Genomic composition of microbiol gingival sulcus and periodontal pockets in young persons

Relevance. Risk factors of local importance plays a crucial role in the development of inflammatory periodontal diseases, but the profile of representation and the role of origin microbial markers continues to be refined, what explains the increasing interest by the metagenomic studies.

Purpose. To compare the genomic composition of the microbiota of the periodontal sulcus and periodontal pocket by healthy patients with inflammatory periodontal diseases living on the territory of Kazan, the Republic of Tatarstan.

Materials and methods. The study included 25 young people (11 boys, 14 girls) aged 18-19 years, with inflammatory periodontal diseases (chronic generalized catarrhal gingivitis (12 people), chronic generalized periodontitis of mild severity (13 people)). The control group consisted of 11 donors without inflammatory periodontal disease.

Results. In the present study structures of microbial communities of periodontal spaces has been analyzed with using the sequencing of fragments of bacterial 16s rRNA genes (regions V3 and V4). Results of the analysis allowed to get a real idea of its composition and to determine both known and previously undefined uncultivated phylotypes. 

Conclusions. It was shown that in the group of the patients with inflammatory periodontal diseases there were identified 183 phylotypes at the level of genus (Mogibacteriacea, TM7 3, Rs–045, Dethiosulfovibrionaceae) relating to 17 phyls (phylum), that is a synonym of type in taxonomy (taxon between Kingdom and class). By the patients with chronic generalized periodontitis of mild severity, it was not possible to reliably isolate the phylotypes present in increased amounts in relation to chronic catarrhal gingivitis; in relation to control – there was a statistically significant increase in the proportion of families Porphyromonadaceae, Peptostreptococcaceae and the proportion of genera Dialister, Filifactor, Parvimonas, Tannerella, Treponema. 

1. Абдрахманов А. К., Мамаева Е. В., Ахметова Г. М. Анализ микрофлоры зубодесневого соединения у молодых людей с интактным пародонтом / Сборник: Актуальные вопросы стоматологии детского возраста 1-я Всероссийская научно- практическая конференция. Сборник научных статей. КГМУ. 2018:3-10. [Abdrakhmanov A. K., Mamaeva E. V., Akhmetova G. M. Analysis of the microflora of the dentoalveolar junction in young people with intact periodontal disease / Collection: Topical issues of pediatric dentistry 1st all-Russian scientific and practical conference. Collection of scientific articles. KGM. 2018: 3-10. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item.asp?id=34911063.

2. Абдрахманов А. К., Мамаева Е. В., Яковлева Г. Ю., Ильинская О. Н. Ювенильный пародонтит – видовая принадлежность выделенных микроогранизмов. Стоматология детского возраста и профилактика. 2016;15;3(58):4-9. [Abdrakhmanov A. K., Mamaeva E. V., Yakovleva G. Yu., Ilinskaya O. N. Juvenile periodontitis-species of isolated micrograinisms. Stomatology of children's age and prevention. 2016;15;3(58):4-9. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item.asp?id=27196908

3. Абдрахманов А. К., Цинеккер Д. Т., Яковлева Г. Ю., Ильинская О. Н., Мамаева Е. В. Метагеном сообществ пародонтальных пространств. Вестник «Биомедицина и социология». 2018;3;1:5-8. [A. K. Abdrakhmanov, D. T. Zinecker, G. Yu. Yakovleva, O. N. Il'inskaya, E. V. Mamaeva. Metagenome community of periodontal spaces. Journal «Biomedicine and sociology». 2018;3;1:5-8. (In Russ.)]. https://elibrary. ru/item.asp?id=36385672.

4. R. I. Amann, W. Ludwig, K. H. Schleifer. Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation. Microbiol Rev. 1995;59:143-169. https://doi. org/10.5281/ZENODO.1312777.

5. H. Arai, T. Chihara, K. Takahashi et al. Host defensive functions in a family manifesting early-onset periodontitis. J. Periodontol. 1996;67(4):433-442. https://doi.org/10.1902/ jop.1996.67.4.433.

6. K. Baek, Y. Choi. Complex Intratissue Microbiota Forms Biofilms in Periodontal Lesions. J. Dent Res. 2017;96.12:1451-1458. https://doi. org/10.1177/0022034517732754.

7. D. Belstrøm, F. Constancias, Liu Yang et al. Metagenomic and metatranscriptomic analysis of saliva reveals disease-associated microbiota in patients with periodontitis and dental caries. NPJ Biofilms and Microbiomes. 2017;3:23. https://doi.org/10.1038/s41522017-0031-4.

8. Цепов Л. М., Голева Н. А. Роль микрофлоры в возникновении воспалительных заболеваний пародонта. Пародонтология. 2009;2(51):7-12. [Tsepov L. M., Goleva N. A. The role of microflora in the occurrence of inflammatory periodontal diseases. Periodontics. 2009;2(51):7-12. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/ item.asp?id=12808000.

9. L. Dethlefsen, M. McFall-Ngai, D. A. Relman. An ecological andevolutionaryperspective on human-microbe mutualism anddisease. Nature. 2007;449:811-818. https://doi. org/10.1038/nature06245.

10. Грудянов А. И. и др. Количественная оценка микробиоценозов полости рта при заболеваниях пародонта. Пародонтология. 2011;16;2:18-21. [Grudanov A. I., etc., the quantification of microbiocenosis of the mouth cavity at diseases of parodentium. Parodontologiya. 2011;16;2:18-21. (In Russ.)] https://elibrary.ru/ item.asp?id=16727603.

11. Хафизова Ф. А. и др. Изучение состава и сравнительный анализ бактериальных сообществ образцы слизистой оболочки десен в норме и при воспалении в зонах дентальной имплантации. Сборник статей международной научно-практической конференции «Качество оказания медицинской стоматологической помощи: способы достижения, критерии и методы оценки». Казань. 2016:9-17. [Hafizova F. A. et al. Study of the composition and comparative analysis of bacterial communities samples of the gingival mucosa in normal and inflammatory zones of dental implantation. Collection of articles of the international scientific and practical conference "Quality of medical dental care: ways to achieve, criteria and methods of evaluation". Kazan. 2016:9-17. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/ item.asp?id=25788714.

12. K. V. Hiranmayi, K. Sirisha, P. Sudhakar et al. Pathogens in Periodontal Microbiolog. J. Pharm Bioallied. 2017;9:155-163. https://doi. org/10.4103/jpbs.JPBS_288_16.

13. Курильщиков А. М., Тикунова Н. В., Кабилов М. Р. Методы и объекты метагеномных исследований. Вестник НГУ. Серия: Биология, Клиническая медицина. 2012;10;1:191-201. [Smokers A. M., Tikunova N. V., Kabilov M. R. Methods and facilities for metagenomic studies. Bulletin of NSU. Series: Biology, Clinical medicine. 2012;10;1:191-201. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item.asp?id=17260896.

14. Мамаева Е. В. Пародонтологический статус и функциональное состояние организма у подростков: Дис. … д-ра мед. наук. Москва. 2007. [Mamaeva E. V. Periodontological status and functional state of the organism in adolescents: Dis. ... d-RA med. sciences'. Moscow. 2007. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item. asp?id=15844909.

15. Мамаева Е. В., Яковлева Г. Ю., Абдрахманов А. К. Метагеномика – современный метод определения маркеров микробного происхождения (литературный обзор). Сборник «Здоровье человека в XXI веке». IX Российская научно-практическая конфе ренция: сборник научных статей. 2017:56-62. [Mamaeva E. V., Yakovleva G. Yu., Abdrakhmanov A. K. Metagenomics-a modern method for determining markers of microbial origin (literary review). Collection "human Health in the XXI century". IX Russian scientific-practical conference: collection of scientific articles. 2017:56-62. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item. asp?id=34987669.

16. Модина Т. Н., Мамаева Е. В., Абдрахманов А. К., Гильфанов Б. Р., Ильинская О. Н. Идентификация грибов рода Candidaпри воспалительных заболеваниях пародонта. Клиническая стоматология. 2019;1(89):20-23. [Modina T. N., Mamaeva E. V., Abdrakhmanova A. K., Gilfanov B. R., Ilinskaya O. N. Identification of Candida fungi in inflammatory periodontal diseases. Clinical dentistry. 2019;1 (89):20-23. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/ item.asp?id=37128722.

17. Попенко А. С. Биоинформационное исследование таксономического состава микробиоты кишечника человека: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Москва. 2014:22. [Popenko A. S. Bioinformational study of the taxonomic composition of the human gut microbiota: autoref. dis. ... kand. Biol. sciences'. Moscow. 2014: 22. (In Russ.)]. https://elibrary. ru/item.asp?id=30415361.

18. Равин Н. В., Шестаков С. В. Геном прокариот. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17;4(2):972-984. [N. V. Ravin, S. V. Shestakov. The genome of prokaryotes. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii. 2013;17;4(2):972-984. (In Russ.)]. https:// elibrary.ru/item.asp?id=21170056.

19. R. A. Saleev, A. R. Akisheva, I. Kh. Valeeva, E. V. Valeeva, A. R. Akhtereeva, R. D. Imamieva, E. V. Mamaeva, I. I. Ahmetov. IL1B gene polymorphism in children with gingival recession. Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. 2019;06(01):1298-1303. https://elibrary.ru/item. asp?id=36766219.

20. R. A. Saleev, T. N. Modina, A. K. Abdrakhmanov, D. T. Zinecker, Oh. N. Ilyinskaya, G. Yu. Yakovleva, G. T. Saleeva, E. V. Mamaeva. Metagenome of dentogingival sulcus`s communities by the young people with intact periodontium. Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. 2019;06(03);5320-5326. https://elibrary.ru/item.asp?id=37066747.

21. Зорина О. А., Петрухина Н. Б., Басова А. А., Шибаева А. В., Трубникова Е. В., Шевелев А. В. Идентификация ключевых элементов нормальной и патогенной микрофлоры, определяющей состояние пародонта, методом NGS-секвенирования банков 16S- РДНК бактериальных консорциумов пародонта. Стоматология. [Zorina O. A., Petrukhina N. B., Basova A. A., Shibaeva A.V., Trubnikova E. V., Shevelev A.V. Identification of key elements of normal and pathogenic microflora that determine the state of periodontal disease by NGS-sequencing of 16s - RDNA banks of bacterial periodontal consortia. Stomatologiya. 2014:25-31. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item. asp?id=22887716.

22. Цинеккер Д. А. Особенности хронического гипертрофического гингивита у подростков 13-15 лет: Дис. … канд. мед. наук. Казань. 2013. [Zinecker D. A. features of chronic hypertrophic gingivitis in adolescents of 13-15 years of age: Dis. ... kand. honey. sciences'. Kazan. 2013. (In Russ.)]. https://elibrary.ru/item. asp?id=32779712.

23. Ziganshina E., Ibragimov E., Ilyinskaya O. et al. Bacterial communities inhabiting toxic industrial wastewater generated during nitrocellulose production. Biologia 2016;71:70-78. https:// elibrary.ru/item.asp?id=26984151.