Analiza metabolizmu aminokwasów aromatycznych przez Streptococcus mutans w próchnicy u dzieci

Increasing incidence of infections with Streptococcus bacteria has been described last years. The most often reason of deaths all over the world is streptococcosis caused by S. pneumoniae. S. mutans species is a recognized etiological factor of caries, a disease affecting increasing number of children with deciduous teeth. The study aimed to determine the features determining that species pathogenicity - an ability of growth at low environment pH (pH=2; 4; 6), as well as an ability of biofilm formation were studied. Determination of the role of aromatic amino acids metabolism in S. mutans pathogenicity was verified on an example of an activity of prephenate dehydrogenase, one of the key enzymes of aromatic amino acids metabolism. Moreover, an attempt of strains biotyping based on STREPTOtest 24 test was undertaken. The study was conducted on isolates derived from children with deciduous teeth (age: 1-12 years) attending the Pediatric Dentistry Laboratory JU CM. The study included 61 children with caries and 29 children without caries symptoms. The strains were identified phenotypically based on STREPTOtest 24 test. Genotypic identification was conducted for 20 randomly selected strains. Ninety strains in total were obtained on the basis of biochemical identification, 53 of them were classified to S. mutans species (sensitivity = 77%, specificity = 76%). In case of strains for which discrimination index was above 70% in phenotypic method, genotypic identification confirmed the result obtained. It was demonstrated that most of S. mutans strains well tolerate low pH (pH=4). Higher biofilm formation ability of S. mutans was noted when compared to S. salivarius, and it was demonstrated concurrently that the composition of culturing medium plays a key role in biofilm formation by S. mutans. Pathogenicity of S. mutans connected to biofilm formation decreased considerably in tyrosine presence. Metabolism of aromatic amino acids by S. mutans was examined on the example of one of the key enzymes of tyrosine synthesis - prephenate dehydrogenase. An activity of the enzyme was observed in all clinical strains, and what is important, in a situation when the strain was isolated from caries focus, the observed value of prephenate dehydrogenase activity was higher when compared to an activity of prephenate dehydrogenase of the strains isolated from children without caries (differences significant statistically, Cochran – Cox’s test, p<0.001).We hope that further studies on aromatic amino acids metabolism and their significance in S. mutans pathogenicity may contribute to more effective caries prevention.

W ostatnich latach opisywanych jest coraz więcej przypadków zakażeń bakeriami Streptococcus. Najczęstszą przyczyną zgonów na Świecie jest streptokokoza wywoływana przez S. pneumoniae. Gatunek S. mutans jest uzanym czynnikiem etiologicznym próchnicy, choroba dotyka coraz większej liczby dzieci z uzębieniem mlecznym. Praca miała na celu określenie cech determinujących patogenność gatunku - zbadano zdolność wzrostu w niskim pH środowiska (pH=2; 4; 6), jak również zdolność tworzenia biofilmu. Określenie roli metabolizmu aminokwasów aromatycznych w chorobotwórczości S. mutans sprawdzono na przykładzie aktywności dehydrogenazy prefenianowej, jednego z kluczowych enzymów metabolizmu aminokwasów aromatycznych. Ponadto podjęto próbę biotypowania szczepów w oparciu o test STREPTOtest 24.Badania zostały przeprowadzone na izolatach pochodzących od dzieci z uzębieniem mleczym (wiek: 1-12 lat) zgłaszających się do Pracowni Stomatologii Dziecięcej UJ CM. Badaniem objęto 61 dzieci z próchnicą i 29 dzieci bez objawów próchnicy. Szczepy identyfikowano fenotypowo w oparciu o test STREPTOtest 24. Identyfikację genotypową przeprowadzono dla 20 losowo wybranych szczepów. Na podstawie identyfikacji biochemicznej uzyskano łącznie 90 szczepów, z czego do gatunku S. mutans zakwalifikowano 53 szczepy (czułość = 77%, swoistość = 76%). W przypadku szczepów, dla których wskaźnik dyskryminacji wynosił powyżej 70% w metodzie fenotypowej, identyfikacja genotypowa potwierdzała uzyskany wynik. Wykazano, że większość szczepów S. mutans dobrze toleruje niskie pH (pH=4). Zaobserwowano wyższą zdolność biofilmotwórczą gatunku S. mutans w porównaniu z S. salivarius, wykazano jednocześnie, że skład medium hodowlanego odgrywa kluczową rolę w tworzeniu biofilmu przez S. mutans. Patogenność S. mutans związana z tworzeniem biofilmu ulegała znacznemu obniżeniu w obecności tyrozyny.Metabolizm aminokwasów aromatycznych przez S. mutans badano na przykładzie jednego z kluczowych enzymów syntezy tyrozyny - dehydrogenazy prefenianowej. Aktywność enzymu zaobserwowano u wszystkich szczepów klinicznych, co ważne w przypadku gdy szczep izolowano z ogniska próchniczego obserwowana wartość aktywności dehydrogenazy prefenianowej była wyższa w porównaniu z aktywnością dehydrogenazy prefenianowej szczepów izolowanych od dzieci bez próchnicy (różnice istotne statystycznie; test Cochrana – Coxa, p<0,001).Liczymy że dalsze badania nad metabolizmem aminokwasów aromatycznych i ich znaczeniem w patogenności S. mutans mogą przyczynić się do skuteczniejszej profilaktyki próchnicy.