PadoBiom® – eine neue Methode zur Bewertung der Zahnfleischtasche

Der PadoBiom®-Test geht bei der Analyse über den Nachweis von Markerkeimen hinaus und betrachtet das gesamte Mikrobiom. Welche Vorteile ergeben sich hierdurch?

Dombrowa

Der Einsatz moderner molekularbiologischer Techniken wie der Next Generation Sequencing-Technologie hat das Verständnis der Ätiopathogenese der Parodontitis revolutioniert. So adressierten frühere Hypothesen ein erhöhtes Vorkommen einer Gruppe besonders pathogener Bakterienspezies, sogenannte Schlüsselkeime, als Auslöser einer immunologischen Entzündungsantwort und nachfolgender Destruktion des parodontalen Halteapparates [10].

Heute ist hingegen der holistische Ansatz allgemein anerkannt, der ein gestörtes Gleichgewicht der gesamten Subgingivalflora als ursächlich verantwortlich für die Entwicklung parodontaler Erkrankungen postuliert [3,8]. Im Gegensatz zur Analyse einzelner Bakterienspezies erlaubt die Betrachtung des oralen Mikrobioms somit nicht nur eine deutlich exaktere Beurteilung der Subgingivalflora, sondern kann eine beginnende Entgleisung bereits frühzeitig feststellen.

Durch die zusätzliche Bestimmung der Krankheitsprogression kann PadoBiom® außerdem Patienten identifizieren, die aufgrund ihrer Subgingivalflora ein erhöhtes Risiko für rasch fortschreitende Krankheitsverläufe aufweisen und einer besonders intensiven Therapie bedürfen. Die Analyse der parodontalen Schlüsselkeime sowie die Serotypisierung von vorliegenden Aggregatibacter actinomycetemcomitans-Spezies erlaubt darüber hinaus die Einschätzung der Pathogenität des Biofilms und dient als Unterstützung für eine personalisierte Antibiotikatherapie. Ist ein systemisches Antibiotikum in der AIT indiziert, kann PadoBiom® die Wahl eines optimalen Wirkstoffes durch den Nachweis von Resistenzgenen gegen die im Rahmen der PA-Therapie gebräuchlichsten Antibiotika absichern und das Risiko eines Therapieversagens minimieren.

Der PadoBiom®-Test beruht auf der Technologie des Next Generation Sequencing (NGS) zur mikrobiologischen Untersuchung des oralen Mikrobioms. Können Sie diese Methode kurz erklären?

Im Gegensatz zu bisher für die mikrobiologische Parodontitisdiagnostik eingesetzten Methoden erlaubt die NGS-Technologie die gleichzeitige, automatisierte Sequenzierung einer großen Anzahl von DNA-Molekülen und deren Abgleich zu Referenz-DNA-Sequenzen. Nach Isolierung der DNA aus den mit Papierspitzen entnommenen Proben werden sogenannte Bibliotheken erstellt. Dazu wird die gesamte DNA in einem ersten Schritt fragmentiert und mittels patientenspezifischer Erkennungssequenzen (Barcodes) markiert.

Bei der nachfolgend durchgeführten Hybrid-Capture-Methode wird die bakterielle DNA durch komplementäre Bindung an hochspezifische Sonden angereichert und anschließend klonal amplifiziert. Die so gewonnenen Bibliotheken stehen nun für die Hochdurchsatzsequenzierung mittels Illumina®-Technologie (NovaSeq 6000) bereit. Dabei binden DNA-Fragmente über Adaptoren an eine Glasoberfläche (Flow Cell).

Diese Startermoleküle werden nachfolgend durch einen PCR-ähnlichen Schritt in mehreren Zyklen klonal vervielfältigt (Clusterbildung) und parallel durch den Einbau von fluoreszenzmarkierten dNTPs nach der Sequencing-by-Synthesis-Methode sequenziert. Die so generierten Sequenzen werden bioinformatisch ausgewertet und analysiert.

Wo liegen die Grenzen dieses Nachweisverfahrens?

Die Entscheidung für die Sequenzierung der neuen Ära öffnet die Tür zu einer neuen Generation von Diagnoseprodukten. Einer der Hauptvorteile dieser Technologie ist die beeindruckende Menge an Informationen, die in einer einzigen Analyse kombiniert werden können. Eine Einschränkung in den letzten Jahren war der Preis für die Vorbereitung im Labor und die Analyse der Proben.

Die neue Technologie und der Wettbewerb haben den Preis gesenkt. Eine solche Analyse ist immer noch teurer als die klassische quantitative PCR, aber wir können davon ausgehen, dass der Preis mittelfristig noch sinken wird. Eine weitere Einschränkung ist der höhere Zeitaufwand im Labor, der sich aus der größeren Komplexität und Anzahl der Arbeitsschritte wie Extraktion, Fragmentierung, Bibliotheksvorbereitung und Sequenzierung ergibt.

Im Gegensatz zur qPCR benötigt es außerdem einige Zeit, um die vom Sequenziergerät erzeugten Daten zu analysieren. Durch den Einsatz von Hochleistungsservern kann dieser Prozess aber auf wenige Stunden reduziert werden.

Das neue Testverfahren knüpft an der Erkenntnis an, dass sich das Gleichgewicht im oralen Mikrobiom im Verlauf einer Parodontitiserkrankung zugunsten pathogener Keime verschiebt. Durch eine fortschreitende Entzündung begünstigt, entstehen dysbiotische Verhältnisse. Wie können dysbiotische und eubiotische Mikrobiome auf der Grundlage der NGS-Daten überhaupt unterschieden werden?

Durch den Vergleich oraler Mikrobiome von parodontal gesunden mit an Parodontitis erkrankten Menschen konnte gezeigt werden, welche Bakterien mit Gesundheit bzw. mit Krankheit assoziiert sind und wie sich die Zusammensetzung der Subgingivalflora mit zunehmender Dysbiose verschiebt. Während sich das gesunde, symbiotische Parodont durch eine Dominanz von überwiegend aeroben, grampositiven Bakterien auszeichnet, werden diese mit fortschreitender Erkrankung zunehmend durch gramnegative, anaerobe Spezies verdrängt. Diese Dysbiose wird unter anderem durch parodontopathogene Schlüsselkeime (Indikatorbakterien) vorangetrieben und provoziert eine entzündliche Immunantwort [1,2,3,5,9].

Die Gen-Sequenzen aller oralen Bakterienspezies sind in der NCBI, einer frei zugänglichen Datenbank, gespeichert und können zum Abgleich sequenzierter Daten herangezogen werden [6]. Mittels NGS kann ermittelt werden, welche Gensequenzen und damit welche einzelnen Bakterienspezies in einer Patientenprobe vorliegen und wie sich das Verhältnis von kommensalen zu pathogenen Bakterien darstellt. Aus den sequenzierten Daten wird dann ein Dysbiose-Index erstellt, der als Maß für das vorherrschende mikrobiologische Gleichgewicht dient.

Darüber hinaus weiß man, dass die Artenvielfalt (Richness) eines Mikrobioms mit Fortschreiten der Erkrankung ansteigt, da sukzessive mehr anaerobe Bakterienspezies den Sulkus kolonisieren. Die Evenness (Gleichverteilung der Arten) nimmt gleichzeitig ab, da das erkrankte Parodont zunehmend von bestimmten Spezies dominiert wird. Neben der Bestimmung des Dysbiose-Index zur fundierten Beurteilung des Mikrobiomzustands, dienen weitere Schlüsselparameter wie Richness, Evenness und Indikatorbakterien der erweiterten Bewertung des Befundes (Abb. 1), insbesondere bei der Einschätzung von Grenzfällen [4,9].

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Auf welche wissenschaftliche Evidenz stützt sich diese Einteilung in dysbiotische und eubiotische Verhältnisse, die Sie für den PadoBiom®-Test heranziehen? Gibt es hierfür einschlägige Studien?

Mit Einführung der NGS-Technologie gilt das besondere Interesse der Forschung der Frage, ob es charakteristische Unterschiede in der Zusammensetzung der Subgingivalflora bei Gesundheit oder Krankheit gibt. Auf Basis von Mikrobiomanalysen konnten verschiedene Wissenschaftler zeigen, dass sich das orale Mikrobiom in 3 große Bereiche aufteilen lässt. So gibt es die Gruppe der benefiziellen, meist aeroben und grampositiven Bakterien, die für symbiotische Verhältnisse stehen und mit parodontaler Gesundheit einhergehen.

Die Gruppe der meist anaeroben, gramnegativen Spezies ist hingegen charakteristisch für dysbiotische Zustände und ein erkranktes Parodont. Dazwischen gibt es außerdem die Gruppe der sogenannten Kernspezies, ein heterogenes Cluster von Keimen, das sich unabhängig vom Krankheitsstatus kaum ändert [1,2,3,5]. So konnte die Arbeitsgruppe von Diaz und Kollegen zeigen, dass die symbiotische Keimflora im gesunden Parodont knapp 70% ausmacht, die PA-assoziierten Spezies hingegen nur etwa 5%.

Im Krankheitsverlauf steigt die Gesamtkeimzahl in der Zahnfleischtasche um ca. 4 Log-Stufen an. Dies ist in erster Linie der Zunahme der dysbiotischen Bakterien geschuldet, sodass sich die Keimzusammensetzung praktisch umkehrt [3] (Abb. 2).

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In welcher Weise kann das Analyseergebnis sinnvoll in die Diagnostik einer Parodontitis einfließen?

PadoBiom® kann sowohl in der Früherkennung von Parodontalerkrankungen als auch im Rahmen der PA-Therapie eingesetzt werden. Da beginnende Dysbiosen bereits vor einer klinischen Manifestation erfasst werden können, kann die regelmäßige Durchführung des Tests zum Erhalt der Mundgesundheit und zur Prävention parodontaler Erkrankungen eingesetzt werden. Vor allem Risikopatienten mit positiver Familienanamnese oder prädisponierenden Grunderkrankungen können von einer regelmäßigen Überprüfung ihres oralen Gleichgewichtes profitieren und einem Krankheitsfortschritt durch Einleiten frühzeitiger therapeutischer Maßnahmen entgegenwirken.

Im Rahmen der PATherapie liegt der Fokus von PadoBiom® neben der Ermittlung des Dysbiose-Index in der Beurteilung der Progression. So kann der Test durch statistische Vergleichsanalysen beurteilen, welchen Krankheitsverlauf das untersuchte Keimspektrum des Patienten erwarten lässt. Patienten können dann gezielten, auf ihr individuelles Keimspektrum abgestimmten Therapiemaßnahmen zugeführt und die Behandlungsmaßnahmen optimal an die individuellen Bedürfnisse angepasst werden, ohne Über- oder Unterbehandlungen zu riskieren.

Welche therapeutischen Konsequenzen können oder sollen sich hieraus ergeben?

Die therapeutischen Konsequenzen eines PadoBiom®-Tests richten sich einerseits nach dem Befundergebnis und andererseits nach dem klinischen Status des Patienten. Gesunde Patienten, die die Untersuchung im Rahmen eines Check-Ups nutzen, können bei beginnender oder vorliegender Dysbiose – je nach Ausmaß des bakteriellen Ungleichgewichtes – durch verkürzte Recallintervalle, Intensivierung der Mundhygiene, Änderung der Lifestyle-Faktoren oder andere zusätzliche Therapiemaßnahmen zur Reetablierung eines gesunden Mikrobioms (Probiotika, Ernährung, etc.) vor einem Fortschreiten der Erkrankung bewahrt werden oder deren Entstehung vollständig verhindern.

Bei Patienten, die sich bereits in Therapie befinden, kann die Analyse mit PadoBiom® vor allem die Entscheidung verifizieren, ob die Unterstützung der AIT durch systemische Antibiotika sinnvoll ist oder ob der Einsatz anderer antimikrobieller Adjuvanzien ausreichend ist. Im Rahmen der UPT kann eine Reetablierung dysbiotischer Verhältnisse durch die regelmäßige Überprüfung des oralen Mikrobioms frühzeitig erkannt und der Therapieerfolg durch das Einleiten entsprechender Behandlungsmaßnahmen erhalten werden. Bei therapieresistenten oder refraktären Fällen kann zudem eine Partneranalyse potenziell vorhandene Infektionsketten aufdecken.

Gibt es bereits Evidenz aus klinischen Studien, ob sich eine durch die Empfehlungen des PadoBiom®-Tests geleitete Therapie in ihren Ergebnissen von denen der Standardtherapie gemäß den aktuellen Leitlinien der EFP/DGParo unterscheidet?

Die europäischen Leitlinien und die deutsche Implementierung bieten ein evidenzbasiertes und stark strukturiertes System für die Behandlung von Parodontitispatienten. Dabei basieren sie auf der „neuen” Klassifikation von Parodontalerkrankungen von 2018. Diese kennzeichnet PA-Patienten nach Schweregrad und Ausdehnung der Erkrankung sowie – und das ist kritisch – nach vergangener und angenommener zukünftiger Progression.

Für den letzten und unserer Meinung nach wichtigsten Punkt, die zukünftige Progression der Erkrankung und damit auch die Notwendigkeit, in der Praxis auf diese Patienten besonders Acht zu geben, sind in der Klassifikation nur Rauchen und Diabetes als Faktoren genannt. Allerdings, und dies ist hier wesentlich, schlägt die Klassifikation explizit vor, dass diese Liste durch prädiktive Faktoren ergänzt werden sollte – durch verbesserte Methoden der Analyse von mikrobiellen und/oder Wirtsfaktoren, die verschiedene Progressionsraten kennzeichnen würden.

Da die Wissenschaft sich einig ist, dass Veränderungen des mikrobiellen Gleichgewichtes im Sinne einer Dysbiose Krankheitsprogression und verstärkte Immunantwort als Kardinalsymptome des raschen Fortschreitens der Parodontitis anzeigen, ist der neue Test hervorragend geeignet, um diese diagnostische Lücke zu füllen. Für die spezifische Antwort des Tests läuft derzeit eine longitudinale Kohortenstudie an einer renommierten Universitätsklinik, von der erste Ergebnisse noch vor der nächsten Euro-Perio-Tagung erwartet werden.

Tragen Sie den Empfehlungen der S3-Leitlinie zur Behandlung von Parodontitis Stadium I bis III Rechnung? Diese mahnt zur Zurückhaltung bei Antibiotikagabe aufgrund möglicher Resistenzbildungen und der Nebenwirkungen für den Patienten und setzt damit die Entwicklung der Empfehlungen über die letzten Jahre fort, nach denen die Indikation zur systemischen Antibiose auf einen immer kleineren Patientenkreis eingeschränkt wurde.

Ja, wir setzen die Forderungen der WHO nach einem verantwortungsvollen Antibiotikaeinsatz gezielt um. Was die Empfehlungen der Leitlinie angeht, gehen wir sogar noch einen Schritt weiter. Die unterstützende Gabe von Antibiotika im Rahmen der nicht-chirurgischen PA-Therapie wird nicht ausschließlich am klinischen Bild festgemacht, sondern am tatsächlichen Zustand des oralen Mikrobioms, das ja obligate Entzündungsursache ist.

Eine systemische Antibiose mit dem Winkelhoff-Cocktail wird daher nur für dysbiotische PA-Patienten mit gleichzeitig hoher Progression empfohlen, wobei sich die Wirkstoffwahl eng an der Pathogenität der analysierten Patientenprobe orientiert. So wird diese Empfehlung zur Vermeidung von Überbehandlungen verifiziert, wenn entweder kein Aa oder ein Vertreter des Serotyps a nachgewiesen wurden. Zusätzlich unterstützt der Nachweis von Resistenzgenen gegen üblicherweise im Rahmen der PA-Therapie eingesetzte Antibiotika die Wirkstoffauswahl und optimiert somit den Behandlungserfolg.

Um das Risiko eines Therapieversagens zu minimieren, kann bei Nachweis eines Resistenzgens auf eine Therapie mit dem jeweiligen Wirkstoff verzichtet und ein alternatives Präparat bevorzugt werden. Allerdings gilt es zu berücksichtigen, dass der Nachweis einer genetisch determinierten Resistenz nicht zwangsläufig mit einer phänotypischen Expression einhergehen muss.

PadoBiom® trägt so einerseits dem Risiko-Nutzen-Aspekt einer antibiotischen Unterstützung Rechnung, indem diese nur für Patienten mit hohem Risiko für fulminante Verläufe empfohlen wird. Andererseits wird berücksichtigt, dass die Antibiotikagabe im Rahmen der AIT zu einer deutlichen Verbesserung der Mikrobiom-Struktur in Richtung symbiotischer Verhältnisse beitragen kann [4].

Wie wird der Einfluss der Parodontitistherapie auf ein dysbiotisches Mikrobiom nachverfolgt? Und werden aus Ihrer Sicht zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wenn sich nach Abschluss der Therapie kein Zustand der Eubiose eingestellt hat?

Gemäß einer auf NGS-basierenden Untersuchung des oralen Mikrobioms von Hagenfeld und Kollegen [4] konnte bei Patienten mit Stadium-III/IV-Parodontitis die Richness und Evenness der Subgingivalflora 8 Wochen nach subgingivalem Debridement in Kombination mit dem Winkelhoff-Cocktail signifikant verbessert werden. Diese Tendenz war auch nach ausschließlich mechanischer Therapie zu verzeichnen, wenn auch weniger deutlich. Zudem konnte eine deutliche Reduktion krankheitsassoziierter Bakterienspezies bei gleichzeitiger Zunahme symbiotischer Keime, also eine Verbesserung des Dysbiose-Index, nachgewiesen werden [4].

Grundsätzlich ist also eine positive Entwicklung des oralen Mikrobioms nach Therapie zu erwarten, wobei es sinnvoll ist, den Erfolg der Maßnahmen nach Behandlung zu überprüfen. Sollte keine Verbesserung eingetreten sein, gilt es nach den Ursachen des Misserfolges zu suchen. Diese können beispielsweise in vorliegenden Infektionsketten, persistierenden Keimreservoiren in anatomisch nicht oder nur schwer zugänglichen Bereichen oder fehlender Adhärenz begründet sein.

Welchen Nutzen zeigt der Test im Rahmen der UPT? Gibt es hierzu bereits Ergebnisse aus klinischen Untersuchungen, z.B. bezüglich einer geringeren Rate von Parodontitisrezidiven?

Die AIT mit oder ohne Antibiose stellt die Möglichkeit für ein „Reset“ der subgingivalen Keimflora und somit für eine Reetablierung symbiotischer Verhältnisse dar, in deren Folge schließlich eine Reduktion der Entzündungsreaktion zu erwarten ist. Der mikrobiologische Shift sollte – zusammen mit den klinischen Parametern – im Zuge der UPT regelmäßig kontrolliert werden, um eine potenzielle Reinfektion oder erneute dysbiotische Tendenzen durch geeignete Therapiemaßnahmen frühzeitig aufhalten bzw. abfedern zu können. Klinische Untersuchungen zum Einfluss der Mikrobiomanalyse auf die Rezidivrate im Recall stehen noch aus.

Bei dem neuen Test handelt es sich um eine vom Patienten selbst zu zahlende Leistung, eine Erstattung durch die GKV entfällt und kann ggfs. auch bei privaten Kostenerstattern zu Problemen führen. Mit welchen Argumenten sollte Ihrer Meinung nach den Patienten zur Durchführung des Tests geraten werden?

PadoBiom® stellt einen wichtigen Schritt in Richtung der personalisierten Medizin dar und erlaubt eine gezielte Behandlung auf Basis des individuell vorliegenden Parodontitis- bzw. Progressionsrisikos. Bei Gesunden, aber auch bei Risikopatienten können dysbiotische Tendenzen mithilfe der NGS-Technologie bereits frühzeitig identifiziert werden, bevor klinische Symptome auftreten oder die Erkrankung in einen irreversiblen Zustand übergeht. Langfristig wäre es daher denkbar, PadoBiom® als Kassenleistung in der Vorsorge zu etablieren, um die Prävalenz von Parodontalerkrankungen nachhaltig zu senken – auch gesundheitsökonomisch dürfte das ein interessanter Ansatz sein.

Im Rahmen einer PA-Therapie dient der Test der Verifizierung der Behandlungsplanung und erlaubt eine den mikrobiologischen Verhältnissen angepasste Therapie. Über- oder Unterbehandlungen können vermieden und das Ausmaß ungerechtfertigter Antibiotikaeinsätze reduziert werden. Wünschenswert wäre es, PadoBiom®-Testergebnisse zukünftig als Grundlage für das Grading und damit zur Feststellung des Recallintervalls zu nutzen.

Ist der Test aktuell bereits verfügbar und was kostet er?

Ja. Der Test ist verfügbar und kann unter www.institut-iai.ch bestellt werden. Die Kosten für diese umfangreiche Analyse betragen 98,00 €.

Vielen Dank für die Ausführungen.

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