DOI: https://doi.org/10.1111/iej.14046
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38357799
تاريخ النشر: 2024-02-15
المؤلف: María Teresa Arias‐Moliz وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب الأسنان الداخلي وعلاجات قنوات الجذر
نظرة عامة
تهدف هذه الدراسة إلى تحليل ومقارنة الميكروبيوم الموجود في قنوات الجذر وآفات المحيط الجذري للأسنان المتأثرة بالعدوى بعد العلاج، مع تحديد الأنواع الأساسية باستخدام تسلسل الجيل التالي. تم استخراج عينات من مرضى يعانون من التهاب اللثة القمي بعد العلاج جراحيًا، وتم تكسيرها بالتبريد، وخضعت لاستخراج الحمض النووي البكتيري وتسلسل المناطق المتغيرة V3-V4 من جين 16S rRNA عبر منصة Illumina Miseq. تم إجراء تحليلات المعلومات الحيوية باستخدام برنامج Mothur، مع حساب مؤشرات التنوع من خلال وحدات التصنيف التشغيلي (OTUs) وإجراء مقارنات إحصائية باستخدام اختبار كروسكال-واليس وتحليل التباين المتعدد المتغيرات (PERMANOVA).
أشارت النتائج إلى أن كل من القمم وآفات المحيط الجذري أظهرت تنوعًا ألفا مشابهًا (p < .05) وتكوين مجتمع (p = .91). كانت وحدات التصنيف التشغيلي الأكثر وفرة تشمل أنواعًا مثل *Fusobacterium nucleatum* و*Prevotella loescheii* و*Porphyromonas gingivalis*. من الجدير بالذكر أن *F. nucleatum* تم تحديده كنوع أساسي، يتميز بوجوده الشامل، وقيمة مركزية eigenvector تبلغ 0.83، ووفرة قائمة على clr أكبر من 4. تستنتج الدراسة أن الميكروبيوم في قمم قنوات الجذر وآفات المحيط الجذري للعدوى اللبية بعد العلاج يظهر تنوعًا وتركيبًا تصنيفيًا قابلين للمقارنة، مع ظهور *F. nucleatum* كنوع أساسي مهم في هذه العدوى.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التهاب اللثة القمي بعد العلاج، والذي يتميز بأنه استجابة التهابية في الأنسجة المحيطية بسبب وجود الميكروبات في قناة الجذر. تسلط الضوء على أن البكتيريا قد تستمر من العلاجات السابقة أو تنشأ من تسرب تاجي، مع مساهمة الميكروبات خارج الجذر أيضًا في استمرار المرض. من الجدير بالذكر أن بعض الآفات خالية من الميكروبات القابلة للاكتشاف، على الأرجح بسبب إزالة المناعة. تؤكد الدراسة على الطبيعة المتعددة الميكروبات للعدوى اللبية المستمرة، كاشفة عن تباين كبير بين الأفراد في الأنواع الميكروبية، والتي يمكن أن تظهر تكرارًا وظيفيًا، مما يعني أن المجتمعات المختلفة يمكن أن تؤدي إلى نتائج مرضية مشابهة.
تستكشف الورقة أيضًا دور التفاعلات الميكروبية في تشكيل ديناميات المجتمع والقدرة المسببة للأمراض، مع التركيز على آليات مثل استشعار الكثافة وتأثير الأنواع الأساسية. بينما تم توثيق وجود الأنواع الأساسية في التهاب اللثة، يشير المؤلفون إلى وجود فجوة في فهم دورها في العدوى اللبية بعد العلاج. تهدف الدراسة إلى تحليل ومقارنة الميكروبيومات لقنوات الجذر وآفات المحيط الجذري في حالات العدوى الثانوية، مع التركيز بشكل خاص على البحث عن الأنواع الأساسية باستخدام تسلسل الجيل التالي. تقترح الفرضيات الصفرية أن الميكروبيومات في هذين الموطنين متشابهة وأنه لا توجد أنواع أساسية في أي من الموقعين. تشير النتائج الأولية إلى أن الميكروبيومات تظهر تنوعًا وتركيبًا تصنيفيًا قابلين للمقارنة، مع تحديد *Fusobacterium nucleatum* كنوع أساسي محتمل في هذه العدوى.
الطرق
تعتبر الدراسة مشروع بحثي ملاحظ تم إجراؤه وفقًا لإرشادات STROBE وحصل على موافقة أخلاقية من لجنة الأخلاقيات بجامعة غرناطة (رقم: 354/CEIH/2017). تم جمع العينات بواسطة طبيب أسنان متخصص من عيادة خاصة بين يوليو 2019 وسبتمبر 2022، حيث قدم جميع المرضى المشاركين موافقة مستنيرة قبل الإدراج.
تتضمن هذه الدراسة بيانات تسلسل من دراسة سابقة (Pérez-Carrasco et al., 2023) وعينات جديدة. ركزت معايير الإدراج على المرضى الذين يظهرون علامات شعاعية لالتهاب اللثة القمي المستمر، بينما استبعدت معايير الاستبعاد الأفراد الذين يعانون من أمراض نظامية شديدة، والنساء الحوامل أو المرضعات، والقاصرين، والحالات التي تتضمن أسنانًا بها جيوب لثوية أكبر من 4 مم، أو كسور جذرية عمودية، أو تاريخ من الصدمات.
النتائج
أسفر تسلسل مكتبات جين 16S rRNA عن إجمالي 1,164,873 قراءة، بمتوسط 21,562 قراءة من القمم و10,797 من آفات المحيط الجذري. بعد إجراء عملية نادرة عند 1,200 تسلسل لضمان تغطية تزيد عن 95%، تم تحليل 32 قمة و39 آفة محيطية بعد استبعاد العينات ذات التضخيم غير الكافي. أشارت مقاييس التنوع الألفا إلى عدم وجود اختلافات كبيرة بين المجموعتين (p > .05)، وأكد تحليل المكونات الرئيسية (PCoA) تشابه تكوين المجتمعات على مستوى وحدة التصنيف التشغيلي (OTU) (p = .91).
حدد التحليل التصنيفي 11,963 وحدة تصنيف تشغيلي، مع 222 تتجاوز وفرتها النسبية 0.01%. تضمنت وحدات التصنيف التشغيلي السائدة *Fusobacterium nucleatum* (19.8%) والعديد من الأنواع الأخرى مثل *Prevotella loescheii* و*P. gingivalis*. كشف تحليل المسارات الأيضية عن وفرة كبيرة في نقل الأغشية، ومعالجة المعلومات الجينية، ومسارات أيضية متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، حددت تحليلات ارتباط SparCC وشبكات التواجد المشترك *F. nucleatum* كنوع أساسي، مستوفية معايير الشمولية، وارتفاع المركزية eigenvector (0.83)، ووفرة قائمة على clr فوق المتوسط.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم فحص الميكروبيوم للقمم وآفات المحيط الجذري المرتبطة بعدوى قناة الجذر الثانوية، مما كشف عن رؤى مهمة حول التفاعلات الميكروبية وتحديد الأنواع الأساسية. وجدت الأبحاث أن 31.9% من القمم و23.5% من الآفات تم استبعادها من التحليل بسبب التضخيم غير الكافي أو بيانات التسلسل، والتي قد تنجم عن انخفاض تركيزات الحمض النووي أو وجود مواد مثبطة. من الجدير بالذكر أنه تم ملاحظة تكوين مجتمع بكتيري مشابه في كل من القمم والآفات، مما يدعم الفرضية الصفرية الأولى. تضمنت وحدات التصنيف التشغيلي السائدة التي تم تحديدها *Fusobacterium nucleatum* و*Porphyromonas gingivalis* و*Streptococcus intermedius*، مما يشير إلى مصدر غذائي مشترك وظروف بيئية بين هذه المواقع.
حددت الدراسة *F. nucleatum* كنوع أساسي مرشح، رافضة الفرضية الصفرية الثانية. تتمتع هذه الأنواع بقدرات تكتل كبيرة وتلعب دورًا حاسمًا في استقرار ووظيفة المجتمع الميكروبي. يرتبط وجودها بعوامل ضراوة متنوعة تساهم في تدمير الأنسجة والاستجابات الالتهابية، مما يبرز تأثيرها المحتمل على تقدم المرض. تؤكد النتائج على أهمية فهم الميكروبيوم اللبي، على الرغم من أن القيود مثل حجم العينة والقيود الجغرافية تشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث للتحقق من هذه النتائج واستكشاف قدرة الأنواع الأساسية على التكيف مع التغيرات البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1111/iej.14046
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38357799
Publication Date: 2024-02-15
Author(s): María Teresa Arias‐Moliz et al.
Primary Topic: Endodontics and Root Canal Treatments
Overview
This study aimed to analyze and compare the microbiome present in root canals and periapical lesions of teeth affected by post-treatment infections, specifically identifying keystone taxa using next-generation sequencing. Specimens from patients with post-treatment apical periodontitis were surgically extracted, cryo-pulverized, and subjected to bacterial DNA extraction and sequencing of the V3-V4 hypervariable regions of the 16S rRNA gene via the Illumina Miseq platform. Bioinformatic analyses were conducted using Mothur software, with diversity indices calculated through operational taxonomic units (OTUs) and statistical comparisons made using the Kruskal-Wallis test and Permutational Multivariate Analysis of Variance (PERMANOVA).
The results indicated that both apices and periapical lesions exhibited similar alpha-diversity (p < .05) and community composition (p = .91). The most abundant OTUs included species such as *Fusobacterium nucleatum*, *Prevotella loescheii*, and *Porphyromonas gingivalis*. Notably, *F. nucleatum* was identified as a keystone taxon, characterized by its ubiquitous presence, an eigenvector centrality value of 0.83, and a clr-based abundance greater than 4. The study concludes that the microbiome in root canal apices and periapical lesions of post-treatment endodontic infections displays comparable diversity and taxonomic composition, with *F. nucleatum* emerging as a significant keystone taxon in these infections.
Introduction
The introduction of this research paper discusses post-treatment apical periodontitis, characterized as an inflammatory response in periapical tissues due to microbial presence in the root canal. It highlights that bacteria may persist from previous treatments or arise from coronal leakage, with extraradicular microorganisms also contributing to ongoing disease. Notably, some lesions are devoid of detectable microorganisms, likely due to immune clearance. The study emphasizes the polymicrobial nature of persistent endodontic infections, revealing significant inter-individual variability in microbial taxa, which can exhibit functional redundancy, meaning different communities can lead to similar disease outcomes.
The paper further explores the role of microbial interactions in shaping community dynamics and pathogenicity, focusing on mechanisms such as quorum sensing and the influence of keystone taxa. While the presence of keystone species in periodontitis is documented, the authors note a gap in understanding their role in post-treatment endodontic infections. The study aims to analyze and compare the microbiomes of root canals and periapical lesions in cases of secondary infections, specifically looking for keystone taxa using next-generation sequencing. The null hypotheses propose that the microbiomes in these two habitats are similar and that no keystone taxa exist in either location. Preliminary findings suggest that the microbiomes exhibit comparable diversity and taxonomic composition, with *Fusobacterium nucleatum* identified as a potential keystone taxon in these infections.
Methods
The study is an observational research project conducted in accordance with the STROBE guidelines and received ethical approval from the University of Granada’s Ethics Committee (ref: 354/CEIH/2017). Sample collection was performed by an endodontist from a private practice between July 2019 and September 2022, with all participating patients providing informed consent prior to inclusion.
This research incorporates both sequencing data from a prior study (Pérez-Carrasco et al., 2023) and new samples. Inclusion criteria focused on patients exhibiting radiographic signs of persistent apical periodontitis, while exclusion criteria eliminated individuals with severe systemic diseases, pregnant or breastfeeding women, minors, and cases involving teeth with periodontal pockets greater than 4 mm, vertical root fractures, or a history of trauma.
Results
The sequencing of 16S rRNA gene amplicon libraries yielded a total of 1,164,873 reads, with an average of 21,562 reads from apices and 10,797 from periapical lesions. Following rarefaction at 1,200 sequences to ensure over 95% coverage, 32 apices and 39 periapical lesions were analyzed after excluding samples with insufficient PCR amplification. Alpha-diversity metrics indicated no significant differences between the two groups (p > .05), and principal coordinate analysis (PCoA) confirmed similar community compositions at the operational taxonomic unit (OTU) level (p = .91).
Taxonomic analysis identified 11,963 OTUs, with 222 exceeding a relative abundance of 0.01%. Dominant OTUs included *Fusobacterium nucleatum* (19.8%) and several others such as *Prevotella loescheii* and *P. gingivalis*. Metabolic pathway analysis revealed significant abundances in membrane transport, genetic information processing, and various metabolic pathways. Additionally, SparCC correlation and co-occurrence network analyses identified *F. nucleatum* as a keystone species, meeting criteria of ubiquity, high eigenvector centrality (0.83), and above-average clr-based abundance.
Discussion
In this study, the microbiome of apices and periapical lesions associated with secondary root canal infections was examined, revealing significant insights into microbial interactions and the identification of keystone taxa. The research found that 31.9% of apices and 23.5% of lesions were excluded from analysis due to insufficient amplification or sequence data, which may stem from low DNA concentrations or the presence of inhibitory substances. Notably, a similar bacterial community composition was observed in both apices and lesions, supporting the first null hypothesis. The predominant operational taxonomic units (OTUs) identified included *Fusobacterium nucleatum*, *Porphyromonas gingivalis*, and *Streptococcus intermedius*, suggesting a shared nutrient source and ecological conditions between these sites.
The study identified *F. nucleatum* as a candidate keystone taxon, rejecting the second null hypothesis. This species exhibits significant coaggregation capabilities and plays a crucial role in the stability and function of the microbial community. Its presence is associated with various virulence factors that contribute to tissue destruction and inflammatory responses, highlighting its potential impact on disease progression. The findings underscore the importance of understanding the endodontic microbiome, although limitations such as sample size and geographical constraints suggest the need for further research to validate these results and explore the resilience of keystone taxa to environmental changes.