Wetenschappers weten wel dat er een tweede schadelijke bacterie is, Streptococcus sobrinus genaamd, die bij sommige mensen tandbederf versnelt, maar over deze microbe is nog maar weinig bekend. Dit zal binnenkort veranderen omdat een team van Illinois Bioengineering onderzoekers onder leiding van assistent-professor Paul Jensen met succes de volledige genomen van drie stammen van S. sobrinus heeft gesequeneerd.
Volgens Jensen is S. sobrinus moeilijk om mee te werken in het lab en komt het niet bij alle mensen voor, dus hebben onderzoekers hun inspanningen in de loop der jaren gericht op het begrijpen van de meer stabiele en veel voorkomende S. mutans, die in 2002 werd gesequenced.
“Hoewel het zeldzaam is, produceert S. sobrinus sneller zuur en wordt het geassocieerd met de slechtste klinische resultaten, vooral bij kinderen,” merkte Jensen op, een onderzoeker aan het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology op de campus. “Als S. sobrinus samen met S. mutans aanwezig is, loop je het risico op ongebreideld tandbederf, wat betekent dat er een zekere mate van communicatie of synergie tussen de twee bestaat die we nog niet begrijpen.”
Nu de sequentiebepaling van S. sobrinus is voltooid, bouwen Jensen en zijn studenten computermodellen om beter te begrijpen hoe de twee bacteriën op elkaar inwerken en waarom S. sobrinus zo’n krachtig tandbederf kan veroorzaken als het gecombineerd wordt met S. mutans.
Ze hebben bijvoorbeeld al bevestigd dat S. sobrinus geen complete pathways heeft voor quorum sensing, het vermogen van bacteriën om bacteriën in de buurt op te merken en te reageren, en uiteindelijk te woekeren.
Volgens Jensen zenden S. mutans bacteriën voelsprieten uit in de vorm van een peptide om uit te vinden hoeveel andere S. mutans cellen in de buurt zijn. Zodra de S. mutans-cellen een bepaalde drempel bereiken, vallen ze aan en creëren een onbalans in iemands mond tussen goede en slechte bacteriën, wat leidt tot snelle holtevorming.
“S. sobrinus heeft geen compleet systeem om dit te doen,” zei Jensen. “We zijn echt benieuwd om dit verder te onderzoeken en uit te zoeken wat er ontbreekt en waarom.”
Interessant is dat de volledige sequentiebepaling van het genoom van S. sobrinus werd voltooid door een team van Bio-ingenieursstudenten en studenten die waren ingeschreven in het eenjarige Master of Engineering (M.Eng.) programma, in plaats van doctoraalkandidaten die dit soort onderzoek meestal over meerdere jaren uitvoeren.
“Voor het S. sobrinus-veld is dit baanbrekend werk omdat het veld werd geplaagd door een gebrek aan informatie,” zei Jensen. “In 2018 is het verrassend dat we een hele soort hadden die ziekte veroorzaakt en geen volledig genoom ervan. Toch voltooide een ambitieus team van undergrads en M.Eng. studenten de sequencing in een jaar.”
Mia Sales, die afgelopen mei afstudeerde met haar bachelordiploma, voltooide de assemblages van twee van de soorten van S. sobrinus. Sales bouwde ook de computer die andere teamleden gebruikten om de eerste genoomassemblages te doen.
Studiegenoot Will Herbert werkte aan het annotatiegedeelte van het project, waarbij hij genen vond in de reeksen van ongeveer 2 miljoen adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T) nucleotiden die samen de genomen van S. sobrinus-genen.
Andere bijdragers aan het onderzoek zijn M.Eng.-studenten Yuting Du, Amitha Sandur, en Naaman Stanley. “Dit werk illustreert het vermogen van de studenten om hun leerervaring te synthetiseren met een volledig nieuw inzicht, resulterend in een originele onderzoekspublicatie,” zei professor Dipanjan Pan, directeur van het M.Eng. programma.
Het Illinois-team heeft de sequentie-informatie geüpload naar de openbare database GenBank, zodat wetenschappers wereldwijd toegang zullen hebben tot de S. sobrinus-genomische informatie. Hun werk werd gepubliceerd in het tijdschrift Microbial Resource Announcements onder de titel: “Complete genomische sequenties van Streptococcus sobrinus SL1 (ATCC 33478 = DSM 20742), NIDR 6715 (ATCC 27351 & 27352), en NCTC 10919 (ATCC 33402).”
Dit werk werd gefinancierd door een subsidie van het NIH National Institute of Dental and Craniofacial Research en het Illinois Master of Engineering in Bioengineering programma.