Si Wenjun Zhang a son chemin, personne ne devra jamais se brosser ou se fil.
Zhang, un professeur de Berkeley UC de génie chimique et biomoléculaire, essaie de distinguer les bactéries saines dans nos bouches des bactéries malsaines – celles qui provoquent des cavités – afin qu'elle puisse augmenter la proportion de la première et favoriser un microbiome oral probiotique.
Le microbiome de notre bouche se compose de centaines d'espèces différentes de bactéries, dont beaucoup forment une communauté qui s'en tient aux dents pour former la plaque. Des études antérieures se sont concentrées sur lesquelles de ces espèces sont associées aux cavités, produisant de l'acide qui mange à l'émail dentaire. Mais les chercheurs ont découvert que chaque espèce n'est pas uniformément bonne ou mauvaise – les espèces individuelles peuvent avoir des centaines de variétés différentes, appelées souches, qui diffèrent dans leurs qualités favorisant la cavité.
Au lieu de se concentrer sur les espèces ou les souches, Zhang et son équipe scannent les séquences d'ADN de toutes les bactéries dans la bouche – le métagénome – à la recherche de grappes de gènes associés aux cavités.
Dans un article publié le 19 août dans la revue Actes de l'Académie nationale des scienceselle et ses collègues ont signalé la découverte d'un tel groupe de gènes qui produit deux molécules qui aident ensemble la communauté de bactéries de la bouche – bonne et mauvaise – collez-en et forment un fort biofilm sur les dents.
Ils ont trouvé ce grappe de gènes dans certaines souches mais pas toutes les souches de plusieurs acteurs connus dans la bouche, y compris Streptococcus mutans – Le principal méchant de la carie dentaire. Zhang voit une opportunité de coller ce groupe de gènes dans de bonnes bactéries pour les aider à mieux se fixer aux dents et à pousser les bactéries productrices d'acide qui ouvrent la voie aux cavités.
Des souches particulières appartenant à la même espèce peuvent être un pathogène ou un probiotique commensal ou même. Après mieux comprendre l'activité de ces molécules et comment ils peuvent favoriser une forte formation de biofilms, nous pouvons les présenter aux bonnes bactéries afin que les bonnes bactéries puissent désormais former des biofilms puissants et surpasser tous les mauvais. «
Wenjun Zhang, professeur de génie chimique et biomoléculaire, UC Berkeley
Les travaux ont été soutenus par l'Institut national de la recherche dentaire et craniofaciale des National Institutes of Health (R01DE032732).
Métabolisme « spécialisé »
Le cluster de gènes a été découvert en recherchant une base de données en ligne d'un grand nombre de séquences métagénomiques des communautés microbiennes dans la bouche des volontaires humains. L'étudiant diplômé de Berkeley, McKenna Yao, a effectué une analyse statistique pour identifier les grappes associées à la maladie orale, puis a cultivé les bactéries pour analyser et identifier les métabolites produits par ces grappes.
Les métabolites sont de petites molécules composées de brins courts d'acides aminés – peptides – acides gras ou lipides. Une molécule fonctionne comme de la colle, aidant les cellules à regrouper des blobs, tandis que l'autre agit davantage comme de la chaîne, en les permettant de former des chaînes. Ensemble, ils donnent aux bactéries la capacité de construire des communautés – la substance collante sur vos dents – au lieu de flotter seul.
Le nouveau cluster de gènes contient environ 15 segments d'ADN codant pour les protéines, les amplificateurs et les facteurs de transcription qui agissent comme une cassette métabolique autonome – une voie métabolique alternative qui n'est pas essentielle pour la survie des bactéries mais que, Zhang, a trouvé, a des impacts majeurs sur l'environnement environnant, comme les dents. Ces grappes de gènes sont parfois appelées métabolisme secondaire d'un microbe, mais Zhang préfère le terme « spécialisé » car ils peuvent produire des molécules intéressantes. Les réseaux métaboliques spécialisés dans les bactéries du sol se sont révélés une source fertile d'antibiotiques, par exemple.
« Ces métabolites spécialisés améliorent la survie de certaines manières », a déclaré Yao, l'un des trois étudiants diplômés de Berkeley qui ont contribué à l'œuvre et sont les premiers auteurs de l'article. « Beaucoup, par exemple, sont des antibiotiques, afin qu'ils puissent tuer d'autres bugs, ou d'autres sont impliqués dans l'acquisition de métaux – ils aident les bactéries à monopoliser les ressources de leur créneau environnemental. Être en mesure de les produire, en particulier dans une communauté microbienne, aide les bactéries à démarrer l'autre gars et à garder leurs ressources. »
Pourtant, le rôle des réseaux métaboliques spécialisés et des métabolites secondaires dans le microbiome humain est resté largement non étudié, a déclaré Zhang. Il y a deux ans, elle et ses collègues ont trouvé un groupe de gènes dans les bactéries orales qui produit un antibiotique auparavant inconnu. Ils ont trouvé un autre groupe de gènes qui a produit un ensemble différent de molécules collantes qui aident à former des biofilms.
Le groupe de gènes nouvellement signalé est une autre démonstration de l'importance des métabolites secondaires du microbiome en santé humaine, que ce soit dans la bouche, l'intestin, la peau ou tout organe. Comprendre ces métabolites collants dans la bouche, surnommés les mutanoclumpines, pourrait aider à réduire les cavités.
« Nous recherchons quelque chose qui est corrélé avec les cavités, avec la maladie. Si un jour nous pouvons prouver que, dans certaines conditions, c'est vraiment une mauvaise molécule que vous voulez prévenir, nous pourrions développer des inhibiteurs génétiques ou chimiques pour inhiber leur production, donc j'espère que les bactéries ne les feront pas, et vous avez moins de cavités », a déclaré Zhang. « Pendant ce temps, nous examinons également d'autres molécules en corrélation avec la santé, permettant à une stratégie simple de concevoir directement les microbes pour en faire plus. »
Une espèce de bactéries qui pourrait utiliser un coup de pouce est Streptococcus salivariusqui semble promouvoir la santé bucco-dentaire et est actuellement commercialisé comme probiotique oral. Malheureusement, même si cela s'avère probiotique, il ne forme pas un biofilm fort qui colle aux dents et se dissipe rapidement. Zhang suggère d'ajouter de fortes molécules de formation de biofilm à S. Salivarius Pour voir si les bactéries peuvent mieux fonctionner comme probiotiques.
« Nos travaux futurs seront de créer une large carte de la collection de ces métabolites spécialisés pour regarder collectivement ce que fait cette communauté dynamique et complexe sur vos dents », a déclaré Zhang.
Yao a cependant noté que « la meilleure façon de retirer le biofilm sur vos dents est de brosser. Nous pensons qu'il existe en fait une meilleure façon de perturber ce biofilm, mais nous commençons juste à comprendre quelle est la complexité dans la bouche. »
Nicholas Zill et Colin Charles Barber sont les premiers co-auteurs avec Yao. Les autres co-auteurs sont Yongle Du, Rui Zhai, Eunice Yoon et Dunya Al Marzooqi du département de génie chimique et biomoléculaire de Berkeley et Peijun Lin, étudiant en visite au Collège de l'informatique, des sciences des données et de la société.
