JIDAM 
“An Official Journal of IDA - Madras 
Branch”©2020. 
Available online 

   SHORT COMMUNICATION 

ULTRASMALL BACTERIA AND 

PERIODONTITIS – THE NOVEL LINK 

Dr. Balaji Ganesh S 

Department of Periodontics, Saveetha Dental College and Hospital, 

Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences, 

Saveetha University, Chennai, Tamil Nadu, India 

Address for Correspondence: 

Dr. Balaji Ganesh. S., MDS., 
Senior lecturer, Department of 
Periodontics, 
Saveetha Dental College and Hospital, 
Saveetha Institute of Medical and 
Technical Sciences, 
Saveetha University, Chennai - 
600077, Tamil Nadu, India 
Email id: balajiganeshs.sdc@ 
saveetha.com 

Received 

: 30.08.2020 

Accepted 

: 09.09.2020 

Published 

: 27.09.2020 

ABSTRACT

 

Periodontal  diseases  are  triggered  by an  interaction 

between  bacterial  components of tooth  associated  biofilms  and 

host  immune  response  mechanisms.  Candidate  phyla radiation 

(CPR)  bacterial  group  is a  recently  identified,  but highly  

diverse  and  abundant  group  of ultrasmall  bacteria.  CPR  group 

includes  Absconditabacteria  (SR1),   Gracilibacteria   (GN02) 

and Saccharibacteria (TM7). Real time PCR and metagenomics 

based techniques are also employed to detect CPR species. TM7 

organisms  has  been  detected  in  periodontitis  patients,  HIV- 

positive  patients  with  necrotizing  ulcerative  periodontitis, 

smokers with periodontitis, aggressive periodontitis cases and in 

mature  plaque  samples  procured  from  orthodontic  treatment 

undergoing  individuals.  It  is found  that TM7  isolate  grow  as 

short rods or cocci 

in dual-species 

biofilms 

with 

Porphyromonas  gingivalis, Prevotella  intermedia, Parvimonas 

micra  or Streptococcus  gordonii. The  positive  association  of 

ultrasmall  bacteria  or CPR  microorganisms  with  periodontal 

diseases spotlights the capacity of ultrasmall bacteria to modulate 

the  immune  response.  The  CPR  microbiome  is enriched  with 

virulence factors and is adapted to a parasitic lifestyle that leads 

to disrupted  host  homeostasis.  This makes  the  individual 

susceptible to periodontal tissue destruction. In future, we should 

instigate  researches  to know  more  about  the  actions  and 

properties  of  ultrasmall  bacteria  and  their  association  with 

periodontal diseases. 

KEYWORDS: 

ultrasmall  bacteria,  periodontitis,  Candidate 

Phyla Radiation (CPR) group, periodontal microbiology 

124

JIDAM/Chennai/Volume:7/Issue:3/Pages 

124 - 127/ July-Sep 2020 

To access & cite this article

 

Website: jidam.idamadras.com 

DOI:1.37841/jidam_2020_V7_I3_09

Balaji et al : The Novel Link of Ultrasmall Bacteria and Periodontitis 

INTRODUCTION

: 

Periodontal diseases are inflammatory and 

destructive in nature; it affects the supporting tissues 
of teeth and ultimately leads to tooth loss if untreated 
and  neglected.  It  is  triggered  by  an  interaction 
between  bacterial  components  of  tooth  associated 
biofilms  and  host  immune  response  mechanisms. 
Although it is multifactorial, specific gram-negative 
microorganisms  in  the  subgingival  plaque  biofilm 
play  a  prime  role  in  the  initiation  and  progression  
of  periodontitis.  Red  complex  group  of  pathogens 
such  as  Porphyromonas  gingivalis,  Treponema 
denticola  and  Tannerella  forsythia  form  an  alliance 
in  the  subgingival  biofilm  and  are    considered    as 
the  prime  periodontopathogenic  bacteria

1

.  Bacteria 

exert  pathogenic  effects  on  the  host  directly  by 
causing  connective  tissue  destruction  through 
various virulence factors or indirectly by triggering 
and modulating the host responses.  Viruses  such as 
herpes, cytomegalo, epstein barr and their association 
in the pathogenesis of periodontitis has already been 
explored in various studies. Viral infections generally 
diminishes  the  periodontal  defenses,  thereby 
allowing  the  subgingival  overgrowth  of  various 
putative  periodontopathic  bacteria.  Oral  cavity  also 
harbours certain ultrasmall bacteria which belongs to 
the  newly  identified  and  classified  candidate  phyla 
radiation  (CPR)  group

2

.  This  short  communication 

deals with the association between ultrasmall bacteria 
and periodontitis. 

CANDIDATE PHYLA RADIATION (CPR) 
GROUP:

 

CPR  comprises  of  a  group  of  ultrasmall 

bacteria  with  about  15%  of  all  bacterial  diversity. 
CPR  consists  of  over  70  different  phyla  and  two 
superphyla  (Parcubacteria  and  Microgenomates). 
They are recently reported  expansion  of  the  tree 
of  life  with  broad  phylogenetic  variation.  CPR 
members have certain characteristics which includes 
inadequate biosynthetic capabilities such as they lack 
the  ability  to  produce  lipids,  amino  acids,  certain 
conserved genes

3

. They are obligate fermenters with 

the  complete  absence  of  respiratory  genes.  But, 
members of the parcubacteria with new genomes were 
found to be involved in hydroxylamine oxidation and 
nitrate  reduction  to  ammonia.  CPR  group  includes 
Absconditabacteria  (SR1),  Gracilibacteria  (GN02) 
and Saccharibacteria (TM7) 

4

. 

DETECTION OF CPR GROUP BACTERIA:

 

CPR  microorganisms  are  little  difficult  to 

cultivate  and  detect  with  PCR  based  methods 
because  of  divergent  genetic  sequences.  16S  rRNA 
gene-based  identification  is  not  sufficient  for  the 
classification  of  CPR  microorganisms  because  of 
the divergence of CPR 16S rRNA sequences and the 
inadequacy of PCR primers commonly used for gene 
amplification.  However,  real  time  PCR  has  been 
used in some studies to detect CPR

5

. Metagenomics 

is  a  shotgun  sequencing-based  DNA  sequencing 
methodology  in  which  DNA  isolated  directly  from 
the environment is sequenced and the reconstructed 
genome  fragments  are  assigned  to  draft  genomes. 
Metagenomics  based  techniques  are  also  employed 
to detect CPR species

6

. 

EVIDENCES 

LINKING 

CPR 

WITH 

PERIODONTITIS:

 

A number of studies have reported about the 

CPR microorganisms and their potential pathogenic 
associations  in  multiple  mucosal  diseases  including 
inflammatory  bowel  disease,  periodontitis  and 
halitosis. A study which involved sequencing of the 
16S rRNA gene from 15 subgingival plaque samples 
from  both  healthy  and  periodontitis  individuals 
concluded that TM7 organism were found to be 1% 
in  healthy  and  it  increased  to  21%  in  periodontitis 
patients

7

.  Furthermore,  diseased  samples  shared  a 

common structure that was not found in completely 
healthy  samples,  suggesting  that  the  disease  state 
may  occupy  a  narrow  region  within  the  space  of 
possible  configurations  of  the  oral    microbiome.  
The analysis of the TM7 and Actinomyces genomes 
showed  recombination  events  possibly  linked  with 
virulence  factors

8

.  Lateral  transfer  of  virulence 

determinants occurs through phages. This leads to a 
partial  separation  between  function  and  phylogeny 
thus,  suggesting  the  need  for  metagenomic  and 
functional  analysis  as  a  complement  to  taxonomic 
surveys  of  host  associated  microbiota.  Thus,  whole 
metagenome  sequencing  techniques  helps  in 
characterizing  the  genomes  of  prime  players  in  the 
oral  and  periodontal  microbiome.  In  another  study, 
sequence  and  checkerboard  analysis  of  subgingival 
plaque  samples  from  8  HIV-positive  patients  with 
necrotizing  ulcerative  periodontitis  was  done.  They 
concluded that one of the most commonly  detected 
organisms were those belonging to the phylum TM7

9

. 

125

JIDAM/Chennai/Volume:7/Issue:3/Pages 124 - 127/ July-Sep 2020 

Balaji et al : The Novel Link of Ultrasmall Bacteria and Periodontitis 

Subgingival plaque samples from 82 patients 

which  included  non-smoking  periodontally  healthy 
control  group,  non-smokers  with  periodontitis  and 
smokers with  periodontitis  was  analyzed in  a study 
through  16S  pyrosequencing,  in  which  TM7  was 
detected  in  both  smokers  and  nonsmokers  with 
periodontitis

10

.  Another  study  investigated  the 

presence  of  TM7  bacteria  by  real  time  quantitative 
PCR in human subgingival plaque samples obtained 
from  healthy  volunteers  and  periodontitis  cases 
which was divided into 3 groups as mild, moderate 
and  severe.  TM7  rDNA  was  identified  in  96%  of 
the  samples.  TM7  bacteria  was  detected  higher  in 
mild  periodontitis  sites  when  compared  to  healthy 
and severe periodontitis sites

11

. In a pilot study, 

18  patients  who  were  previously  diagnosed  and 
underwent  treatment  for  aggressive  periodontitis 
were  selected.  Plaque  samples  were  collected  from 
healthy periodontal sites, residual periodontal pocket 
sites,  healthy  implant  sites,  perimucositis  sites  and 
periimplantitis  sites.  Out  of  which,  TM7  phylum 
organisms was detected only in residual periodontal 
pocket sites

12

. TM7 organism have a parasitic lifestyle 

marked by the long term stable infection of bacterial 
hosts

13

. Candidate division TM7 bacterial phylotypes 

are  also  found  in  mature  plaque  samples  procured 
from  orthodontic  bands  of  orthodontic  treatment 
undergoing individuals. It is found that TM7 isolate 
grow as short rods or cocci in dual-species biofilms 
with 

Porphyromonas 

gingivalis, 

Prevotella 

intermedia,  Parvimonas  micra  or  Streptococcus 
gordonii. This clearly shows that TM7 organisms has 
the capacity to modulate biofilm growth of other oral 
bacteria to form biofilms with a range of different oral 
bacterial  species  and  to  be  itself  growth  modulated 
by these species

4

. This interaction could enhance the 

development  of  a  disease  associated  oral  microbial 
community, thereby leading to the inflammatory and 
destructive changes of gingiva and periodontium. 

CONCLUSION:

 

The  positive  association  of  ultrasmall  bacteria 

or  CPR  microorganisms  with  periodontal  diseases 
spotlights  the  capacity  of  ultrasmall  bacteria  to 
modulate the immune response. The CPR microbiome 
is enriched with virulence factors and is  adapted to 
a  parasitic  lifestyle  that  leads  to  disrupted  host 
homeostasis. This makes the individual susceptible to 
periodontal tissue destruction. The future is exciting 
for researchers in the field of periodontal diagnostics 

with the unraveling of the actions and properties of 
novel periodontal pathogens like ultrasmall bacteria. 

FINANCIALSUPPORTANDSPONSORSHIP:

 

Nil 

CONFLICTS OF INTEREST:

 

There are no conflicts of interest. 

REFERENCES:

 

1.

Page RC and Kornman KS. The pathogenesis
of  human  periodontitis:  An  introduction.
Periodontol 2000 1997; 14: 9-11.

2.

Hug LA, Baker BJ, Anantharaman K, Brown
CT, Probst AJ, Castelle CJ et al. A new view of
the tree of life. Nat Microbiol 2016;1:16048.

3.

Attar  N.  Bacterial  evolution:  CPR  breathes
new air into the tree of life. Nat Rev Microbiol
2016; 14(6):332–3.

4.

Bor B, Bedree JK, Shi W, McLean JS, He X.
Saccharibacteria  (TM7)  in  the  Human  Oral
Microbiome. J Dent Res 2019;98(5):500-509.

5.

Soro V, Dutton LC, Sprague SV, Nobbs AH,
Ireland AJ, Sandy JR et al. Axenic culture of
a candidate division TM7 bacterium from the
human  oral  cavity  and  biofilm  interactions
with  other  oral  bacteria.  Appl  Environ
Microbiol 2014;80(20):6480-6489.

6.

Bikel  S,  Valdez-Lara  A,    Cornejo-Granados
F,  Rico  K,  Canizales-Quinteros  S,  Soberón,
X 

et 

al. 

Combining 

metagenomics,

metatranscriptomics  and  viromics  to  explore
novel  microbial  interactions:  towards  a
systems-level 

understanding 

of 

human

microbiome.  Comput  Struct  Biotechnol  J
2015;13:390-401.

7.

Liu  B,  Faller  LL,    Klitgord    N,    Mazumdar
V,  Ghodsi  M,  Sommer  DD  et  al.  Deep
sequencing  of  the  oral  microbiome  reveals
signatures  of  periodontal  disease.  PLoS  One
2012;7(6):e37919.

8.

He X, McLean JS, Edlund A, Yooseph S, Hall
AP,  Liu  SY  et  al.  Cultivation  of  a  human- 
associated TM7 phylotype reveals  a reduced
genome and epibiotic parasitic lifestyle. Proc
Natl Acad Sci U S A 2015;112(1):244-249.

126

JIDAM/Chennai/Volume:7/Issue:3/Pages 124 - 127/ July-Sep 2020 

Balaji et al : The Novel Link of Ultrasmall Bacteria and Periodontitis 

9.

Paster BJ, Russell MK, Alpagot T, Lee AM,
Boches SK, Galvin JL et al. Bacterial diversity
in  necrotizing  ulcerative  periodontitis  in
HIV-positive  subjects.  Ann  Periodontol
2002;7(1):8-16.

10.

Camelo-Castillo  AJ,  Mira  A,  Pico  A,  Nibali
L, Henderson B, Donos N et al. Subgingival
microbiota in health compared to periodontitis
and the influence of smoking. Front Microbiol
2015;6:119.

11.

Brinig MM, Lepp PW, Ouverney CC,Armitage
GC,  Relman  DA.  Prevalence  of  bacteria  of
division  TM7  in  human  subgingival  plaque
and  their  association  with  disease.  Appl
Environ Microbiol 2003;69(3):1687-1694.

12.

Sousa V, Nibali L, Spratt D, Dopico J, Mardas
N, Petrie A et al. Peri-implant and periodontal
microbiome 

diversity 

in 

aggressive

periodontitis patients: a pilot study. Clin Oral
Implants Res 2017;28(5):558-570.

13.

Bor B, McLean JS, Foster KR, Cen L, To TT,
Serrato-Guillen  A  et  al.  Rapid  evolution  of
decreased  host  susceptibility  drives  a  stable
relationship  between  ultrasmall  parasite
TM7x and its bacterial host. Proc Natl Acad
Sci U S A 2018;115(48):12277-12282.

127

JIDAM/Chennai/Volume:7/Issue:3/Pages 124 - 127/ July-Sep 2020