Fagos e cárie radicular : análise do metatranscriptoma

Abstract

A cárie dentária é a doença crônica mais prevalente no mundo, que afeta ou já afetou cerca de 80% da população humana, segundo dados da Organização Mundial de Saúde (OMS). A cárie radicular ocorre devido a exposição do cemento ou dentina e especialmente está aumentando, provavelmente devido a uma retenção maior de dentes na população mundial. Apesar da cárie ser uma doença multifatorial, os microrganismos do microbioma oral constituem-se como fatores etiológicos primários para a ocorrência da doença. Os fagos estão presentes em abundância nos nichos ecológicos humanos, inclusive na cavidade bucal e devido a sua função lítica e sua função lisogênica podem ter um papel tanto na saúde quanto na doença do hospedeiro. O objetivo deste estudo é identificar os fagos presentes no biofilme e que estariam envolvidos na cárie radicular (RC n=9) e em superfícies radiculares sem a doença (SRS n=10) ao combinar a anotação taxonômica e funcional de dados do metatranscriptoma. Os dados de leitura de sequência foram obtidos como arquivos FASTQ. Anotações taxonômicas e proteicas foram obtidas usando o banco de dados do NCBI. A normalização dos dados dos fragmentos foi realizada utilizando o pacote R DESeq2. A análise estatística para inferir a expressão gênica diferencial entre os grupos de amostras SRS e RC foi realizada utilizando esse mesmo pacote. O número de genes superexpressos e diferencialmente expressos em cada grupo foram calculados e plotados usando o pacote R DEvis. Três tipos de vírus Caudovirale foram identificados a partir dos nossos dados: Myoviridae, Herelleviridae e Siphoviridae. Quase todos esses vírus eram fagos de Lactobacillus e expressavam genes que foram significativamente e positivamente regulados nas amostras de RC (log2FC variando de –27,7 a –2,7). Os fagos que apresentam expressão diferencial em doença com significância estatística são: Lactobacillus phage phiAQ113, Lactobacillus phage Lfelnf, Lactobacillus phage Lrm1, Lactococcus phage Q33, Lactobacillus prophage Lj771, Lactobacillus phage KC5a e Lactobacillus phage Ldl1 (proteína da fita métrica), o que vai de acordo com os fagos que apresentaram a maior magnitude de diferença entre pacientes SRC e RC. Também, dois fagos de Streptococcus foram encontrados em nosso estudo, o fago M102AD e IPP24 ambos encontrados em maior quantidade em pacientes RC, no entanto sem diferença estatística. Os genes expressos nesse estudo codificam para partes estruturais dos fagos (placa, capsídeo, cauda e DNA polimerase), lisina e proteínas hipotéticas ainda sem função definida. Neste estudo todos os fagos foram 7 encontrados em maiores quantidades em pacientes que apresentam lesões de cárie ativa indicando que estes fagos possam estar associados ao surgimento e manutenção desta doença, porém mais estudos são necessários para podermos de fato associar os fagos com a doença cárie e também para conhecermos melhor os fagos e suas funções dentro do microbioma oral humano.

Dental caries is the most prevalent chronic disease in the world, which affects or has already affected about 80% of the human population, according to data from the World Health Organization (WHO). Root caries occurs due to exposure of cementum or dentin and is especially increasing, probably due to increased tooth retention in the world population. Although caries is a multifactorial disease, the microorganisms of the oral microbiome are primary etiological factors for the occurrence of the disease. Phages are present in abundance in human ecological niches, including in the oral cavity and due to their lytic function and their lysogenic function can play a role in both health and host disease. The objective of this study is to identify the phages present in biofilm and that would be involved in root caries (RC n=9) sound root surfaces (SRS n=10) by combining the taxonomic and functional annotation of meta-transcriptome data. Sequence reading data were obtained as FASTQ files. Taxonomic and protein annotations were obtained using the NCBI database. The data normalization of the fragments was performed using the R DESeq2 package. Statistical analysis to infer the differential gene expression between the groups of SRS and RC samples was performed using this same package. The number of overexpressed and differentially expressed genes in each group were calculated and plotted using the R Devis package. Three types of Caudovirale virus were identified from our data: Myoviridae, Herelleviridae and Siphoviridae. Almost all of these viruses were Lactobacillus phages and expressed genes that were significantly and positively regulated in RC samples (log2FC ranging from -27.7 to -2.7). The phages that present differential expression in disease with statistical significance are: Lactobacillus Phage phiAQ113, Lactobacillus Phage Lfelnf, Lactobacillus Phage Lrm1, Lactococcus Phage Q33, Lactobacillus prophage Lj771, Lactobacillus phage KC5a e Lactobacillus phage Ldl1 (tape measure protein), which goes according to the phages that presented the greatest magnitude of difference between CRS and RC patients. Also, two phages of Streptococcus were found in our study, phage M102AD and IPP24 both found in greater quantity in RC patients, however without statistical difference.The genes expressed in this study are primarily parts of the structure of the phage (plate base proteins, capsid, tail proteins, and DNA polymerase), lysine, and hypothetical proteins without defined function. In this study, all phages were found in greater quantities in patients with active caries lesions 9 indicating that these phages may be associated with the emergence and maintenance of this disease, but more studies are needed to be able to actually associate phages with caries disease and also to better understand phages and their functions within the human oral microbiome.