Revisión bibliográfica
Metagenómica salival aplicada en Odontología: revisión bibliográfica
Introducción: La metagenómica es un campo nuevo en el que se persigue obtener secuencias del genoma de los diferentes microorganismos que componen una comunidad, extrayendo y analizando su ADN de forma global. La posibilidad de secuenciar directamente los genomas de microorganismos sin necesidad de cultivarlos abre nuevas opciones que suponen un cambio de rumbo en la microbiología, sobre todo, teniendo en cuenta que en la cavidad oral sólo el 35% han sido identificadas. La microbiota oral humana es la comunidad de microorganismos comensales, simbióticos y patógenos que se encuentran en la cavidad oral. La saliva juega un papel importante en la determinación de su composición y actividad, siendo bien reconocida como un conjunto de marcadores biológicos, que se puede recolectar fácilmente, de forma no invasiva, indolora y no traumática, por lo que podría ser un sustituto de la sangre en el pronóstico y diagnóstico de enfermedades.
Material y método: Se realizó una búsqueda bibliográfica en Pubmed de acuerdo con unos criterios de inclusión y exclusión previamente establecidos.
Resultados: Fueron seleccionadas un total de 37 referencias bibliográficas entre 2010-2023.
Conclusión: El análisis microbiológico de la saliva es una alternativa fácil y no invasiva. La microbiota salival refleja las alteraciones bacterianas locales que se producen en la microbiota subgingival y supragingival. Por ello resulta interesante poder ampliar el conocimiento en el mundo microbiano oral, y poder ayudar a definir con más exactitud la etiología de la caries y periodontitis y así poder avanzar hacia tratamientos preventivos y curativos mucho más eficaces.
Salivary metagenomics applied in dentistry: literature review
Introduction: Metagenomics is a new field in which the aim is to obtain genome sequences of the different microorganisms that make up a community, extracting and analyzing their DNA globally. The possibility of directly sequencing the genomes of micoorganism, without the need to cultive them, opens up new options that represent a change of direction in microbiology, especially considering that only 35% have been identified in the oral cavity. The human oral microbiota is the community of commensal, symbiotic and pathogenic microorganisms found in the oral cavity. Saliva plays an important role in determining its composition and activity, being well recognized as a set of biological markers, wich can be easily collected and non-invasive, painless and non-traumatic way, so it could be a substitute for blood in the prognosis and diagnosis of diseases.
Method: A literature search was carried out in Pubmed according to previously established inclusion and exclusion criteria.
Results: A total of 37 bibliographic references were selected between 2010-2023.
Conclusion: Microbiological analysis of saliva is an easy and non-invasive alternative. The salivary microbiota reflects the local bacterial alterations that occur in the subgingival and supragingival microbiota. It is therefore interesting to be able to expand knowledge in the oral microbial world, and to be able to help define more accurately the etiology of caries and periodontitis and thus be able to move towards much more effective preventive and curative treatments.
KEY WORDS: Salivary metagenomics; caries; periodontitis; oral diseases.
Se ha demostrado que en la microbiota salival existe un conglomerado de especies bacterianas que se desprenden de las superficies orales, siendo la garganta, la lengua y las amígdalas los principales lugares de origen. Suele ser resistente a los cambios ecológicos menores, aunque las perturbaciones prolongadas pueden inducir una disbiosis de la microbiota residente, dando lugar a las dos enfermedades orales principales, la periodontitis y la caries dental 1.
Aunque la cavidad oral es uno de los entornos más ricos en patógenos del cuerpo humano, al nacer, la mayoría de los niños no poseen un microbioma Tras la exposición al entorno durante y después del proceso del parto, la colonización de la cavidad oral se produce en un plazo de 8 a 16 horas. En ausencia de dientes, las superficies mucosas que recubren la cavidad oral proporcionan el único entorno para la colonización bacteriana. La erupción de los dientes primarios crea dos nichos más para esta colonización, un hábitat supragingival consistente en una superficie dental de esmalte y un hábitat subgingival compuesto por una superficie dental abiótica, el epitelio de unión y el revestimiento epitelial. Después de aproximadamente 6 años, este entorno estable, cambia con el comienzo de la exfoliación de la dentición temporal, y durante otros 6 años el individuo entra en lo que conocemos como dentición mixta hasta que se establece la dentición permanente 2. Por lo tanto, la boca, está en continuo cambio de su hábitat, consecuencia además de factores ambientales, la dieta y genética del huésped entre otros 3.
La microbiota oral tiene un impacto significativo tanto en la salud oral como en la general. Por ello, se hace indispensable su estudio, ya que cerca de un tercio de las 700 especies bacterianas identificadas de la cavidad oral no han sido cultivadas. Su detección puede hacerse mediante amplificación por PCR y la secuenciación de alto rendimiento de los genes bacterianos del ARNr 16S (16S-HTS) o la secuenciación metagenómica de todo el genoma (NGS) 4.
La microbiota salival refleja las alteraciones bacterianas locales en la microbiota supra y subgingival 1. La composición de las comunidades microbianas varía en las distintas partes de la cavidad oral, y tanto los cultivos como los métodos moleculares han demostrado que la lengua, los dientes, la mucosa, el paladar y la encía albergan una microbiota distinta 5. El microbioma de la saliva se desprende de varios nichos en la cavidad oral y parece ser representativo del microbioma oral global 6.
La saliva alberga una compleja comunidad microbiana. Numerosos estudios han caracterizado la estructura orgánica de la microbiota salival y han revelado una gran diversidad filogenética 7–9. Es una alternativa fácil y no invasiva para realizar estudios microbiológicos 1 y se considera actualmente una reserva potencial de marcadores biológicos, que van desde cambios bioquímicos, el ADN, el ARN y las proteínas hasta la estructura de la microbiota 10.
MICROBIOTA SALIVAL EN ENFERMEDADES ORALES
La caries dental y la enfermedad periodontal son las dos enfermedades infecciosas e inflamatorias más comunes de la cavidad oral. Las etiologías polimicrobianas y las manifestaciones clínicas son muy diferentes en la caries y en las enfermedades periodontales por lo que los investigadores suelen separar dichos procesos. Sin embargo, en clínica, se observa que los pacientes propensos a la caries suelen tener mejores condiciones periodontales, mientras que los periodontales suelen tener menor incidencia de caries. Cultivos in vitro revelaron que las bacterias cariogénicas y los patógenos periodontales tenían un efecto antagónico entre sí. Por otra parte, algunos estudios epidemiológicos indican que la caries dental y la periodontitis ocurren simultaneamente11–13.
Diferentes estudios realizados y basados en la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) han encontrado en la saliva de pacientes con periodontitis; Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, Prevotella intermedia y Aggregatibacter actinomycemtomitans. Además, existen datos que sugieren que, aunque los periopatógenos se encuentran ocasionalmente fuera de la lengua, el arrastre de bacterias desde la zona subgingival es probablemente el principal lugar de origen de estos patógenos identificados en la saliva. Por ello, los niveles salivales de patógenos periodontales podrían utilizarse como biomarcador de la periodontitis 1,14,15. La caries dental, causada principalmente por bacterias, es una enfermedad crónica y progresiva, con una alta incidencia y una amplia distribución 16, es una fuente importante de dolor y deteriora la calidad de vida relacionada con la salud de muchos niños, pudiendo ocasionar infecciones graves y hospitalizaciones. Se ha observado que las bacterias del biofilm dental desempeñan un papel esencial en el inicio y la progresión de la caries. El Streptococcus mutans aparece en menos del 1% en la composición del microbioma, se considera el más cariogénico de todos los estreptococos orales. No obstante, puede detectarse en muestras de placa de algunos niños sin caries, mientras que algunos sujetos con caries graves en la primera infancia no tienen ningún S. mutans detectable. Estos resultados sugieren que S. mutans no es la única bacteria cariogénica y que otras especies bacterianas podrían ser responsables de la iniciación y el desarrollo de la caries 17. Por ejemplo, la presencia y los niveles de Cándida albicans en la saliva se ha visto que están fuertemente asociados a la patogénesis de la caries, especialmente en niños, adolescentes y adultos jóvenes 18. Se han encontrado bacterias como Veillonella, Rothia y Leptotrichia en la caries del esmalte, y Streptococcus Sanguinis, Atopobium, Schelegelella, Pseudoramibacter y Lactobacillus en caries de dentina. Un aspecto revelador de los estudios basados en el ARN es que la composición de las bacterias activas en las lesiones iniciales del esmalte, parece ser diferente de la que se encuentra en lesiones más avanzadas. En lesiones profundas cavitadas de un molar tiene más frecuencia de Neisseria, Lactobacillus, Mehasphaera y Rothia y en las zonas no cavitadas de caries de esmalte, hay más cantidad de Haemophilus y Gemella19.
El género Veillonella está relacionado con el potencial cariogénico 16. El Lactobacillus es significativamente más abundante en los grupos afectados por caries, aunque está casi ausente en la saliva, y esto, puede ser debido a que el Lactobacillus está más relacionado con la progresión de la caries 17,20 y es más probable que sea más abundante en las lesiones pero no en la saliva o en la placa17.
Steptococcus mutans parece ser el productor de ácido más común en el inicio de la caries, pero S. mutans no está presente en todos los niños con caries y cuando se encuentra forma parte de una comunidad microbiana compleja 21. Es uno de los géneros predominantes en la cavidad oral, y son un grupo muy heterogéneo desde el punto de vista genético 22.
Prevotella forma parte de la microbiota oral humana normal y se aíslan frecuentemente asociadas a infecciones orales como periodontitis, caries dental y abscesos 22.
La introducción del análisis de la secuencia del ARNr 16S en el estudio de las comunidades microbianas orales no cultivadas, se trata de una tecnología de análisis molecular ventajosa para investigar la diversidad de las bacterias orales y la composición de la comunidad microbiana en las enfermedades orales. La pirosecuenciación del gen ADNr 16S podría ser más favorables para investigar un perfil completo del microbioma oral y descubrir algunas bacterias raras y no cultivadas que podrían estar relacionadas con la caries 23.
Se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica mediante el buscador Pubmed seleccionando artículos basados en estudios de metagenómica salival relacionados con caries y periodontitis de los últimos 13 años. Para la búsqueda de artículos se empleó la estrategia avanzada con los operadores boelanos “AND” y “OR”. Las palabras claves fueron: “salivary metagenomic” “salivary metagenomic AND caries” “salivary metagenomic AND periodontitis” “salivary metagenomic AND oral disease”.
Se han incluido en el trabajo de revisión bibliográfica, todos los artículos que cumplieran los criterios de inclusión establecidos: publicaciones en inglés o en español, fecha de publicación en los últimos 13 años, artículos de revisión, de casos y controles, y estudios en humanos, relacionados con la caries y/o enfermedad periodontal. Se excluyeron todos los artículos que no cumplieran con los criterios de inclusión.
En una primera búsqueda se encontraron 300 artículos en Pubmed que cumplían con las palabras claves establecidas. La muestra final estuvo compuesta por 37 artículos que cumplían con los criterios de inclusión establecidos (Figura 1).
En la siguiente tabla se presentan de forma sintetizada los hallazgos más relevantes encontrados en las bases de datos, en relación con los resultados de análisis metagenómico de la saliva asociado a caries y periodontitis. Se muestra el año del estudio, país, tipo de estudio y se enumeran los microrganismos más abundantes que se encontraron (Tabla).
La mayoría de los estudios que se revisaron están realizados en China 3,7,11,16,17,22-26. Este país tiene un estilo de vida, una dieta y un ocio muy diferente al resto del mundo, y las comunidades microbianas, se ven muy influenciadas por factores externos, así como, por factores del huésped y el uso de antibióticos26.
Se observaron diferencias en la microbiota salival entre adultos estadounidenses sanos y adultos chinos sanos, que podría deberse a diferentes genotipos del huésped 26.
Los resultados de un estudio realizado en China, en 2015, ente sujetos sanos y sujetos con caries, no encuentran diferencias significativas en la diversidad microbiana 16.
Las proporciones de los filos pueden diferir en estos estudios, sin embargo, los filos más comunes en la saliva son relativamente frecuentes. Según algunos estudios de determinación de la comunidad bacteriana basados en el gen16S RNAr, se ha informado que Firmicutes, Proteobacterias, Bacteroidetes, Actinobacterias y Fusobacteria, forman parte sistemáticamente de la microbiota oral dominante en presencia y ausencia de patología4,11,16,17,22-35.
Wang Chen y cols. observaron que estas comunidades bacterianas dominantes a nivel de filo y género eran similares en la muestra sin caries y con caries activa, y simplemente la abundancia relativa era diferente23. Resultados similares refieren en su estudio Shan Jiang y cols., que observaron una diversidad filogenética notablemente alta en grupo de niños con caries y sin caries, y además mostraron un nivel de diversidad filogenética en ambos grupos17. En caries dental y enfermedad periodontal se produce un desequilibrio en el ecosistema oral que puede llevar a una disminución de la diversidad bacteriana, disminuyendo de aproximadamente 700 especies a alrededor de 200-30019. Yeon-Tae Kim y cols. también observaron que la mucosa bucal y la zona subgingival, estaban ocupadas principalmente por estos 5 filos significativos. Los Firmicutes mostraron la mayor proporción en todos los grupos, excepto en las muestras de placa supragingival del grupo de los sanos. En el grupo de periodontitis se observaron con mayor frecuencia Bacteroidetes y Synergistota en muestras subgingivales, las muestras supragingivales presentaban proporciones más elevadas de Proteobacterias y Actinobacterias. Se demostró que con enfermedad periodontal la diversidad bacteriana es mayor en saliva y en la zona subgingival que en la supragingival33. Shi Huang y cols. mostraron que las muestras de saliva y placa representaban microbiomas distintos en la cavidad oral. Independientemente del estado de la enfermedad, la microbiota salival se agrupó de forma distinta a la microbiota de la placa. Esto refleja probablemente las diferentes condiciones ambientales que caracterizan ambos hábitats. La microbiota de la placa reside en biopelículas en la superficie del esmalte dental y está determinado por la composición de la dieta, las prácticas de higiene bucal y las interacciones microbianas dentro de la biopelícula, y entre los microorganismos y las células epiteliales del huésped. El hábitat salival está determinado por el flujo de ingesta de alimentos, la microbiota transitoria o las mucinas entre otros. Encontraron que Fusobacteria y TM7 eran los dos filos más abundantes asociados a gingivitis, mientras que Actinobacterias y Bacteroidetes menos abundantes asociados a la gingivitis22.
Con respecto a la caries los estudios han identificado Bifidobacterium, Veillonella, Granulicatella, Scardovia, Fusobacteriun, Prevotella y Actinomyces de manera abundante en la microbiota de sujetos con caries. Los métodos moleculares han demostrado que se subestiman las proporciones de determinados filos, como las Actinobacterias17. El género Scardovia, en concreto la bacteria Scardovia wiggsiae, y recientemente reconocida como bacteria cariogénica implicada en estadios avanzados de la caries 20, se detectó significativamente más abundante en el grupo afectado por caries17.
Elimear Hurley y cols. encontraron en su estudio, que la diversidad de la microbiota dentinaria de la caries era menor y diferente que la microbiota de la saliva de sujetos con caries y sin Existían claras diferencias de composición entre todos los grupos, desde el filo a las especies. Los Firmicutes dominaron la microbiota dentinaria de la caries, las Proteobacterias dominaron la microbiota salival de caries y no caries, y los géneros que dominaron la microbiota dentinaria de la caries fueron Neisseria, Streptococcus y Prevotella 20.
También observaron un aumento de Prevotella en un estudio de caries activa Yang y cols. y según los hallazgos del estudio de Feyza Güll y cols. se observó que los índices de abundancia de Prevotella tras tratamiento disminuyeron. Bacteroidetes conocidos como un importante patógeno clínico, también se asociaron a la mala salud bucodental en el presente estudio, detectándose un nivel significativamente mayor en las muestras de después el tratamiento que en las de antes. También las bacterias Capnocytophaga que en general se sabe que forman parte de la flora bucal normal, disminuyeron de manera significativa tras el tratamiento carioso 34.
Ce Zhu y cols. en su estudio dedujeron que la mayor abundancia de Fusobacterium, Leptotrichia y Capnocytophaga, así como la menor abundancia de Prevotella, eran indicadores de la recurrencia de la caries de la infancia. A diferencia de otros estudios, como el mencionado anteriormente, la baja abundancia de Prevotella favoreció la recurrencia de caries en la infancia 25.
La presencia de Cándida Albicans se asoció con un enriquecimiento de una comunidad bacteriana con una mayor abundancia de Streptococcus y ciertas especies de Lactobacillus, Veillonella y Prevotella, así como a niveles reducidos de Actinomyces. Este estudio de J. Xiao y cols. subraya la posible influencia de C. albicans en el bacterioma oral, ya que los hongos parecen aumentar la abundancia de estas bacterias asociadas a la caries 18.
El microbioma salival de los niños de 3 años ya es complejo y madura con la edad, en la pubertad sigue siendo diferente del microbioma adulto. Al igual que en publicaciones anteriores, el microbioma oral es relativamente estable, a pesar de los importantes cambios biológicos que se producen durante la erupción de los dientes. Se observaron algunas diferencias, siendo la más significativa entre la dentición temporal y el resto de etapas. Los niños más pequeños tenían bacterias que suelen estar asociadas a una microbiota oral sana en proporciones relativamente más altas que en niños mayores como Pseudomonas, Moraxella y Enterobacteria. Se confirma, por tanto, la maduración de la composición microbiana detectando un aumento de las proporciones de Bacteroidetes, Spirochaetes y TM7 con el aumento de la edad. Además de la transmisión microbiana, los factores genéticos del huésped pueden influir en las proporciones de ciertas especies de individuos genéticamente emparentados, como se ha observado en la mayor similitud de la microbiota de los gemelos, aunque este estudio no demostró mayor similitud entre los perfiles microbianos de hermanos que entre individuos no emparentados 27. Bong-Soo Kim y cols. también determinaron en su estudio que las proporciones de Proteobacteria, Fusobacteria y TM7 parecían aumentar con la edad y aunque se detectaron algunas diferencias entre la composición de la microbiota entre los grupos de caries y sin caries, el perfil general de la microbiota fue similar 31.
Cong Shi y cols. describieron en su estudio que tanto las cargas bacterianas totales como la riqueza microbiana global de la saliva del grupo con periodontitis eran superiores a las del grupo sano, lo que sugiere que la periodontitis se caracteriza por un aumento de la complejidad del microbioma oral 11. , pero en ambas, hay mucha diversidad y riqueza de especies33.
Belstrom y cols. y Cong Shi y cols. encontraron una diferencia estructural del microbioma salival de los grupos de caries activa, periodontitis y sanos. En caries disminuye el número de especies bacterianas y en enfermedades periodontales aumenta, con respecto a los sanos. Belstrom informó que pacientes con periodontitis, caries dental y controles sanos tenían un perfil bacteriano salival único y diferente entre sí. El grupo de caries presentaba una mayor abundancia de Staphylococcus, Lactobacillus, Oribacterium, Megaspharera y Kingella. El grupo de periodontitis presentaba una mayor abundancia de Bifidobacterium, Porphyromonas y Peptostreptococcus. El mayor número de Neiseeria y Haemophilus en el grupo sano sugiere un papel protector contra la caries y la periodontitis 11,36. El análisis de correlación mostró que el enriquecimiento de Lactobacillus en la caries se correlacionaba negativamente con la abundancia de Porphyromonas y Peptostreptococcus y positivamente con la abundancia de Bifidobacterium en la periodontitis 11.
Yeon-Tae Kin y cols. reportaron que las Porphyromonas gingivalis predominaron en el grupo de pacientes con periodontitis, así como abundancia de Treponema denticola y Treponema forsythia. Esto coincide con estudios anteriores como el de Chen y cols., lo que sugiere que estas cepas juegan un importante papel en la periodontitis. Aunque las muestras de saliva presentaban valores de medición inferiores a las muestras subgingivales, mostraron un patrón similar 34.
En varios estudios longitudinales se ha demostrado que existen cambios en la composición bacteriana que se manifiesta a lo largo del tiempo. Los datos sugieren que la maduración normal del biofilm oral influye en la composición microbiana y viceversa 32,36,37.
CONCLUSIÓN
El análisis microbiológico de la saliva es una alternativa fácil y no invasiva, ya que está demostrado, que el microbiota salival refleja las alteraciones bacterianas locales que se producen en la microbiota subgingival y supragingival.
Firmicutes, Proteobacterias. Bacteroidetes, Actinobacterias y Fusobacterias, forman parte sistemáticamente de la microbiota oral dominante.
Bifidobacterium, Veillonella, Granulicatella, Scardovia, Fusobacterium, Prevotella y Actinomyces, aparecen con mayor frecuencia en pacientes con caries, así como también Keisseria, Streptococcus y Prevotella.
Bifidobacterium, Porphyromonas, Peptostreptococcus y Treponemas, se encuentran con mayor frecuencia en enfermedades periodontales.
Neisseria y Haemophilus, se encuentran aumentados en pacientes sanos, por lo que sugiere un papel protector frente a la caries.
Por ello resulta interesante poder ampliar el conocimiento en el mundo microbiano oral, y poder ayudar a definir con más exactitud la etiología de la caries y periodontitis y así poder avanzar hacia tratamientos preventivos y curativos mucho más eficaces. Mediante la aplicación de la metagenómica y la reconstrucción de las vías metabólicas, será posible diseñar terapias para la prevención de las enfermedades orales.
Tamayo Estebaranz, Nuria
Odontopediatra. Máster en Odontopediatría en Hospital San Rafael de Madrid. Profesora de Clínica Infantil en el Grado de Odontología Universidad Alfonso X El Sabio (UAX). Doctorando en Universidad de Alcalá de Henares (UAH).
Gil Valcárcel, Ana María
Odontopediatra. Especialista en Odontología Infantil y Ortodoncia Interceptiva por la Universidad Central de Venezuela (UCV). Profesora de Clínica Infantil en el Grado de Odontología Universidad Alfonso X El Sabio (UAX). Doctorando en Universidad de Alcalá de Henares (UAH).
Martín Vacas, Andrea
Odontopediatra. Especialista en el niño con necesidades especiales Universidad Complutense de Madrid (UCM). Doctora en Odontología UCM. Profesora de Odontopediatría en el Grado de Odontología UAX. Profesora del Máster de Odontopediatría UCM y UAX.
Aragoneses Lamas, Juan Manuel
Decano de la Facultad de Odontología UAX.
Paz Cortés, Marta Macarena
Odontopediatra. Especialista en el niño con necesidades especiales UCM. Doctora en Odontología UCM. Coordinadora de Odontopediatría en el Grado de Odontología UAX. Profesora del Máster de Odontopediatría UCM.
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Correspondencia: Nuria Tamayo Estebaranz. C/ Cerro Negro 12 Portal 2 6ºD 28007 Madrid, España. [email protected]