توالی‌یابی مولکولی ژن‌های چسبنده متصل‌شونده به کلاژن در Streptococcus mutans جداشده از بیماران مبتلا به پوسیدگی شدید دندانی در عراق

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه میکروبیولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه بابل، حله، عراق.

چکیده

هدف: Streptococcus mutans یکی از مهم‌ترین باکتری‌های عامل پوسیدگی دندان به شمار می‌رود و به‌عنوان عامل اصلی اتیولوژیک این بیماری شناخته می‌شود. بیماری‌زایی این باکتری ارتباط نزدیکی با چسبنده‌های متصل‌شونده به کلاژن و پروتئین‌های وابسته به سطح سلولی دارد. این باکتری از توانایی بالایی در اتصال به سطوح دندانی، تشکیل بیوفیلم‌های مقاوم، تولید اسید از طریق تخمیر کربوهیدرات‌ها و بقا در شرایط اسیدی برخوردار است که همگی موجب افزایش پاتوژنیسیته آن می‌شوند. بررسی و شناسایی توالی‌های ژنتیکی این عوامل از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از این مطالعه، بررسی و شناسایی توالی ژن‌های WapA، SpaP، Cnm و Cbm در ایزوله‌های عراقی Streptococcus mutans، مقایسه آن‌ها با سویه‌های مرجع بین‌المللی و ارزیابی روابط فیلوژنتیکی میان آن‌ها بود.
مواد و روش‌ها: در مجموع، ۱۳۸ نمونه سواب دهانی از بیماران مبتلا به پوسیدگی شدید دندانی، شامل افراد مبتلا و غیرمبتلا به دیابت ملیتوس نوع ۱، جمع‌آوری شد. همچنین ۳۲ نمونه شاهد از افراد سالم و فاقد پوسیدگی دندانی تهیه گردید. نمونه‌برداری با رعایت کامل شرایط استریل در مرکز آموزش بهداشت و مرکز تخصصی دندان‌پزشکی استان بابل، عراق، طی بازه زمانی اکتبر ۲۰۲۴ تا فوریه ۲۰۲۵ انجام شد. پس از جداسازی ایزوله‌های Streptococcus mutans، DNA ژنومی استخراج گردید و ژن‌های مورد نظر با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) تکثیر و سپس توالی‌یابی شدند. هم‌ترازی توالی‌ها و تحلیل‌های BLAST با استفاده از توالی‌های مرجع موجود در پایگاه داده GenBank انجام شد. در نهایت، درخت‌های فیلوژنتیکی به‌منظور ارزیابی روابط تکاملی میان ایزوله‌ها و سویه‌های مرجع ترسیم و تحلیل گردید.
نتایج: نتایج توالی‌یابی نشان داد که برای هر چهار ژن مورد بررسی، شباهت ۹۹ تا ۱۰۰ درصدی میان ایزوله‌های محلی و سویه‌های مرجع جهانی وجود دارد. تعداد محدودی جهش جانشینی در ژن‌های WapA و SpaP شناسایی شد، در حالی که در ژن‌های Cnm و Cbm هیچ‌گونه تغییر توالی مشاهده نشد که بیانگر حفاظت کامل این دو ژن است. تحلیل‌های فیلوژنتیکی نشان داد که ایزوله‌های عراقی در خوشه‌هایی نزدیک به سویه‌های پاتوژن بین‌المللی قرار می‌گیرند که حاکی از شباهت ژنتیکی بالا و روابط تکاملی نزدیک میان آن‌ها است.
نتیجه‌گیری: یافته‌های این مطالعه نشان‌دهنده حفاظت ژنتیکی بالای ژن‌های چسبنده در Streptococcus mutans در میان جمعیت‌های مختلف است و در عین حال وجود تغییرات ریزتکاملی را تأیید می‌کند که می‌توانند در بیماری‌زایی اختصاصی سویه‌ها نقش داشته باشند. توالی‌یابی ژن‌ها به‌عنوان ابزاری مهم در پایش تکامل بیماری‌زایی شناخته می‌شود و می‌تواند نقش مؤثری در هدایت راهبردهای پیشگیرانه سلامت دهان و دندان و کنترل پوسیدگی‌های دندانی ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Molecular sequencing of collagen-binding adhesin genes in Streptococcus mutans isolated from patients with severe dental caries in Iraq

نویسندگان [English]

  • Sajjad Haider Jasim
  • Zainab Hamoud Muhaisen
Department of Microbiology, College of Medicine, University of Babylon, Hilla, Iraq.
چکیده [English]

Objective
One of the most important bacteria causing dental caries is Streptococcus mutans. This agent is known as the main etiological agent of dental caries. The pathogenicity of this bacterium is closely related to collagen-binding adhesins and cell surface-associated proteins. This bacterium also has a high ability to adhere to dental surfaces, form resistant biofilms, produce acid through carbohydrate fermentation, and survive in acidic conditions. This increases the pathogenicity of this bacterium. The aim of this study was to investigate and identify the sequences of WapA, SpaP, Cnm, and Cbm genes in Streptococcus mutans Iraqi isolates, compare these sequences with international reference strains, and evaluate the phylogenetic relationships between them.
Materials and methods
A total of 138 oral swab samples were collected from patients with severe dental caries, including those with and without type 1 diabetes mellitus. 32 control samples were also prepared from healthy individuals without dental caries. Sampling was performed at the Health Education Center and Specialized Dental Center in Babylon Province, Iraq. Oral swabs were collected from patients with severe dental caries in two subgroups, those with and without type 1 diabetes, and from healthy individuals. Streptococcus mutans isolates were then isolated and genomic DNA was extracted. The genes of interest were amplified by PCR and sequenced. Reference sequences in the GenBank database were used to perform sequence alignment and BLAST analyses. Phylogenetic trees were drawn and analyzed to assess the evolutionary relationships between isolates and reference strains.
Results
Sequencing results showed that for all four genes studied, there was 99-100% similarity between local isolates and global reference strains. A limited number of substitution mutations were identified in the WapA and SpaP genes. However, no sequence changes were observed in the Cnm and Cbm genes. This indicates that the Cnm and Cbm genes are completely conserved. The results of phylogenetic analyses showed that the cluster of Iraqi isolates is close to the clusters of international pathogenic strains. This could indicate high genetic similarity and close evolutionary relationships between them.
Conclusion
These findings indicate high genetic conservation of adhesion genes in Streptococcus mutans among different populations and at the same time indicate the existence of microevolutionary variations that could contribute to strain-specific pathogenicity. Gene sequencing is recognized as an important tool in monitoring the evolution of pathogenicity and can play an effective role in guiding preventive strategies for oral health and controlling dental caries.

کلیدواژه‌ها [English]

  • collagen-binding proteins
  • dental caries
  • gene sequencing
  • phylogenetics
  • Streptococcus mutans

مراجع

Al-Charrakh, A. H., & Obayes, M. H. (2014). First record of isolation and characterization of methicillin-resistant Staphylococcus lugdunensis from clinical samples in Iraq. BioMed Research International, 2014, Article 736259. https://doi.org/10.1155/2014/736259
Carletto-Körber, F. P., González-Ittig, R. E., Jimenez, M. G., & Cornejo, L. S. (2015). Serotype diversity of Streptococcus mutans and caries activity in children in Argentina. European Journal of Paediatric Dentistry, 16(3), 177–180.
Chandra Nayak, S., Latha, P. B., Kandanattu, B., Pympallil, U., Kumar, A., & Kumar Banga, H. (2025). The oral microbiome and systemic health: Bridging the gap between dentistry and medicine. Cureus, 17(2), Article e78918. https://doi.org/10.7759/cureus.78918
Choudhari, S., Krithikadatta, J., Vejendla, I., S, S., & Doble, M. (2023). Microbial interactions in oral biofilm: Evaluating therapeutic interventions and the emergence of resistance: A narrative review. Cureus, 15(10), Article e48021. https://doi.org/10.7759/cureus.48021
Duncan, M. J. (2003). Genomics of oral bacteria. Critical Reviews in Oral Biology & Medicine, 14(3), 175–187. https://doi.org/10.1177/154411130301400303
Fitri, D. K., Tuygunov, N., Wan Harun, W. H. A., Purwasena, I. A., Cahyanto, A., & Zakaria, M. N. (2025). Key virulence genes associated with Streptococcus mutans biofilm formation: A systematic review. Frontiers in Oral Health, 6, Article 1654428. https://doi.org/10.3389/froh.2025.1654428
Gomez, A., Espinoza, J. L., Harkins, D. M., Leong, P., Saffery, R., Bockmann, M., Torralba, M., Kuelbs, C., Kodukula, R., Inman, J., Hughes, T., Craig, J. M., Highlander, S. K., Jones, M. B., & Dupont, C. L., Nelson, K. E. (2017). Host genetic control of the oral microbiome in health and disease. Cell Host & Microbe, 22(3), 269–278.e3. https://doi.org/10.1016/j.chom.2017.08.013
Guo, L., McLean, J. S., Lux, R., He, X., & Shi, W. (2015). The well-coordinated linkage between acidogenicity and aciduricity via insoluble glucans on the surface of Streptococcus mutans. Scientific Reports, 5, Article 18015. https://doi.org/10.1038/srep18015
Hmood, A. M., Al-Shukri, M. S. M., & Al-Charrakh, A. H. (2019). Molecular detection and antimicrobial resistance of Clostridium perfringens isolated from diabetic patients and bullet wounds. Journal of Applied Biology & Biotechnology, 7(1), 54–59. https://doi.org/10.7324/JABB.2019.70110
Lemos, J. A., Palmer, S. R., Zeng, L., Wen, Z. T., Kajfasz, J. K., Freires, I. A., Abranches, J., & Brady, L. J. (2019). The biology of Streptococcus mutans. Microbiology Spectrum, 7(1). https://doi.org/10.1128/microbiolspec.GPP3-0051-2018
Lévesque, C. M., Voronejskaia, E., Huang, Y. C., Mair, R. W., Ellen, R. P., & Cvitkovitch, D. G. (2005). Involvement of sortase anchoring of cell wall proteins in biofilm formation by Streptococcus mutans. Infection and Immunity, 73(6), 3773–3777. https://doi.org/10.1128/IAI.73.6.3773-3777.2005
Li, X., Li, R., Wang, H., Yang, Z., Liu, Y., Li, X., Xue, X., Sun, S., & Wu, L.-A. (2025). Global burden of dental caries from 1990 to 2021 and future projections. International Dental Journal, 75(5), Article 100904. https://doi.org/10.1016/j.identj.2025.100904
Lukomski, S., Bachert, B. A., Squeglia, F., & Berisio, R. (2017). Collagen-like proteins of pathogenic streptococci. Molecular Microbiology, 103(6), 919–930. https://doi.org/10.1111/mmi.13604
Marin, L. M., Xiao, Y., Seo, J., Queiroz, D., & Siqueira, W. L. (2025). Dietary carbohydrates modulate Streptococcus mutans adherence and bacterial proteome. Caries Research, 59(2), 128–138. https://doi.org/10.1159/000541821
Masuda, N., Tsutsumi, N., Sobue, S., & Hamada, S. (1979). Longitudinal survey of the distribution of various serotypes of Streptococcus mutans in infants. Journal of Clinical Microbiology, 10(4), 497–502. https://doi.org/10.1128/jcm.10.4.497-502.1979
Merritt, J., & Qi, F. (2012). The mutacins of Streptococcus mutans: Regulation and ecology. Molecular Oral Microbiology, 27(2), 57–69. https://doi.org/10.1111/j.2041-1014.2011.00634.x
Mukasa, H., & Slade, H. D. (1973). Mechanism of adherence of Streptococcus mutans to smooth surfaces. I. Roles of insoluble dextran-levan synthetase enzymes and cell wall polysaccharide antigen in plaque formation. Infection and Immunity, 8(4), 555–562. https://doi.org/10.1128/iai.8.4.555-562.1973
Murray, P. E., Coffman, J. A., & Garcia-Godoy, F. (2024). Oral pathogens’ substantial burden on cancer, cardiovascular diseases, Alzheimer’s, diabetes, and other systemic diseases: A public health crisis—A comprehensive review. Pathogens, 13(12), Article 1084. https://doi.org/10.3390/pathogens13121084
Nomura, R., Matayoshi, S., Otsugu, M., Kitamura, T., Teramoto, N., & Nakano, K. (2020). Contribution of severe dental caries induced by Streptococcus mutans to the pathogenicity of infective endocarditis. Infection and Immunity, 88(7), Article e00897-19. https://doi.org/10.1128/IAI.00897-19
Nomura, R., Naka, S., Nemoto, H., Inagaki, S., Taniguchi, K., Ooshima, T., & Nakano, K. (2013). Potential involvement of collagen-binding proteins of Streptococcus mutans in infective endocarditis. Oral Diseases, 19(4), 387–393. https://doi.org/10.1111/odi.12016
Peixoto, R. S., Antunes, C. A., Lourêdo, L. S., Viana, V. G., Santos, C. S. D., Fuentes Ribeiro da Silva, J., Hirata, R., Jr., Hacker, E., Mattos-Guaraldi, A. L., & Burkovski, A. (2017). Functional characterization of the collagen-binding protein DIP2093 and its influence on host-pathogen interaction and arthritogenic potential of Corynebacterium diphtheriae. Microbiology, 163(5), 692–701. https://doi.org/10.1099/mic.0.000467
Peres, M. A., Macpherson, L. M. D., Weyant, R. J., Daly, B., Venturelli, R., Mathur, M. R., Listl, S., Celeste, R. K., Guarnizo-Herreño, C. C., Kearns, C., Benzian, H., Allison, P., & Watt, R. G. (2019). Oral diseases: A global public health challenge. The Lancet, 394(10194), 249–260. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(19)31146-8
Rajasekaran, J. J., Krishnamurthy, H. K., Bosco, J., Jayaraman, V., Krishna, K., Wang, T., & Bei, K. (2024). Oral microbiome: A review of its impact on oral and systemic health. Microorganisms, 12(9), Article 1797. https://doi.org/10.3390/microorganisms12091797
Rasheed, N. A. (2025). Heterogeneity of staphylococcal protein A (spa) genotypes of methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains isolated from Duhok City, Northern Iraq. IJID Regions, 16, Article 100674. https://doi.org/10.1016/j.ijregi.2025.100674
Rued, B. E., Covington, B. C., Bushin, L. B., Szewczyk, G., Laczkovich, I., Seyedsayamdost, M. R., & Federle, M. J. (2021). Quorum sensing in Streptococcus mutans regulates production of tryglysin, a novel RaS-RiPP antimicrobial compound. mBio, 12(2), Article e02688-20. https://doi.org/10.1128/mBio.02688-20 (Erratum published 2021, mBio, 12(5), Article e02560-21. https://doi.org/10.1128/mBio.02560-21)
Shehab, E. Y., Abdullah, B. A., & AlTaie, A. A. (2024). Phenotypic identification of Streptococcus mutans and attendant bacteria from dentin caries and necrotic pulp, and its correlation with caries activities tests. Medical Journal of Babylon, 21(Suppl. 2), S189–S194. https://doi.org/10.4103/MJBL.MJBL_954_23
Wahlenmayer, E. R., & Hammers, D. E. (2023). Streptococcal peptides and their roles in host-microbe interactions. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 13, Article 1282622. https://doi.org/10.3389/fcimb.2023.1282622
Yin, Y., Dong, S., Wu, X., Zhao, X., Deng, Y., & Wang, Y. (2025). Trajectory and trends in molecular regulation of Streptococcus mutans cariogenic virulence: A bibliometric analysis. Future Microbiology, 20(14), 947–961. https://doi.org/10.1080/17460913.2025.2572236
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 301-318

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار