Bacterial DNA Signatures in Arterial Inflammation

Abstract

Valtimonkovettumatauti eli ateroskleroosi on monien tekijöiden aiheuttama vuosikymmenien aikana kehittyvä krooninen tauti, jolle on ominaista kolesterolin kertyminen valtimon seinämään, paikallisten kohoumien eli ateroomaplakkien muodostuminen ja valtimon ontelon kaventuminen. Sen kliinisesti merkittävimmät ilmenemismuodot ovat sepelvaltimotauti ja aivoverenkierron sairaudet, jotka voivat johtaa akuutteihin komplikaatioihin kuten sydäninfarktiin ja aivohalvaukseen.

Ateroomaplakissa vallitsee krooninen tulehdus, jolla on huomattava vaikutus aterooman kasvumekanismeissa ja repeämisessä. Repeämälle alttiissa plakeissa on ohut sidekudoskatto ja usein paljon tulehdussoluja, jotka erittävät sidekudoskattoa heikentäviä matriksin metalloproteinaaseja (MMP). Tulehduksella on tärkeä rooli ateroskleroosin kehityksessä ja on ilmeistä, että bakteerit osallistuvat tulehduksen syntyyn. Ateroskleroosiin liittyvistä bakteereista tunnetuimpia ovat keuhkoklamydia ja hammasinfektioita aiheuttavat bakteerit.

Väitöskirjatyössä selvitettiin broad-range 16S rDNA polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla, löytyykö bakteerien DNA:ta ihmisten valtimonäytteistä. Menetelmä perustuu sellaisten alukkeiden käyttöön, jotka tunnistavat bakteerien evoluutiossa hyvin säilyneitä alueita ribosomaalista RNA:ta koodaavasta kromosomaalisesta geenialueesta. Näiden hyvin säilyneiden alueiden välissä on vaihtelevia alueita, joiden avulla voidaan selvittää bakteerien sukulaisuussuhteita. Tutkimuksen kohteena olivat sepelvaltimo-, aortta- ja ohimovaltimonäytteet. Työssä kehitettiin myös vääriä positiivisia löydöksiä poissulkeva analyysi. Lisäksi tutkimuksessa mitattiin seerumin MMP-9:n pitoisuutta ja muita tulehdustekijöitä sellaisilta sepelvaltimotautipotilailta, jotka olivat sairastaneet sydäninfarktin.

Tutkituista ateroskleroottisista valtimonäytteistä löydettiin lukuisten eri bakteerien DNA:ta. Löydökset tukevat esitettyä teoriaa siitä, että ihmisen elinaikanaan sairastamien infektioiden kokonaismäärä lisää ateroskleroosin riskiä. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin seerumin MMP-9 pitoisuuden olevan koholla sydäninfarktin sairastaneilla potilailla verrattuna kontrolleihin. Tulokset vahvistivat käsitystä siitä, että valtimon seinämän tulehdus ­ ja mahdollisesti myös bakteeri-infektiot ­ ovat yhteydessä ateroskleroosin kehitykseen.

Atherosclerosis is a chronic disease of multifactorial origin that is characterized by retention of cholesterol in the arterial wall and subsequent narrowing of the arterial lumen. There is a chronic inflammatory process in the atherosclerotic plaque, which has a major role in plaque growth and rupture. Plaques that are prone to rupture have often numerous inflammatory cells and a thin fibrous cap. Inflammation plays an important role in progression of atherosclerosis and it is clear that bacteria take part in inflammatory processes. The most identified bacteria involved in atherosclerotic disease are Chlamydia pneumoniae and bacteria involved in dental infections.

The aims of this study were to investigate whether bacterial DNA is present in different human artery specimens by using broad-range 16S rDNA PCR methodology. This method is based on the use of primers that recognize conserved sequences of bacterial chromosomal genes encoding ribosomal RNA. Between these concerved regions, sequences also contain variable regions providing a reliable basis for the analysis of bacterial phylogenetic relationships. Human coronary artery-, abdominal artery-, and temporal artery samples were studied. We also developed a novel subtraction method to rule out potential methodological contaminants. In addition, serum matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) and other established inflammatory markers were examined in men with coronary heart disease, who had suffered myocardial infarction.

The presence of bacterial DNA in atherosclerotic lesions suggests a multi-infection role of microbes in the atherosclerotic process. Serum MMP-9 concentration was elevated in men with a history of previous myocardial infaction compared to controls. The results underly the importance of inflammation ­and possibly also infection­ in the progression of atherosclerosis.