Susceptibilidad de Porhyromonas gingivalis proveniente de pacientes con periodontitis crónica a los péptidos catiónicos polimixina B y beta defensinas humanas -1, -2, -3, y -4 y el posible papel del lipopolisacárido en su resistencia

Abstract

La periodontitis es una enfermedad infecciosa con un componente inflamatorio crónico que se produce como resultado del desbalance entre los microorganismos que conforman la biopelícula subgingival y la respuesta inmune del hospedero. La colonización de microorganismos patógenos y la respuesta inmunológica desencadenada que conducen a la destrucción de los tejidos de inserción de los dientes, como son el hueso alveolar, el ligamento periodontal y el cemento radicular, resultan finalmente en la pérdida de dientes. La presencia de bacterias anaerobias Gram-negativo específicas en la biopelícula subgingival es relevante en la etiología y progresión de la periodontitis. Dentro de ellas Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) es considerada un patógeno “clave” en el inicio de la enfermedad periodontal. A pesar de presentarse en una baja abundancia en sitios enfermos comparado con la microbiota oral total, esta bacteria es capaz de inducir cambios en el microbioma oral y causar disbiosis, conduciendo al desarrollo de la periodontitis. P. gingivalis además, es la bacteria más frecuentemente aislada en pacientes con periodontitis crónica (P. crónica) y ha sido relacionada con la progresión de esta enfermedad. No obstante, no está claro por qué su presencia en individuos sanos no se asocia con la enfermedad y los mecanismos que utiliza para el desarrollo y/o progresión de la periodontitis tampoco han sido totalmente dilucidados. Entre los factores de virulencia de P. gingivalis, el LPS destaca por su variabilidad estructural la cual le otorga la capacidad de dirigir e incluso evadir la respuesta inmunológica del hospedero, así como la actividad antimicrobiana de los péptidos endógenos, como es el caso de las defensinas (hBDs). P. gingivalis es capaz de reducir su interacción electrostática con péptidos catiónicos como Polimixina B (PMB), incrementando su resistencia por una de-fosforilación mediada por una fosfatasa en la posición 4´ del lípido A (gen PGN_0524). Junto con modificar su lípido A, P. gingivalis sintetiza dos tipos de LPS (A-LPS y O-LPS) que difieren en la región del Antígeno O polimérico (APS y AgO, respectivamente). Varios estudios sugieren que el lípido A es relevante en la resistencia a PMB, sin embargo su relación con la resistencia a otros péptidos catiónicos presentes en la cavidad oral (hBDs) no ha sido estudiada, así como tampoco se conoce el rol que pudieran tener otras estructuras del LPS, como el APS y AgO en dicha resistencia. Por lo anteriormente expuesto, en el presente trabajo se propuso determinar la susceptibilidad de aislados clínicos de P. gingivalis, provenientes de individuos clínicamente diagnosticados con periodontitis crónica (P. crónica) e individuos periodontalmente sanos, en presencia de PMB y evaluar la participación de la fosfatasa 4´ del lípido A de P. gingivalis en la resistencia a PMB y las hBDs-1 a -4. Además, se evaluó el rol de otras regiones del LPS como el AgO y/o APS en la resistencia a péptidos catiónicos, utilizando como modelo la PMB. Nuestros resultados muestran que aislados de P. gingivalis de pacientes con P. crónica presentan mayor resistencia a PMB respecto a aquellos obtenidos de individuos sanos. Además, aislados de individuos sanos son significativamente menos susceptibles a PMB respecto de la cepa de referencia ATCC 33277. Si bien una mutante que carece del gen de la fosfatasa en la posición 4´ del lípido A es totalmente susceptible a PMB, la presencia de este gen en los aislados no se correlaciona con la resistencia diferencial observada, ya que todos los aislados presentaban el gen. Más aún, en el análisis estructural del lípido A de los aislados se demostró la presencia de estructuras fosforiladas en la posición 4´, tanto en aislados susceptibles como resistentes a PMB, indicando que la composición del lípido A de P. gingivalis no es el único factor determinante en la resistencia de los aislados clínicos a PMB, y muy probablemente frente a otros péptidos catiónicos, puesto que la mutante fue capaz de crecer incluso a las concentraciones más altas de las hBDs-1 a -4. Aislados de individuos sanos carecen de moléculas de AgO de alto peso molecular y APS, sugiriendo que P. gingivalis presente en individuos periodontalmente sanos no produce A-LPS o lo pierde. Finalmente, aislados de pacientes con P. crónica carecen de moléculas de APS de bajo peso molecular, sugiriendo que moléculas de AgO y APS de alto peso molecular son relevantes en la resistencia diferencial de P. gingivalis a los péptidos catiónicos PMB y hBDs-1 a -4.

Periodontitis is an infectious disease with a chronic inflammatory component that occurs as result from imbalance between microorganisms forming biofilm and subgingival host immune response. Pathogenic microorganisms colonization and the immune response elicited lead to destruction of teeth insertion tissue such as: alveolar bone, periodontal ligament and cementum, finally resulting in tooth loss. The presence of specific Gram-negative anaerobic bacteria in subgingival biofilm is relevant for the etiology and progression of periodontitis. Among them, Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) is a "key" pathogen for the onset of periodontal disease. Although present in diseased sites in low abundance compared to the total oral microbiota, this bacterium is able to induce changes in the oral microbiome and cause dysbiosis, leading to development of periodontitis. P. gingivalis is the bacteria most frequently isolated in patients with chronic periodontitis and has been linked to progression of disease. However, it is unclear how their presence in healthy individuals is not associated with disease and the mechanisms for the development and/or progression of periodontitis have not been completely understood. Among P. gingivalis virulence factors the LPS noted for its structural changes conferring the ability to orchestrate and subvert the host immune response, and to resist endogenous peptides antimicrobial activity, such as defensins (hBDs). P. gingivalis reduces its electrostatic interaction with cationic peptides as Polymyxin B (PMB) and increases resistance by phosphatase lipid A 4´dephosphorylation (PGN_0524 gene). Besides modify their lipid A, P. gingivalis synthesizes two different types of LPS (A-LPS and O-LPS) differing at region of polymeric O antigen (OAg and APS, respectively). Several studies suggest that relevance for lipid A in PMB resistance, but its relationship with other cationic peptides resistance, relevant in the oral cavity (hBDs) has not been studied, and the possible role for the other known structures in LPS, such as APS and OAg in resistance. By the above, the present work proposed to determine the susceptibility of P. gingivalis clinical isolates, from chronic periodontitis (P. chronic) patients and periodontally healthy individuals to PMB and evaluate participation of lipid A 4' phosphatase in resistance to PMB and hBDs-1 to -4. In addition, the role of other regions of LPS as OAg and/or APS in resistance to cationic peptides was evaluated using as a model the PMB. Our results showed that isolates of P. gingivalis from P. chronic patients are more resistant to PMB respect from healthy individuals. Furthermore, healthy isolates are less resistant to PMB respect to the reference strain ATCC 33277. While, a mutant lacking phosphatase gene in the lipid A 4' position is totally susceptible to PMB, the presence of this gene in isolates does not correlate with the differential resistant observed since all isolates had the gene. Moreover, the lipid A structural analysis of the isolates shown 4' phosphorylated structures in both, susceptible and resistant PMB isolates, suggesting that P. gingivalis lipid A composition is not the only determining factor in clinical isolates PMB resistance, and probably to other cationic peptides, since the mutant was able to grow even to highest hBDs-1 to -4 concentrations. In healthy subject isolates lacked high molecular weight OAg and APS molecules, suggesting that P. gingivalis in healthy individuals do not produce or lose A-LPS. Finally, P. chronic isolates lacked APS molecules, suggesting that OAg and APS molecules are relevant in P. gingivalis resistance to cationic peptides PMB and hBDs -1 to -4