Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1778310.15789/2220-7619-HOV-17783ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleHeterogeneity of virulence factors among Porphyromonas gingivalis clinical isolates from patients with chronic generalized periodontitisГетерогенность факторов вирулентности среди клинических изолятов Porphyromonas gingivalis, выделенных от пациентов c хроническим генерализованным пародонтитомKorolevaI. V.КоролеваИ. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Associate Professor, Department of Fundamental Problems of Medicine and Medical Technologies; Senior Researcher, Department of Molecular Microbiology

к.б.н., доцент кафедры фундаментальных проблем медицины и медицинских технологий Медицинского института; старший научный сотрудник Отдела молекулярной микробиологии

e.michailova@spbu.ruMikhailovaEkaterina S.МихайловаЕкатерина Станиславовна
Russian Federation

DSc (Medicine), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Therapeutic Dentistry

д.м.н., доцент, доцент кафедры терапевтической стоматологии Медицинского института

e.michailova@spbu.ruPrivalovaK. A.ПриваловаК. А.
Russian Federation

Resident of the Department of Oral and Maxillofacial Surgery and Surgical Dentistry

ординатор кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии

e.michailova@spbu.ruErmolaevaL. A.ЕрмолаеваЛ. А.
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, Head of the Therapeutic Dentistry Department

д.м.н., профессор, зав. кафедрой терапевтической стоматологии Медицинского института

e.michailova@spbu.ruTumanovaS. A.ТумановаС. А.
Russian Federation

PhD (Medicine), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Therapeutic Dentistry

к.м.н., доцент, доцент кафедры терапевтической стоматологии Медицинского института

e.michailova@spbu.ruSuvorovA. N.СуворовА. Н.
Russian Federation

RAS Corresponding Member, DSc (Medicine), Professor, Head of the Fundamental Problems of Medicine and Medical Technologies Department; Head of the Molecular Microbiology Department

член-корреспондент РАН, д.м.н., профессор, зав. кафедрой фундаментальных проблем медицины и медицинских технологий Медицинского института; зав. отделом молекулярной микробиологии

e.michailova@spbu.ruSt. Petersburg State UniversityФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университетInstitute of Experimental MedicineФГБНУ Институт экспериментальной медициныPavlov First St. Petersburg State Medical UniversityФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова МЗ РФ2410202425122024146107910862609202423102024Copyright ©; 2024, Koroleva I.V., Mikhailova E.S., Privalova K.A., Ermolaeva L.A., Tumanova S.A., Suvorov A.N.Copyright ©; 2024, Королева И.В., Михайлова Е.С., Привалова К.А., Ермолаева Л.А., Туманова С.А., Суворов А.Н.2024Koroleva I.V., Mikhailova E.S., Privalova K.A., Ermolaeva L.A., Tumanova S.A., Suvorov A.N.Королева И.В., Михайлова Е.С., Привалова К.А., Ермолаева Л.А., Туманова С.А., Суворов А.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/17783

The development of chronic generalized periodontitis occurs due to a combination of a several causes, among which the leading role is assigned to periodontal pathogens, which include P. gingivalis. Among P. gingivalis virulence factors, the polysaccharide capsule, fimbria proteins, cysteine proteases, and hemagglutinins are of special importance. The study was aimed to investigate the prevalence of specific virulence genes and identify a virulent genotype among P. gingivalis isolates found in patients with severe chronic generalized periodontitis (CGP). 41 patients (27 women and 14 men, average age 43.9±1.5 years) were examined, of which main and control group consisted of 22 patients with severe CGP and 19 patients without inflammatory periodontal diseases, respectively. The PCR data allow to consider type II fimbria (FimA II), arginine-dependent type A protease (RghA) and lysine-dependent protease (Kgh) as specific markers for the detection of more virulent P. gingivalis strains. It was found that in St. Petersburg, the following P. gingivalis genotypes predominate among patients with severe CGP: fimA II:kg:rghA, fimA II:kgh and fimA II:rghA. In addition, it has been demonstrated that virulent genotypes are detected to a small extent in P. gingivalis isolates from healthy control group patients. The identification of P. gingivalis strains with a more prominent pathogenic potential and the detection of their virulent genotypes is of great practical importance, in the future allowing to develop advanced effective methods for disease prevention to be used in a personalized medicine strategy. The results obtained are also of high importance due to the recorded variability in the circulation of P. gingivalis strain genotypes in various worldwide regions.

Развитие хронического генерализованного пародонтита обусловлено сочетанием целого ряда причин, среди которых ведущая роль отводится пародонтопатогенам, к которым относится P. gingivalis. Среди факторов вирулентности P. gingivalis особенно выделяют полисахаридную капсулу, белки фимбрий, цистеиновые протеазы, гемагглютинины. Цель исследования — изучение распространенности специфических генов вирулентности и определение вирулентного генотипа среди изолятов P. gingivalis, выявляемых у пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом тяжелой степени (ХГП ТС). Было проведено обследование 41 пациента (27 женщин и 14 мужчин, средний возраст 43,9±1,5 лет), из которых основную группу составили 22 пациента с ХГП ТС и контрольную группу составили 19 пациентов без воспалительных заболеваний пародонта. Результаты, полученные с использованием ПЦР, позволяют рассматривать фимбрии II типа (FimA II), аргинин-зависимую протеазу А типа (RghA) и лизин-зависимую протеазу (Kgh) в качестве специфических маркеров для обнаружения более патогенных штаммов P. gingivalis. Установлено, что в Санкт-Петербурге среди пациентов с ХГП ТС преобладают следующие генотипы P. gingivalis: fimA II:kgh:rghA, fimA II:kgh и fimA II: rghA. Кроме того, было продемонстрировано, что вирулентные генотипы выявляются в незначительной степени в изолятах P. gingivalis от здоровых пациентов контрольной группы. Идентификация штаммов P. gingivalis с более выраженным патогенным потенциалом и обнаружение их вирулентных генотипов имеет важное практическое значение, позволяя в будущем разработать современные эффективные методы профилактики заболевания и использовать их в стратегии персонализированной медицины. Полученные результаты также представляют высокую значимость в связи зарегистрированной вариабельностью циркуляции генотипов штаммов P. gingivalis в различных регионах мира.

chronic generalized periodontitisheterogeneityvirulent genotypeP. gingivalisfimbriaecysteine proteasesхронический генерализованный пародонтитгетерогенностьвирулентный генотипP. gingivalisфимбриицистеиновые протеазыФукс Е.И., Карева Ю.А., Гализина О.А., Таболина Е.С. Современные аспекты этиологии и патогенеза заболеваний пародонта // Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. 2013. № 3. С. 153–159. [Fuchs E.I., Kareva Yu.A., Galizina O.A., Tabolina E.S. Modern aspects of the etiology and pathogenesis of periodontal diseases. Rossiiskii mediko-biologicheskii vestnik imeni akademika I.P. Pavlova = I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald, 2013, no. 3, pp. 15–39. (In Russ.)]Царев В.Н., Николаева Е.Н., Ипполитов Е.В. Пародонтопатогенные бактерии — основной фактор возникновения и развития пародонтита // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017. № 5. С. 101–112. [Tsarev V.N., Nikolaeva E.N., Ippolitov E.V. Periodontopathogenic bacteria — the main factor in the occurrence and development of periodontitis. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2017, no. 5, pp. 101–112. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2017-5-101-112Ally N., Whisstock J.C., Sieprawska-Lupa M., Potempa J., Le Bonniec B.F., Travis J., Pike R.N. Characterization of the specificity of arginine-specific gingipains from Porphyromonas gingivalis reveals active site differences between different forms of the enzymes. Biochemistry, 2003, vol. 42, no. 40, pp. 11693–11700. doi: 10.1021/bi0349726Amano A., Kuboniwa M., Nakagawa I., Akiyama S., Morisaki I., Hamada S. Prevalence of specific genotypes of Porphyromonas gingivalis fimA and periodontal health status. J. Dent. Res., 2000, vol. 79, no. 9, pp. 1664–1668. doi: 10.1177/00220345000790090501Bostanci N., Belibasakis G.N. Porphyromonas gingivalis: an invasive and evasive opportunistic oral pathogen. FEMS Microbiol. Lett., 2012, vol. 333, no. 1, pp. 1–9. doi: 10.1111/j.1574-6968.2012.02579.xEnersen M., Nakano K., Amano A. Porphyromonas gingivalis fimbriae. J. Oral. Microbiol., 2013, vol. 5. doi: 10.3402/jom.v5i0.20265Evans R.T., Klausen B., Ramamurthy N.S., Golub L.M., Sfintescu C., Genco R.J. Periodontopathic potential of two strains of Porphyromonas gingivalis in gnotobiotic rats. Arch. Oral. Biol., 1992, vol. 37, no. 10, pp. 813–819. doi: 10.1016/0003-9969(92)90115-oHaffajee A.D., Socransky S.S., Patel M.R., Song X. Microbial complexes in supragingival plaque. Oral. Microbiol. Immunol., 2008, vol. 23, no. 3, pp. 196–205. doi: 10.1111/j.1399-302X.2007.00411.xHajishengallis G., Darveau R.P., Curtis M.A. The keystone-pathogen hypothesis. Nat. Rev. Microbiol., 2012, vol. 10, no. 10, pp. 717–725. doi: 10.1038/nrmicro2873Hajishengallis G., Lamont R.J. Beyond the red complex and into more complexity: the polymicrobial synergy and dysbiosis (PSD) model of periodontal disease etiology. Mol. Oral Microbiol., 2012, vol. 27, no. 6, pp. 409–419. doi: 10.1111/j.2041-1014.2012.00663.xHajishengallis G., Diaz P.I. Porphyromonas gingivalis: Immune subversion activities and role in periodontal dysbiosis. Curr. Oral Health. Rep., 2020, vol. 7, no. 1, pp. 12–21. doi: 10.1007/s40496-020-00249-3How K.Y., Song K.P., Chan K.G. Porphyromonas gingivalis: an overview of periodontopathic pathogen below the gum line. Front. Microbiol., 2016, vol. 7: 53. doi: 10.3389/fmicb.2016.00053Igboin C.O., Griffen A.L., Leys E.J. Porphyromonas gingivalis strain diversity. J. Clin. Microbiol., 2009, vol. 47, no. 10, pp. 3073–3081. doi: 10.1128/JCM.00569-09Inaba H., Nakano K., Kato T., Nomura R., Kawai S., Kuboniwa M., Ishihara K., Ooshima T., Amano A. Heterogenic virulence and related factors among clinical isolates of Porphyromonas gingivalis with type II fimbriae. Oral. Microbiol. Immunol., 2008, vol. 23, no. 1, pp. 29–35. doi: 10.1111/j.1399-302X.2007.00386.xKuboniwa M., Lamont R.J. Subgingival biofilm formation. Periodontol. 2000, 2010, vol. 52, no. 1, pp. 38–52. doi: 10.1111/j.1600-0757.2009.00311.xLaine M.L., van Winkelhoff A.J. Virulence of six capsular serotypes of Porphyromonas gingivalis in a mouse model. Oral. Microbiol. Immunol., 1998, vol. 13, no. 5, pp. 322–532. doi: 10.1111/j.1399-302x.1998.tb00714.xMarsh F.D. Dental plaque as a biofilm and a microbial community — implications for health and disease. BMC Oral Health., 2006, vol. 6 (suppl. 1), p. S14. doi: 10.1186/1472-6831-6-S1-S14Mikhaylova E.S., Lashchenov P.V., Koroleva I.V. Clinical and microbiological assessment of periodontal tissues in patients with type 2 diabetes mellitus. J. Intern. Pharm. Research., 2019, vol. 11, no. 4, pp. 831–840.Missailidis C.G., Umeda J.E., Ota-Tsuzuki C., Anzai D., Mayer M.P. Distribution of fimA genotypes of Porphyromonas gingivalis in subjects with various periodontal conditions. Oral Microbiol. Immunol., 2004, vol. 19, pp. 224–229. doi: 10.1111/j.1399-302X.2004.00140.xMysak J., Podzimek S., Sommerova P., Lyuya-Mi. Y., Bartova J., Janatova T., Prochazkova J., Duskova J. Porphyromonas gingivalis: major periodontopathic pathogen overview. J. Immunol. Res., 2014, vol. 2014: 476068. doi: 10.1155/2014/476068Olsen I., Lambris J.D., Hajishengallis G. Porphyromonas gingivalis disturbs host-commensal homeostasis by changing complement function. J. Oral Microbiol., 2017, vol. 9, no. 1: 1340085. doi: 10.1080/20002297.2017.1340085Ozmeriç N., Preus N.R., Olsen I. Genetic diversity of Porphyromonas gingivalis and its possible importance to pathogenicity. Acta Odontol. Scand., 2000, vol. 58, no. 4, pp. 83–87. doi: 10.1080/000163500429190Rodrigues R.S., Silveira V.R., Rego R.O. Analysis of Porphyromonas gingivalis fimA genotypes in severe periodontitis patients. Braz. Oral Res., 2020, vol. 34: e090. doi: 10.1590/1807-3107bor-2020.vol34.0090Socransky S.S., Haffajee A.D., Cugini M.A., Smith C., Kent R.L.Jr. Microbial complexes in subgingival plaque. J. Clin. Periodontol., 1998, vol. 25, no. 2, pp. 134–144. doi: 10.1111/j.1600-051x.1998.tb02419.xYoshino T., Laine M.L., van Winkelhoff A.J., Dahl G.Genotype variation and capsular serotypes of Porphyromonas gingivalis from chronic periodontitis and periodontal abscesses. FEMS Microbiol. Lett., 2007, vol. 270, no. 1, pp. 75–81. doi: 10.1111/j.1574 6968.2007.00651.xUmeda J.E., Missailidis C., Longo P.L., Anzai D., Wikström M., Mayer M.P. Adhesion and invasion to epithelial cells by fimA genotypes of Porphyromonas gingivalis. Oral Microbiol. Immunol., 2006, vol. 21, no. 6, pp. 415–419. doi: 10.1111/j.1399-302X.2006.00312.xWang P.L., Ohura K. Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide signaling in gingival fibroblasts-CD14 and Toll-like receptors. Crit. Rev. Oral Biol. Med., 2002, vol. 13, no. 2, pp. 132–142. doi: 10.1177/154411130201300204Xu W., Zhou W., Wang H., Liang S. Roles of Porphyromonas gingivalis and its virulence factors in periodontitis. Adv. Protein. Chem. Struct. Biol., 2020, vol. 120, pp. 45–84. doi: 10.1016/bs.apcsb.2019.12.001