Presença quantitativa e qualitativa de estreptococos grupo mutans em crianças com lesão de cárie ativa ou paralisada

Os estreptococos grupo mutans (EGM) destacam-se como agentes causais primários da cárie dental no homem e, embora multifatorial, a placa bacteriana é o fator etiológico determinante da doença cárie (BUISCHI & AXELSSON, 1997) sendo de fundamental importância para sua iniciação e desenvolvimento. Neste estudo objetivou-se quantificar e identificar as espécies pertencentes ao grupo mutans presentes na cavidade oral de crianças de 6 a 7 anos de idade, com lesões iniciais de cárie ativas (Grupo 1) ou paralisadas (Grupo 2), através da verificação microbiológica pelas técnicas de cultura e PCR em três nichos distintos (saliva, superfície oclusal com lesão e superfície lisa hígida), bem como analisar seu potencial cariogênico. Os resultados mostraram que os níveis de EGM foram maiores, em todos os nichos de colheita, nos voluntários do Grupo 1, sendo que 93,5% das amostras foram identificadas como sendo S. mutans (SM) e 6,5% classificadas como S. sobrinus (SS), enquanto que no Grupo 2 96,7% das amostras foram identificadas como sendo SM e 3,3% SS não havendo diferenças entre os grupos. Na análise do potencial cariogênico, observou-se diferentes perfis de queda de pH dos isolados, sendo que as cepas de SM do G1 mostraram uma maior capacidade de redução do pH do meio, nos períodos de 6 e 12 horas, estatisticamente significante (p<0,0001) em comparação com as cepas do G2. Os resultados deste estudo sugerem que existam diferenças nos fatores de virulência apresentados por microrganismos isolados de lesões ativas ou paralisadas

Charactrization of CovR and VicRK in Streptococcus mutans

Orientadores: Renata de Oliveira Mattos-Graner, Jose Francisco HoflingTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: S. mutans são os principais patógenos da cárie, pois expressam diversas proteínas importantes para a colonização e aumento em proporção nos biofilmes dentais na presença de sacarose. Estas incluem as glicosiltransferases (Gtf), que sintetizam uma matriz extracelular de glucano a partir da sacarose, e proteínas ligadoras de glucano (Gbps), as quais participam da interação entre S. mutans e matriz de glucanos. Há evidências de que diversos genes de virulência são regulados por sistemas reguladores de transcrição de dois componentes, dentre os quais CovR (de Control of Virulence) e VicRK (de Virulence Control). Propomos neste estudo descobrir novos alvos e/ou funções dos sistemas CovR e VicKR e avaliar características celulares e fenotípicas decorrentes da ausência desses sistemas. Para isso construímos cepas S. mutans mutantes knockout dos genes covR (SMU.1924) ou vicK (SMU.1517) e realizamos comparações com as respectivas cepas selvagens (WT). A caracterização dos transcriptomas foi triada por microarray e quantificada por qPCR, demonstrando que vinte e três genes foram super expressos na ausência de CovR, enquanto trinta genes foram reprimidos na ausência de VicK. Para demonstrar a regulação direta, as regiões promotoras destes genes foram submetidas a ensaios de retardamento da mobilidade eletroforética com as proteínas recombinantes CovR ou VicR. Além dos genes já conhecidos, os ensaios mostraram CovR como regulador negativo de quatro novos genes e VicR como regulador de cinco novos genes, dentre os quais há, em ambos os casos, genes com provável função na biogênese da parede celular. Nos ensaios fenotípicos, os mutantes covR- demonstraram diminuição no crescimento total em cultura, enquanto que os mutantes vicK observados por microscopia eletrônica de varredura apresentaram formação de cadeias extremamente longas com células atípicas. A formação de biofilme in vitro por mutantes covR- foi de 3 a 17 vezes maior comparado ao WT, enquanto mutantes vicK- demonstraram uma redução de 3,5 a 6,5 vezes. Foi observado aumento de 40% na hidrofobicidade celular nos mutantes covR- quando comparados a cepa WT, enquanto os mutantes vicK- tiveram aumento de 10 vezes, tornando-se altamente hidrofóbicos, provavelmente em decorrência das alterações na superfície da parede celular. Os mutantes covR- foram 30% mais resistente a autólise que as cepas WT, enquanto que os mutantes vicK- possuem o dobro de resistência. Em conclusão, os regulons controlados por CovR e VicKR incluem diversos genes com provável função na biogênese de parede celular, além de genes importantes para a formação de biofilmes. A inativação destes sistemas promoveu alterações fenotípicas notáveis, que realçam os achados daparticipação destes sistemas na biogênese das estruturas celulares. Palavras-chave: Análise em Microsséries, Parede Celular, Cárie Dental, Regulação Bacteriana da Expressão Gênica, Virulência.Abstract: Streptococcus mutans, a major dental caries pathogen, expresses several virulence genes that mediate its growth and accumulation on tooth surfaces. In this process, GtfB and GtfC catalyze the extracellular synthesis of water-insoluble glucan matrix from sucrose, and are essential for accumulation of S. mutans in the dental biofilm. Glucan binding protein B might also mediate cell surface interaction with glucan. Two component transduction systems, such as CovR (Control of Virulence) and VicRK (Virulence Control), regulate, at least, part of S. mutans virulence genes. In this study we characterized CovR and VicRK functions and some phenotypic traits related to their absences. Knockouts strains covR- (SMU.1924) and vicK- (SMU.1517) strains were constructed and compared by differential microarray against wild type. Quantitative RT-PCR confirmed twenty-three up-regulated genes in covR-, while thirty down-regulated genes in vicKmutant. Recombinant CovR and VicR proteins were used in protein:DNA-promoter electrophoretic mobility shift assay (EMSA) to confirm direct regulator-promoter interaction and transcription. In addition to already-know CovR and VicR targets, qPCR and EMSA revealed that CovR acts as a negative regulator of four additional genes, and VicR controls five undescribed promoters. In both cases, genes controlled are mainly involved in biofilm growth and in cell wall biogenesis. Phenotypically, covR- mutants showed lower yield in culture, while vicK- mutants had altered cell morphology and long chains formation. Inactivation of covR significantly increased in vitro biofilm formation in all strains (3 to 17-fold increase, p<0.01), while vicK mutants showed poor biofilm growth (3.5 to 6.5-fold reduction; p<0.01). Cell hydrophobicity was increased by 40% in covR- mutants and by 10- fold in vicK- mutants, possibly due cell surface changes. Both knockoutsalso increased the autolysis resistance, in about 30% for the covR- mutants and in 2- fold for the vicK- mutant. It is concluded that CovR and VicR systems have important participation on S. mutans physiology, regulating genes that not only are involved in biofilm formation but that have functions in cell wall biogenesis.DoutoradoMicrobiologia e ImunologiaDoutor em Biologia Buco-Denta

Expression analysis of glucosyltransferases B and C, glucan-binding protein B and their putative regulatory genes in distinct genotypes of Streptococcus mutans

Orientador: Renata de Oliveira Mattos-GranerDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: Streptococcus mutans são os principais patógenos da cárie dentária, pois são capazes de se acumular no biofilme dentário na presença de sacarose, e sob condições altamente acidogênicas, promovem a desmineralização dentária. As glucosiltransferases B (GtfB) e C (GtfC) produzidas por S. mutans são fundamentais neste processo, porque catalisam a síntese de glucanos extracelulares insolúveis, a partir da sacarose. A proteína ligante de glucano B (GbpB) parece também participar do acúmulo de S. mutans nos biofilmes, embora por processos ainda não compreendidos. Pouco se sabe sobre os mecanismos que regulam a expressão dos genes que codificam essas proteínas de virulência (gtfB, gtfC e gbpB). Neste sentido, objetivamos caracterizar o padrão de expressão dos genes gtfB, gtfC e gbpB e de seus possíveis genes regulatórios (vicR, comE, ciaR e rr11) em genótipos distintos de S. mutans. Para isso, foram realizadas análises de transcrição reversa-PCR semi-quantitativa (RT-PCR) dos genes alvo em diferentes fases de curvas de crescimento planctônico, em meio Brain Heart Infusion, a 37°C, em condições de anaerobiose. RNAs das células nas diferentes fases de crescimento foram extraídos e submetidos a reações de transcriptase reversa com primers arbitrários, para obtenção dos cDNAs totais. Análises de PCR semi-quantitativas dos cDNAs foram então realizadas com primers específicos e normalizados pela expressão do gene housekeeping 16SRNA, cuja expressão foi constante nas condições experimentais estudas. Os padrões de transcrição de gtfB e gtfC foram específicos ao background genético da cepa estudada. Os níveis de transcritos de gtfB e de gtfC foram coordenados durante fases específicas de crescimento, mas divergências nas curvas expressão dos mesmos ocorreram em grande parte dos genótipos. Os níveis de transcritos de gbpB foram também variáveis entre cepas, mas assumiram padrão independente de genes gtf e foi caracterizado por menores variações entre as diferentes fases de crescimento. Os genes regulatórios demonstraram picos de expressão nas fases log e/ou estacionária de crescimento, de acordo com o genótipo testado. Os resultados indicam que o padrões de expressão dos genes estruturais (gtfB, gtfC e gbpB) e regulatórios são cepa-específicos e que gtfB e gtfC são regulados por sistemas independentes, os quais parecem ser ativados em fases distintas de crescimentoAbstract: Streptococcus mutans, the main pathogen of dental caries, have the capacity to accumulate in the dental biofilm in the presence of sucrose, under highly acidic conditions that are responsible for teeth demineralization. The glucosyltransferases B (GtfB) and C (GtfC) produced by S. mutans are essential in this process, because catalyze the synthesis of water-insoluble from sucrose. The Glucan-binding protein B (GbpB) appears to also participate in S. mutans accumulation, but under processes that are still unclear. Little is known about the mechanisms that regulate expression of genes encoding these proteins (gtfB, gtfC and gbpB). In this sense, we aimed to characterize the patterns of transcription of gtfB, gtfC and gbpB in distinct S. mutans genotypes. For that purpose, semi-quantitative analysis of reverse transcription¿PCR (RT-PCR) were performed in strains at different phases of the growth curves in Brain Heart Infusion broth bath cultures at 37°C, under anaerobiosis. RNAs were extracted from cells at different growth phases, and applied in reactions of reverse transcription with arbitrary primers to yield total cDNAs. Semi-quantitative PCR reactions were then performed with the cDNAs using specific primers to each target gene, and normalized by the expression of the housekeeping gene 16SRNA, whose expression remained constant at the experimental conditions. Patterns of expression of gtfB and gtfC were specific to the strain background. Transcriptions of gtfB e de gtfC were coordinated in specific phases of growth, but the curves of transcription diverged at different phases in the majority of the genotypes studied. The levels of gbpB transcripts were variable between strains and assumed an independent pattern when compared with gtf genes. The levels of gbpB transcripts were characterized by lesser variations between the different phases of growth. The regulatory genes have shown peaks of expression at log and/or stationary phases of growth and the curves of transcript levels were strain-dependent. The results indicate that patterns of expression of gtfB, gtfC and gbpB and regulatory genes are strain-specific, and that gtfB and gtfC are regulated by distinct systems that may be activated at distinct phases of growthMestradoMicrobiologia e ImunologiaMestre em Biologia Buco-Denta

Addition of hydrogen peroxide to methylene blue conjugated to β-cyclodextrin in photodynamic antimicrobial chemotherapy in S. mutans biofilm

This study evaluated the effect of hydrogen peroxide addition on β-cyclodextrin-conjugated methylene blue in antimicrobial photodynamic therapy(a-PDT) in S. mutans biofilm model using laser or light emitting diode (LED) (λ = 660 nm). A preliminary assay was performed to evaluate the cytotoxicity of hydrogen peroxide in oral fibroblasts by the colorimetric method (MTT). Afterwards, groups were divided into (n = 3, in triplicate): C (negative control), CX – chlorhexidine 0.2% (positive control), P (methylene blue/β-cyclodextrin), H (Hydrogen Peroxide at 40 μM), PH, L (Laser), LP, LH (Laser+Hydrogen Peroxide), LPH, LED, LEDP, LEDH, and LEDPH. The biofilm was formed in 24 h with BHI + 1% sucrose (w/v). Light irradiations were conducted with laser, 9 J, 323 J/cm2, 113 s or with LED, 8.1 J, 8.1 J/cm2 for 90 s. Microbial reduction was evaluated by counting the viable microorganisms of the biofilm after the respective treatments, in a selective culture medium, and laser confocal microscopy evaluation. LP, LH, LPH, LEDP, LEDH, and LEDPH groups statistically reduced the counts of S.mutans compared with the C group and the log reductions were of 1.87, 1.94, 2.19, 0.91, 0.92, and 1.33, respectively; the addition of hydrogen peroxide did not potentiate the microbial reductions (LPH and LEDPH) compared with the LP and LEDP groups. The association of hydrogen peroxide with the conjugated β-cyclodextrin nanoparticle as photosensitizer did not result in an enhanced effect of a-PDT; hydrogen peroxide behaved as a photosensitizer, since it reduced the number of S. mutans when associated with laser light28226233CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQCOORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP132211/2017-30012017/03263-

Combined effectiveness of beta-cyclodextrin nanoparticles in photodynamic antimicrobial chemotherapy on in vitro oral biofilms

This study aimed to investigate if beta-cyclodextrin nanoparticles potentiate the photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT) effects in single and microcosm oral biofilms using methylene blue (MB) and a red laser. Background data: Studies of PACT have demonstrated promising effects; however, the association of nanoparticles with photosensitizers could enhance the antimicrobial result. Materials and methods: Biofilms were grown on enamel blocks either with Streptococcus mutans or in a microcosm model (salivary microorganisms) supplemented with sucrose. PACT using 50 mu M MB associated or not with 32 mu M encapsulated beta-cyclodextrin with MB for 5 min, followed by irradiation with red laser (lambda = 660 nm, 320 J/cm(2)), was conducted and the counts of viable microorganisms in proper selective media were determined. Data were analyzed by one-factor ANOVA, followed by Tukey's test, or Kruskal-Wallis test, followed by Dunn's post hoc test, all with a significance level of 5%. Results: In the single-species biofilm model, a significant reduction in S. mutans counts was found for all groups when light was present. In the microcosm biofilm model, no significant difference was found among the groups for total streptococci, but a significant reduction of S. mutans was observed for the PACT group of encapsulated beta-cyclodextrin+MB. However, no statistically significant difference was observed among the PACT groups. Conclusions: PACT with beta-cyclodextrin mediated with MB associated with a red laser reduced S. mutans in microcosm biofilms. However, the presence of beta-cyclodextrin nanoparticles did not potentiate the PACT effects in single or microcosm oral biofilms379567573COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPsem informação2015/21342-