Еще одна группа проблем в микробиологическом разнообразии пародонтальной микробиоты возникает вследствие генетической изменчивости различных изолятов одних и тех же видов бактерий, вызванной изменениями в бактериальной хромосоме с течением времени. Эти изменения могут быть результатом случайных точечных мутаций при хромосомной репликации, а также перегруппировки и дупликации генома в процессе рекомбинации. Кроме того, очевидно, что генетический обмен между различными видами бактерий также может значительно влиять на эволюцию бактериального генома.
К примеру, хорошо известно, что бактериальные факторы патогенности могут кодироваться трансмиссивными генетическими элементами, в том числе плазмидами, бактериофагами или транспозонами, которые могут широко распространяться в различных бактериальных популяциях. Кроме того, изучение бактериальных геномов в последнее десятилетие показало, что часто бактериальные вирулентные детерминанты закодированы в тех областях генома, которые, видимо, возникли при горизонтальном переносе генов из отдельного организма. Этими островками патогенности служат специфические хромосомные элементы, которые могут занимать довольно крупные регионы, часто окруженные генами мобильности, такими как инсерционные последовательности.
Мутации во время репликации и приобретения дополнительных генетических локусов передаются путем горизонтального переноса генов и повышают изменчивость видов бактерий, все это может способствовать распространению и эволюции их вирулентности.
Эти внутривидовые хромосомные изменения приводят к образованию популяционной структуры каждого вида. В некоторых случаях эти изменения приводят к возникновению различных типов клонов, некоторые из которых могут иметь свойства, обусловливающие большинство заболеваний, вызываемых этим видом бактерий. Хорошим примером такого явления в микробиоценозе пародонта служит A. actinomycetemcomitans.
Этот микроорганизм вызывает пародонтит у пациентов западноафриканского происхождения, особенно при участии специфического клона, называемого JP2. В этом случае, как было описано выше, хромосомное изменение привело к возникновению более болезнетворного фенотипа, включающего небольшую генетическую делецию перед геном лейкотоксина, определяющую транскрипцию в этом локусе под более сильным промотором, чем в первоначальном, что приводит к повышенному синтезу этой детерминанты вирулентности.
Рисунок 11. Сравнение организации генома трех штаммов Р. gingivalis: W83, АТСС33277 и TDC60. Каждый геном показан в виде нумерованной серой полосы, от которой отходят прямые и обратные тяжи. Верхний ряд: Р. gingivalis W83; средний: Р. gingivalis АТСС 33277; нижний ряд Р. gingivalis TDC60. Красные линии между геномами представляют собой гомологию ДНК-ДНК между двумя передними последовательностями. Синие линии представляют собой гомологию между передней нитью верхней последовательности и обратной комплементарной нижней последовательности. Анализ показывает очень обширные перегруппировки генетического материала у этих трех штаммов, которые создают межлинейные изменения их биологических свойств.
В настоящее время клон JP2 A. actinomycetemcomitans остается самым убедительным примером того, как генетическая изменчивость в пределах видов патогенных бактерий пародонта может привести к образованию более вирулентного клона и, как следствие, изменить способность вызывать болезнь в пределах вида. Тем не менее изучение других микроорганизмов пародонта in vitro позволяет предположить, что внутривидовая генетическая изменчивость также играет роль в болезнетворности этих бактерий.
К примеру, была исследована вирулентность различных изолятов Р. gingivalis с использованием ряда моделей на животных in vivo и in vitro. Как видно из этих экспериментов, наблюдаются весьма существенные различия в пределах этого вида, например в его способности вызывать заболевания у экспериментальных мышей. Это позволяет считать, что генетические различия между разными штаммами могут оказать существенное влияние на их роль в возникновении пародонтита в человеческих популяциях.
Пример генетического разнообразия в пределах Р. gingivalis показан на рис. 11, который сравнивает геномы трех изолятов этого вида, секвенированных в последние годы. На рис. 11 видно, что в то время как общий размер генома всех трех изолятов примерно одинаков (2,3 Мб), каждый штамм содержит несколько сотен штаммоспецифичных генов (т.е. генов, которые не присутствуют в двух других штаммах). С течением времени в бактериальных хромосомах происходят значительные перестановки, которые могут также влиять на экспрессию генов в различных изолятах и вытекающие из этого инфекционные характеристики.
Следовательно, в то время как обычная микробиологическая диагностика может указывать, что клинический образец содержит указанный бактериальный вид, такой как Р. gingivalis, генетическое изменение в пределах этого вида предполагает, что различные штаммы могут представлять весьма различные проблемы для тканей пародонта.
