Identificación de streptococcus downii sp. Nov., una nueva especie bacteriana de origen oral con potencial probiótico

Abstract

Los conocimientos adquiridos sobre el microbioma humano han aumentado exponencialmente en la última década, desvelando el papel de los componentes de la flora oral en situaciones de salud y enfermedad, y con ello determinando que tanto la caries como la enfermedad periodontal - las enfermedades infecciosas orales más prevalentes- son el resultado de una alteración de la homeostasis microbiana (disbiosis) del biofilm oral, en la que la cobran un especial protagonismo determinadas especies bacterianas como Streptococcus mutans, Veillonela parvula, Actinomyces naeslundii, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum y Porphyromonas gingivalis. Se ha sugerido que la modificación de la microbiota empleando microorganismos con características probióticas permite amortiguar la susceptibilidad a la patología oral de etiología infecciosa, impidiendo la colonización del microbioma oral por microorganismos patógenos. El éxito de un microorganismo como probiótico para la prevención y el tratamiento de las enfermedades infecciosas orales está condicionado por su capacidad para adherirse a la mucosa oral y a los tejidos duros del diente, para integrarse en el biofilm oral y para competir con los patógenos orales. En este contexto, se ha constatado la existencia de una pequeña proporción de la población humana adulta que nunca ha padecido caries, lo cual podría estar relacionado, entre otros factores, con la presencia de especies bacterianas comensales con efecto antagonista frente a bacterias cariogénicas, constituyendo en consecuencia una fuente potencial de microorganismos con propiedades probióticas. Lamentablemente, las limitaciones actuales en el conocimiento taxonómico del microbioma dificultan la identificación y la caracterización de microorganismos con estas propiedades. En este marco, en la presente tesis doctoral se describe una nueva especie estreptocócica, Streptococcus downii sp. nov., aislada de la placa dental de un individuo con síndrome de Down, un colectivo con una prevalencia de caries inferior a la observada en la población general. Para delimitar su descripción se ha empleado la taxonomía polifásica, basada en estudios morfológicos, de fermentación de azúcares y bioquímicos clásicos, junto con un abordaje genético analizando los genes 16S y 23S ARNr y el core-genoma. Asimismo, tras secuenciar el genoma del nuevo microorganismo, se cálculo el valor de la identidad nucleotídica media (ANI) y el porcentaje de hibridación ADN-ADN estimada in silico (IsDDH). Posteriormente, se procedió a la anotación completa del genoma, realizando además un análisis bioquímico in silico identificando las características bioquímicas que diferencian la nueva especie bacteriana de otras especies del género Streptococcus pertenecientes al grupo mitis/oralis. Para identificar su potencialidad como probiótico, se realizaron estudios de competición e interferencia bacteriana que confirmaron su efecto inhibitorio sobre determinados patógenos orales. Por último, se analizaron los posibles mecanismos involucrados en la inhibición de S. mutans frente a S. downii sp. nov. S. downii sp. nov. es un coco alfa-hemolítico esférico que se dispone en cadenas, gram-positivo, inmóvil, no formador de esporas. Produce ácido a partir de D-glucosa, D-fructosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetilglucosamina, maltosa, sacarosa, lactosa y rafinosa. La prueba de Voges-Proskauer, la de la hidrólisis de esculina y la de la hidrólisis de hipurato resultaron negativas. Esta nueva especie bacteriana difiere bioquímicamente de otras especies estrechamente relacionadas pertenecientes al grupo mitis/oralis en la producción de α-galactosidasa, β-galactosidasa y N-acetil-β-d-glucosaminidasa, así como en la ausencia de arginina dihidrolasa/deiminasa y de proteasa IgA1. Este microorganismo crece en un rango de temperatura de 25 a 40°C (temperatura óptima de crecimiento, 37°C) y en un rango de pH de 4,5 a 8 (pH óptimo, 7,0). El análisis de las secuencias de los genes 16S y 23S ARNr determinó que Streptococcus oralis subsp. dentisani CECT 7747T era la especie filogenéticamente más cercana. Los análisis comparativos con respecto a S. oralis subsp. dentisani CECT 7747T empleando ANIb y ANIm, detectaron una homología del 93,19 y del 93,61%, respectivamente. El análisis filogenético basado en el core-genoma también situó a S. oralis subsp. dentisani CECT 7747T como la especie más cercana, con un valor de núcleo expandido de 0,1298. La hibridación ADN-ADN estimada in silico fue del 52,2% con respecto a S. oralis subsp. dentisani CECT 7747T. Todos estos valores confirmaron la identificación de una nueva especie bacteriana de acuerdo con las normas del Comité Internacional de Sistemática Procariota. La combinación del análisis del core-genoma, el valor de ANI y los resultados de las pruebas bioquímicas, permitieron describir una nueva especie bacteriana que pertenece al género Streptococcus, a la familia Streptococcaceae y al orden Lactobacillales, para la que se propuso el nombre de Streptococcus downii sp. nov. (cepa tipo CECT 9732T=CCUG 73139T). En estudios realizados en medio sólido, líquido y de competición, se demostró la capacidad inhibitoria de la nueva especie bacteriana frente a S. mutans, V. parvula, A. naeslundii y A. actinomycetemcomitans. Al evaluar los mecanismos presumiblemente responsables de esta actividad inhibitoria descartamos la competencia por el sustrato, la disminución del pH, y la producción de peróxido de hidrógeno o de ácidos orgánicos; en consecuencia, la opción más probable resultó la producción de bacteriocinas de naturaleza peptídica con actividad antimicrobiana, una hipótesis sustentada en el hecho de que el efecto inhibitorio se redujera significativamente tras la suplementación con proteinasa K y por la identificación, en el genoma bacteriano, de genes relacionados con la familia de bacteriocinas de clase IIb lactobiocin A/cerein 7B. En definitiva, la taxonomía polifásica ha permitido identificar una nueva especie bacteriana del género Streptococcus, de la familia Streptococcaceae y del orden Lactobacillales, para la que se ha propuesto el nombre de S. downii sp. nov., que se caracteriza por su actividad inhibitoria frente a determinadas bacterias patógenas orales como S. mutans, A. naeslundii y V. parvula, lo que le confiere potencialidad como probiótico oral.