Wat kan het microbioom ons vertellen bij parodontitis?

Voor microbiologie heb je altijd de microscoop nodig. De microbioom is niet zichtbaar met het blote oog. In 1998 werd Socransky bekend met zijn onderzoek naar parodontale clusters. Deze clusters zijn bacteriën die vaak samen voorkomen in subgingivale tandplaque. Ze werden gevonden door de DNA checkerboard methode. Een gemakkelijke en snelle methode, zeker voor die tijd. De bacteriën moesten eerst individueel gekweekt worden en daarna ingevroren. De meeste bacteriën die in de pocket voorkomen, groeien niet zo goed in het laboratorium. Dit is een groot struikelblok voor deze methode. Vervolgens moest er DNA vrijgemaakt worden uit de bacterie. De dubbele helix van de DNA uit de gekweekte bacteriën wordt gesplitst door het te verwarmen. Zo ontstaan er probes. Ook de samples worden verwarmd, om een enkelstrengs DNA te creëren. Vervolgens worden de twee type enkelstrengs DNA – die van de probes en van de samples gekruist met elkaar. Als er twee strengen complementair blijken te zijn, dan plakken ze aan elkaar vast. Het heet de checkerboard methode omdat de resultaten eruit zien als een schaakbord met afwisselend lichte en donkere vakjes.
De verschillende clusters komen vaak samen voor in subgingivale plaque. Socransky koppelde de status van de parodontale gezondheid waarmee desbetrefende groep van de bacteriën geassocieerd was aan kleur: paarse en rode – meest gerelateerd met parodontitis, oranje – gemiddeld, gele en groene – het minst. Aan de hand van deze clusters werd het parodontale risico ingeschat.
Helaas is het zo dat weinig bacteriën uit de mond gekweekt kunnen worden in het lab. Van alle bacteriën op de wereld, kunnen we maar 2% kweken in een petri-schaaltje. Van de bacteriën in de mondholte kunnen we ongeveer 50% kweken, maar de rest blijft onbekend.

Moleculaire biologie

In de cel van de bacterie is DNA aanwezig. Dit DNA codeert voor verschillende genen. Het ribosomale RNA gen codeert voor ribosoom – de plek waar eiwitten worden geproduceerd. Er vinden weinig mutaties plaats in dit stukje DNA, daardoor is het goed te gebruiken voor microbiële taxonomie (naamgeving).
Wanneer je de cel kapot hebt gemaakt, het DNA geëxtraheerd hebt, zie je dat het ribosomale RNA gen uit verschillende onderdelen bestaat. Een aantal stukjes van dit gen is aanwezig in alle bacteriën en is heel constant. We noemen dit daarom ook het ‘constante gebied’. Andere delen zijn specifiek per bacteriële soort en hiermee kunnen we onderscheid maken tussen verschillende bacteriën. Dit DNA wordt eigenlijk gebruikt als een soort barcode om verschillende microben te onderscheiden. Er is een grote database waar we met deze informatie op kunnen zoeken om welke bacterie het gaat. Hierbij is het voordeel dat we de bacterie niet hoeven te kweken om de naam te vinden.

Verschillende technieken

Toch wordt de kennis uit de methode van Socransky nog veel toegepast. Een voorbeeld hiervan in de Quantitative Polymerase Chain Reactie (qPCR) die moleculaire biologie combineert met de clusters van Socransky. Hierbij worden de bacteriën nog steeds opgedeeld in clusters en aangegeven in welke mate deze bacteriën aanwezig waren. Het qPCR is een hele sensitieve methode: je weet precies hoeveel bacteriën er aanwezig zijn. Nadeel is dat er alleen naar bepaalde bacteriën gezocht wordt: namelijk de bacteriën die gekweekt konden worden in de tijd van Socransky.
Er moet verder gekeken worden dan alleen de kweekbare bacteriën. Dit kan met behulp van 16SrRNA gen amplicon library sequencing. Hierbij worden stukjes van 16S rRNA gen van alle bacteriën in een sample afgelezen. Deze ‘big data’ wordt ingevoerd in de computer en een algoritme kan ons vertellen wat er in het sample aanwezig is. Hierbij gaat het dus om de aanwezigheid van bacteriën en weet je nog niets over de activiteit of virulentie van de bacteriën. Je weet niet of de bacterie alleen aanwezig is of dat deze ook actief is.
Met behulp van de 16SrRNA gen kun je nagaan welke bacteriën aanwezig zijn, maar je kunt ook nagaan welke genen actief zijn binnen het sample: dan wordt gekeken naar het meta-transcriptoom. Ook kan er beoordeeld worden wat het metabolisme is.

Klinische voorbeelden

Een patiënt van 52 jaar werd verwezen naar de parodontoloog. De mondhygiëne was goed en de plak score was laag. Toch was er een hoge bloedingsscore. De diepte van de pockets viel mee. Na het maken van een kweek volgens Socransky, kwamen er weinig bacteriën naar voren en al helemaal geen specifieke paropathogenen. Ook uit de qPCR kwam weinig resultaat naar boven. Met behulp van de 16SrRNA gen amplicon sequencing techniek hebben ze naar het hele microbioom gekeken en hieruit kwam naar voren dat er heel veel van een specifieke bacteriesoort aanwezig was. Deze bacteriesoort was bekend vanuit ziekenhuizen en resistent tegen de meeste antibiotica. Het was een aerobe bacterie die je in eerste instantie niet in een pocket zou verwachten. De naam is Pseudomonadaceae.
Wat er bij deze patiënt gebeurd is, is dat hij hoogstwaarschijnlijk overbehandeld is met antibiotica. Daarna hebben andere bacteriesoorten de plek ingenomen in de pocket en deze reageren niet op onze behandeling. Hiervoor moet een nieuwe behandeling gezocht worden die specifiek deze bacteriën kan aanpakken.

Verschillende onderzoek naar het microbioom

Uit onderzoek van Bizarro uit 2016 bleek dat je patiënten in twee groepen kunt opdelen: de eerste groep reageerde goed op de huidige behandelmethode, waardoor het aanhechtingsverlies stabiliseerde. De tweede groep reageerde niet op de huidige behandelmethode en het aanhechtingsverlies nam toe. Er was daarbij geen verschil tussen het wel of niet toedienen van antibiotica.
Wanneer het microbioom van de twee groepen werd vergeleken, bleek dat voor behandeling al verschillen aanwezig waren. Degenen die niet goed op de therapie reageerden, hadden een complexer microbioom met meer samenhang tussen de verschillende bacteriën. Uit deze kleine studie komt naar voren dat het wellicht in de toekomst mogelijk zal zijn om van te voren een inschatting te maken hoe succesvol je behandeling zal worden aan de hand van het microbioom.
In een grotere studie werden speekselsamples verzameld van gezonde jongvolwassen vrijwilligers zonder parodontale problemen. Het microbioom werd onderzocht en het bleek dat deze groep grofweg in te delen was in vijf subgroepen. Er was een specifiek microbioom dat puur proteolytisch was en een die meer saccharolytisch was. Een ander microbioom kon makkelijker switchen tussen verschillende groepen. Met name in de proteolytische groep vonden ze al tekenen van dysbiose. Dit is een disbalans tussen je microbioom en jezelf. Om echt duidelijke uitspraken te kunnen doen of deze patiënten een hoger risico hebben, zul je ze met de tijd moeten vervolgen. Dat is niet gedaan in dit onderzoek.
Een ander onderzoek heeft een kleine groep patiënten iedere twee maanden gevolgd. Aan de hand van klinische symptomen hebben de onderzoekers beoordeeld of er op een specifieke plek in de mond een stabiele parodontale situatie was of dat er sprake was van toename van het aanhechtingsverlies. Op deze verschillende plekken hebben ze naar het microbioom gekeken en specifiek naar de genen die op dat moment actief waren (het meta-transciptoom). Ze vonden dat er veel meer genen actief waren op de plekken met toename van aanhechtingsverlies. Daarnaast vonden ze dat het niet alleen specifieke bacteriën waren die actief waren, maar het hele microbioom.
Helaas is het afnemen van een sample van het microbioom nog erg techniekgevoelig. Er is hier nog geen duidelijke gestandaardiseerde methode voor, waardoor er vaak fouten insluipen.

Bacterioom

We gebruiken vaak de term microbioom, maar eigenlijk kijken we bij de bovengenoemde technieken alleen naar bacteriën: het bacterioom. Je gaat hierbij voorbij aan bijvoorbeeld schimmels, virussen en andere micro-organismen.

Het microbioom heeft veel potentie, maar we kijken of dit moment nog naar de top van de ijsberg. We hebben nog te weinig informatie over de rest van de micro-organismen in de mond.
Prof. dr. Egija Zaura behaalde haar opleiding Tandheelkunde in 1995 in Zweden. Zij combineerde vanaf 1997 haar werk in een tandartspraktijk met haar masteropleiding Algemene Tandheelkunde aan de Riga Stradins Universiteit in Letland. In 2002 behaalde zij cum laude haar PhD in Preventieve tandheelkunde aan ACTA. Sinds 2003 werkt zij als onderzoeker en docent bij ACTA, afdeling Preventieve tandheelkunde.

Verslag van de lezing van prof. dr. Egija Zaura door Paulien Buijs, tandarts, tijdens de EuroPerio Series Single Session van de EFP.