Oral urease-producing microbiota in chronic kidney disease patients

Abstract

A função renal comprometida característica da doença renal crónica leva à acumulação de ureia, azoto amoniacal (amónia/amoníaco) e de outras toxinas no sangue, mas também no trato digestivo, incluindo na cavidade oral. Recentemente, colocou-se a hipótese de estas toxinas urémicas exercerem pressões seletivas no microbioma humano, provocando desequilíbrios das populações microbianas (disbiose), podendo potenciar o crescimento de agentes infeciosos oportunistas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo estudar o microbioma oral de doentes renais crónicos, com foco na caracterização de bactérias produtoras de urease, de modo a compreender se os níveis salivares de ureia e de amónia/amoníaco podem estar associados a disbiose do microbioma oral. Para tal, foram recolhidas amostras de saliva de 44 doentes renais crónicos em diálise peritoneal e de 37 voluntários saudáveis. Os níveis salivares de ureia e azoto amoniacal foram medidos utilizando um sistema de análise por injeção sequencial (SIA) com deteção potenciométrica, um método rápido, sensível e eficiente com uma larga gama de determinação. A exatidão do sistema foi assegurada antes da análise das amostras. A quantificação dos microrganismos orais foi realizada através do método de contagem em placa, utilizando os meios de cultura Manitol Sal Agar e MacConkey Agar. Todas as colónias com aspeto distinto foram reisoladas e caracterizadas quanto à coloração de Gram e à produção de urease. Os isolados foram identificados por MALDI-TOF. Os doentes renais crónicos apresentaram valores significativamente superiores de ureia, azoto amoniacal e pH na saliva, bem como contagens superiores de microrganismos produtores de urease. Estes doentes exibiram ainda maior diversidade de organismos urease-positivos com relevância clínica pertencentes ao filo Proteobacteria, como enterobactérias e pseudomonas, enquanto as espécies urease-negativas não apresentaram qualquer variação de prevalência entre grupos. Uma redução significativa de Staphylococcus aureus e um aumento muito significativo de Raoutella ornithinolytica, uma enterobactéria oportunista, foram também observados nos doentes. Estes resultados sugerem que a acumulação de ureia e amónia/amoníaco no ambiente oral dos doentes renais crónicos pode exercer pressão seletiva sobre o microbioma oral, levando à sua disbiose. Esta disbiose oral caracterizou-se pela maior prevalência de Proteobacteria, indicando que o microbioma oral dos doentes renais crónicos em diálise peritoneal pode representar uma fonte relevante de agentes oportunistas.

The impaired kidney function of chronic kidney disease (CKD) patients promotes the accumulation of urea, ammonia and other toxins in the blood, but also in the digestive tract, including the oral milieu. Recently, it has been hypothesized that these uremic toxins may exert selective pressures on the human microbiome, causing imbalances of the microbial populations (dysbiosis), which can potentiate the growth of opportunistic infectious agents. As so, the present work aimed to study the oral microbiome of CKD patients undergoing peritoneal dialysis, with particular focus on the characterization of oral urease-producing bacteria, to investigate whether or not the levels of salivary urea and ammonia of these patients were associated with dysbiosis of the oral microbiome. For this, saliva samples were collected from 44 CKD patients undergoing PD and from 37 healthy volunteers. Salivary levels of urea and ammonia were measured using a sequential injection analysis (SIA) system with potentiometric detection, a fast, sensitive and efficient method offering a wide determination range. The accuracy of the system was assessed prior to sample analysis. For microbiological assessment, urease-positive microbial load of saliva was evaluated by spread plate technique using Mannitol Salt Agar and MacConkey Agar. All colonies with distinct appearance were reisolated. Gram staining and assessment of urease activity were done for all isolates, followed by MALDI-TOF identification. CKD patients displayed significantly higher levels of salivary urea, ammonia and pH, along with a significantly higher number of urease-producing microorganisms. Patients also exhibited greater diversity of clinically relevant urease-producing Proteobacteria, such as enterobacteria and pseudomonas, while the prevalence of urease-negative species did not vary significantly between groups. A significant increase in the prevalence of Raoutella ornithinolytica, an opportunistic enterobacteria, and a significant decrease in Staphylococcus aureus were also observed in patients. These results suggest that the accumulation of urea and ammonia in the oral cavity of CKD patients may exert selective pressure on the oral microbiome, leading to its dysbiosis. This oral dysbiosis was characterized by higher prevalence of Proteobacteria, suggesting that the oral microbiome of CKD patients undergoing peritoneal dialysis may represent a relevant source of opportunistic agents.