial supernatants. A. actinomycetemcomitans seems to be mainly affected by a physical feature of streptococci, while the opposite happens with P. gingivalis. The results obtained for F. nucleatum, on the other hand, indicate that this species can be affected in both ways. In addition, this study also intended to understand if the use of oral antibiotics could have a negative effect, by confirming if the dead bacteria could feed the resistant microorganisms. P. intermedia seems to be able of using its own and also P. gingivalis’ dead cells as sources of nutrients, which could indicate the resurgence of the problem after antibiotic application. This study highlights the relevance of bacterial interactions on the oral health: if, on the one hand, periodontitis – an inflammatory disease related with a microbial shift – can be attenuated by the use of probiotic bacteria; on the other hand, the bacterial interaction after an oral antibiotic application can have a negative effect, impairing the action of the antimicrobial agent.

A periodontite consiste numa doença inflamatória dos tecidos conetivos que dão suporte aos dentes, sendo a maior responsável pela perda de dentes em todo o mundo. Hoje sabe-se que esta doença está relacionada com uma mudança na microflora oral. A resposta imune é responsável por manter o periodonto saudável – a libertação de IL-8 para recrutamento de neutrófilos para o local de infeção é normalmente muito bem orquestrada, mas torna-se desregulada com a alteração microbiana. Assim, o principal objetivo do trabalho é a atenuação da libertação de IL-8 por queratinócitos orais humanos, em resposta à presença de diferentes agentes patogénicos orais (Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia e Porphyromonas gingivalis), através da combinação destes com espécies bacterianas probióticas. Streptococcus oralis mostrou ser capaz de exercer um efeito benéfico quando combinada individualmente com três dos quatro agentes patogénicos testados (permitiu inclusivamente reduzir a resposta imune da linha celular quando enfrentando uma associação de dois patogénicos), tendo sido considerada a espécie mais promissora enquanto probiótico. O efeito pretendido foi otimizado quando cada agente patogénico foi combinado com um par de espécies benéficas, numa simulação mais próxima de um periodonto saudável. Para além disto, este estudo pretende adquirir uma melhor compreensão dos mecanismos de ação das espécies benéficas na atenuação do efeito produzido pelos agentes patogénicos, através da utilização de bactérias (streptococci) mortas ou dos sobrenadantes bacterianos. A. actinomycetemcomitans aparenta ser afetada principalmente por uma característica física dos streptococci, enquanto o contrário acontece com P. gingivalis. Os resultados obtidos para F. nucleatum, por outro lado, indicam que esta espécie pode ser afetada de ambas as maneiras. Com o presente trabalho pretende também perceber-se se o uso de antibióticos orais pode ter um efeito negativo, no caso de as bactérias mortas poderem alimentar os microrganismos resistentes. P. intermedia parece ser capaz de usar bactérias mortas da própria espécie e também de P. gingivalis como fontes de energia, o que pode indicar o reaparecimento do problema após aplicação de antibióticos. Este estudo destaca a importância das interações bacterianas na saúde oral: se, por um lado, podem estar na base da atenuação da periodontite, através da aplicação de espécies probióticas; por outro, podem estar relacionadas com a redução do efeito da aplicação de antibióticos orais.