Wissenschaftler wissen zwar, dass es ein zweites schädliches Bakterium namens Streptococcus sobrinus gibt, das bei manchen Menschen Karies beschleunigt, aber über diese Mikrobe ist nur sehr wenig bekannt. Das wird sich bald ändern, denn ein Team von Forschern aus Illinois Bioengineering unter der Leitung von Assistenzprofessor Paul Jensen hat erfolgreich die vollständigen Genome von drei Stämmen von S. sobrinus sequenziert.
Jensen zufolge ist es schwierig, mit S. sobrinus im Labor zu arbeiten, und es kommt nicht bei allen Menschen vor, so dass sich die Forscher im Laufe der Jahre stattdessen auf das Verständnis des stabileren und häufigeren S. mutans, der 2002 sequenziert wurde.
„Obwohl er selten ist, produziert S. sobrinus schneller Säure und wird mit den schlechtesten klinischen Ergebnissen in Verbindung gebracht, insbesondere bei Kindern“, so Jensen, Forscher am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology auf dem Campus. „Wenn S. sobrinus zusammen mit S. mutans vorkommt, besteht das Risiko einer grassierenden Karies, was bedeutet, dass es eine gewisse Kommunikation oder Synergie zwischen den beiden gibt, die wir noch nicht verstehen.“
Nachdem die Sequenzierung von S. sobrinus abgeschlossen ist, erstellen Jensen und seine Studenten Computermodelle, um besser zu verstehen, wie die beiden Bakterien interagieren und warum S. sobrinus in Kombination mit S. mutans so starke Karies verursachen kann.
Sie haben zum Beispiel bereits bestätigt, dass S. sobrinus über keine vollständigen Wege für das Quorum Sensing verfügt, d. h. die Fähigkeit der Bakterien, Bakterien in der Nähe wahrzunehmen, auf sie zu reagieren und sich schließlich zu vermehren.
Jensen zufolge senden S. mutans-Bakterien Fühler in Form eines Peptids aus, um herauszufinden, wie viele andere S. mutans-Zellen in der Nähe sind. Sobald die S. mutans-Zellen einen bestimmten Schwellenwert erreichen, greifen sie an und schaffen im Mund eines Menschen ein Ungleichgewicht zwischen guten und schlechten Bakterien, was zu einer schnellen Kariesbildung führt.
„S. sobrinus hat kein vollständiges System, um dies zu tun“, sagte Jensen. „Wir sind sehr neugierig darauf, dies weiter zu erforschen und herauszufinden, was fehlt und warum.“
Interessanterweise wurde die gesamte Genomsequenzierung von S. sobrinus von einem Team aus Studenten des Studiengangs Bioengineering und Studenten des einjährigen Master of Engineering (M.Eng.) abgeschlossen, und nicht von Doktoranden, die diese Art von Forschung üblicherweise über mehrere Jahre hinweg durchführen.
„Für das S. sobrinus-Feld ist dies eine bahnbrechende Arbeit, da das Feld von einem Mangel an Informationen geplagt war“, sagte Jensen. „Im Jahr 2018 ist es überraschend, dass wir eine ganze Spezies haben, die Krankheiten verursacht, aber kein vollständiges Genom davon. Dennoch hat ein ehrgeiziges Team von Studenten und Diplomingenieuren die Sequenzierung innerhalb eines Jahres abgeschlossen.“
Mia Sales, die im Mai dieses Jahres ihren Bachelor-Abschluss gemacht hat, hat die Assemblierung von zwei Arten von S. sobrinus abgeschlossen. Sales baute auch den Computer, den die anderen Teammitglieder für die anfängliche Zusammenstellung der Genome verwendeten.
Der Kommilitone Will Herbert arbeitete an der Annotation des Projekts und fand Gene in den Reihen von etwa 2 Millionen Adenin- (A), Cytosin- (C), Guanin- (G) und Thymin- (T) Nukleotiden, aus denen die S. sobrinus-Genome bilden.
An der Forschung beteiligt waren auch die Masterstudenten Yuting Du, Amitha Sandur und Naaman Stanley. „Diese Arbeit ist ein Beispiel für die Fähigkeit der Studenten, ihre Lernerfahrungen mit völlig neuen Erkenntnissen zu verbinden, was zu einer originellen Forschungspublikation geführt hat“, sagte Professor Dipanjan Pan, Leiter des M.Eng.-Programms.
Das Team aus Illinois hat die Sequenzierungsinformationen in die öffentliche Datenbank GenBank hochgeladen, so dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt Zugang zu den genomischen Informationen von S. sobrinus haben werden. Ihre Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Microbial Resource Announcements unter dem Titel veröffentlicht: „Vollständige genomische Sequenzen von Streptococcus sobrinus SL1 (ATCC 33478 = DSM 20742), NIDR 6715 (ATCC 27351 & 27352) und NCTC 10919 (ATCC 33402)“
Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss des NIH National Institute of Dental and Craniofacial Research und des Illinois Master of Engineering in Bioengineering Programms finanziert.