Nowy sprzymierzeniec w walce z próchnicą: arginina przynosi „słodką ulgę”

Fermentacja cukrów obecnych w pożywieniu przez liczne bakterie jamy ustnej prowadzi do powstawania kwasów, które uszkadzają szkliwo zębów i sprzyjają rozwojowi ubytków próchnicowych. Bakterie te bytują w strukturach przypominających płytkę nazębną, określanych jako biofilmy stomatologiczne. Arginina – aminokwas naturalnie występujący w ślinie – od pewnego czasu zwraca uwagę badaczy jako czynnik mogący ograniczać rozwój próchnicy.

Część korzystnych bakterii jamy ustnej posiada tzw. system deiminazy argininowej (arginine deiminase system, ADS), który umożliwia rozkład argininy do związków o charakterze zasadowym, neutralizujących kwasy. Zwiększona dostępność argininy sprzyja namnażaniu się tych pożytecznych drobnoustrojów, jednocześnie hamując wzrost bakterii produkujących kwasy. Wcześniejsze badania prowadzone poza organizmem człowieka wykazały również, że arginina może zmieniać skład biofilmu stomatologicznego.

Aby potwierdzić te obserwacje w warunkach klinicznych, zespół stomatologów i naukowców kierowany przez Post.doc. Yumi C. Del Rey oraz profesora Sebastiana Schlafera z Aarhus University w Danii przeprowadził badanie kliniczne, którego wyniki opublikowano w International Journal of Oral Science.

Do badania włączono 12 osób z aktywną próchnicą. Uczestnikom przygotowano specjalne protezy umożliwiające zbieranie nienaruszonych biofilmów z obu stron łuku zębowego. Badani byli instruowani, aby zanurzać protezy w roztworze cukru przez 5 minut, a następnie – bezpośrednio po tym – w wodzie destylowanej (placebo) lub w roztworze argininy przez 30 minut, po jednej metodzie na każdą stronę. Procedurę powtarzano trzy razy dziennie, przy czym arginina była zawsze stosowana po tej samej stronie. Jak wyjaśnia Sebastian Schlafer, celem było zbadanie wpływu argininy na kwasowość, skład bakteryjny oraz macierz węglowodanową biofilmów u pacjentów z aktywną próchnicą. Po czterech dniach, gdy biofilm był w pełni rozwinięty, protezy usuwano i poddawano szczegółowej analizie.

Do oceny kwasowości biofilmów w różnych lokalizacjach zastosowano specjalny barwnik wrażliwy na pH – C-SNARF-4. Biofilmy poddane działaniu argininy wykazywały istotnie wyższe pH, a więc niższą kwasowość, po 10 i 35 minutach od ekspozycji na cukier. Jak podkreśla pierwsza autorka pracy, Yumi C. Del Rey, biofilmy traktowane argininą były wyraźnie lepiej chronione przed zakwaszeniem wywołanym metabolizmem cukrów.

Kolejnym etapem była analiza struktury węglowodanowej biofilmów. W tym celu wykorzystano lektyny – białka wiążące węglowodany – znakowane fluorescencyjnie, które pozwoliły uwidocznić dwa istotne składniki macierzy biofilmu: fukozę i galaktozę. Związki te stanowią znaczną część biofilmu i mogą sprzyjać powstawaniu lokalnych „kieszeni kwasowych”. Zastosowanie argininy wiązało się z ogólnym zmniejszeniem ilości węglowodanów opartych na fukozie, co mogło ograniczać szkodliwość biofilmu. Zaobserwowano również zmiany architektury biofilmu – węglowodany zawierające galaktozę zmniejszały się w dolnych warstwach, a zwiększały w górnych.

W celu identyfikacji bakterii obecnych w biofilmie przeprowadzono sekwencjonowanie genów 16S rRNA. Zarówno w biofilmach traktowanych argininą, jak i placebo dominowały bakterie z rodzaju Streptococcus oraz Veillonella. Jednak arginina istotnie redukowała liczebność grupy Streptococcus mitis/oralis, które produkują kwasy, lecz słabo wytwarzają związki zasadowe, a jednocześnie nieznacznie zwiększała udział paciorkowców zdolnych do intensywnego metabolizmu argininy. Efektem była poprawa pH biofilmu. Całościowo arginina czyniła biofilm mniej szkodliwym poprzez zmniejszenie jego kwasowości, modyfikację struktury węglowodanowej oraz korzystne przekształcenie mikrobiomu.

Próchnica zębów, powszechna we wszystkich grupach wiekowych i regionach świata, mogłaby być skuteczniej ograniczana dzięki strategiom takim jak suplementacja argininy w pastach do zębów lub płukankach jamy ustnej, szczególnie u osób bardziej podatnych na jej rozwój. Arginina, jako aminokwas naturalnie wytwarzany przez organizm i obecny w białkach pokarmowych, jest bezpieczna i potencjalnie mogłaby być stosowana także u dzieci.

Źródło: International Journal of Oral Science, Arginine modulates the pH, microbial composition, and matrix architecture of biofilms from caries-active patients
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41368-025-00404-5