Streptococcus mutans -Streptococcus mutans

Streptococcus mutans
Streptococcus mutans 01.jpg
Coloração de S. mutans em cultura de caldo de tioglicolato .
Classificação científica editar
Domínio: Bactérias
Filo: Firmicutes
Classe: Bacilli
Pedido: Lactobacillales
Família: Streptococcaceae
Gênero: Estreptococo
Espécies:
S. mutans
Nome binomial
Streptococcus mutans
Clarke 1924

Streptococcus mutans é um anaeróbio facultativamente , bactérias gram-positivas coccus (rodada bactéria ) vulgarmente encontrado no humano cavidade oral e é um contribuinte significativo para a cárie dentária . É parte do " estreptococos " (plural, não-itálico minúsculo), um nome geral informal para todas as espécies do gênero Streptococcus . O micróbio foi descrito pela primeira vez por James Kilian Clarke em 1924.

Essa bactéria, junto com a espécie estreitamente relacionada Streptococcus sobrinus , pode coabitar na boca: ambas contribuem para doenças bucais e o custo de diferenciá-las em testes de laboratório muitas vezes não é clinicamente necessário. Portanto, para fins clínicos, muitas vezes são considerados juntos como um grupo, chamados de estreptococos mutans (plural, não itálico por ser um nome de grupo informal). Esse agrupamento de bactérias semelhantes com tropismo semelhante também pode ser visto nos estreptococos viridans , outro grupo de espécies de Streptococcus .

Ecologia

S. mutans está naturalmente presente na microbiota oral humana, junto com pelo menos 25 outras espécies de estreptococos orais. A taxonomia dessas bactérias permanece provisória. Diferentes áreas da cavidade oral apresentam diferentes nichos ecológicos, e cada espécie possui propriedades específicas para colonizar diferentes sítios bucais. S. mutans é mais prevalente nas fossas e fissuras , constituindo 39% do total de estreptococos na cavidade oral. Poucas bactérias S. mutans são encontradas na superfície bucal (2–9%).

A co-coagregação bacteriano-fúngica pode ajudar a aumentar o potencial cariogênico de S.mutans . Uma relação simbiótica com S.mutans e Candida Albicans leva ao aumento da produção de glucana e ao aumento da formação de biofilme. Isso, portanto, amplifica o efeito cariogênico de S.mutans .

Os estreptococos orais possuem bactérias inofensivas e prejudiciais. No entanto, sob condições especiais, os estreptococos comensais podem se tornar patógenos oportunistas, iniciando doenças e prejudicando o hospedeiro. Desequilíbrios na biota microbiana podem iniciar doenças bucais.

Candida albicans é uma levedura patogênica oportunista que pode ser encontrada na cavidade oral. Sua presença no biofilme promove níveis mais elevados de Streptococcus mutans ao observar cáries na primeira infância. Estimula a formação demicrocolôniasde S. mutans . Isso é obtido por meio de baixas concentrações de metabólitos de reino cruzado, como o farnesol , derivados do biofilme . Foi sugerido que quando ambos os micróbios estão presentes, mais matriz de biofilme é produzida, com uma maior densidade. Quando o farnesol está em alta concentração, ele inibe o crescimento de S. mutans e C. albicans . Isso diminui a patogênese do biofilme e, portanto, seupotencial promotor de cárie . Isso oferece o potencial de um antifúngico a ser usado na prevenção da cárie dentária .

Papel na doença

Cárie dentária

Os primeiros colonizadores da superfície do dente são principalmente Neisseria spp. e estreptococos , incluindo S. mutans . Eles devem suportar as forças de limpeza oral (por exemplo, saliva e os movimentos da língua) e aderir suficientemente aos tecidos duros dentais. O crescimento e o metabolismo dessas espécies pioneiras mudam as condições ambientais locais (por exemplo, Eh, pH, coagregação e disponibilidade de substrato), permitindo assim que organismos mais exigentes colonizem posteriormente, formando placa dentária . Junto com S. sobrinus , S. mutans desempenha um papel importante na cárie dentária, metabolizando a sacarose em ácido láctico . O ambiente ácido criado na boca por esse processo é o que faz com que o esmalte dentário altamente mineralizado seja vulnerável à cárie. S. mutans é um dos poucos organismos especializados equipados com receptores que melhoram a adesão à superfície dos dentes. O S. mutans usa a enzima glucansucrase para converter a sacarose em um polissacarídeo pegajoso, extracelular, à base de dextrana , que permite a coesão , formando placas. S. mutans produz dextrano por meio da enzima dextransucrase (uma hexosiltransferase ) usando sacarose como substrato na seguinte reação:

n sacarose → (glicose) n + n frutose

A sacarose é o único açúcar que as bactérias podem usar para formar esse polissacarídeo pegajoso.

No entanto, outros açúcares - glicose , frutose , lactose - também podem ser digeridos por S. mutans , mas eles produzem ácido láctico como produto final. A combinação de placa bacteriana e ácido leva à cárie dentária. Devido ao papel que o S. mutans desempenha na cárie dentária, muitas tentativas foram feitas para criar uma vacina para o organismo. Até agora, essas vacinas não tiveram sucesso em humanos. Recentemente, proteínas envolvidas na colonização de dentes por S. mutans mostraram produzir anticorpos que inibem o processo cariogênico . Uma molécula recentemente sintetizada na Universidade de Yale e na Universidade do Chile, chamada Keep 32 , supostamente é capaz de matar S. mutans . Outro candidato é um peptídeo denominado C16G2, sintetizado na UCLA.

Acredita-se que o Streptococcus mutans adquiriu o gene que permite a produção de biofilmes por meio da transferência horizontal de genes com outras espécies de bactérias lácticas, como o Lactobacillus .

Vida na cavidade oral

Sobrevivendo na cavidade oral, S. mutans é o principal agente causal e a espécie patogênica responsável pela cárie dentária (cáries ou cáries) especificamente nos estágios de iniciação e desenvolvimento.

A placa dentária , normalmente o precursor da cárie dentária, contém mais de 600 microrganismos diferentes, contribuindo para o ambiente dinâmico geral da cavidade oral, que freqüentemente sofre mudanças rápidas no pH, disponibilidade de nutrientes e tensão de oxigênio. A placa dentária adere aos dentes e consiste em células bacterianas, enquanto a placa é o biofilme na superfície dos dentes. A placa dentária e o S. mutans são freqüentemente expostos a "compostos tóxicos" de produtos de saúde bucal, aditivos alimentares e tabaco.

Enquanto S. mutans cresce no biofilme, as células mantêm um equilíbrio do metabolismo que envolve produção e desintoxicação. Biofilme é um agregado de microrganismos em que as células aderem umas às outras ou a uma superfície. As bactérias na comunidade do biofilme podem gerar vários compostos tóxicos que interferem no crescimento de outras bactérias concorrentes.

S. mutans ao longo do tempo desenvolveu estratégias para colonizar com sucesso e manter uma presença dominante na cavidade oral. O biofilme oral é continuamente desafiado por mudanças nas condições ambientais. Em resposta a essas mudanças, a comunidade bacteriana evoluiu com membros individuais e suas funções específicas para sobreviver na cavidade oral. S. mutans foi capaz de evoluir de condições limitantes de nutrição para se proteger em condições extremas. Os estreptococos representam 20% das bactérias orais e realmente determinam o desenvolvimento dos biofilmes. Embora S. mutans possa ser antagonizado por colonizadores pioneiros, uma vez que eles se tornam dominantes no biofilme oral, a cárie dentária pode se desenvolver e prosperar.

Potencial cariogênico

O agente causador da cárie dentária está associado à sua capacidade de metabolizar vários açúcares, formar um biofilme robusto, produzir uma quantidade abundante de ácido lático e prosperar no ambiente ácido que gera. Um estudo sobre o pH da placa indicou que o pH crítico para o aumento da desmineralização dos tecidos duros dentais (esmalte e dentina) é de 5,5. A curva de Stephan ilustra a rapidez com que o pH da placa pode cair abaixo de 5,5 após um lanche ou refeição.

A cárie dentária é uma doença bucal relacionada ao biofilme dental associada ao aumento do consumo de açúcar na dieta e carboidratos fermentáveis. Quando os biofilmes dentais permanecem nas superfícies dos dentes, junto com a exposição frequente a açúcares, as bactérias acidogênicas (membros dos biofilmes dentais) metabolizam os açúcares em ácidos orgânicos. A cárie dentária não tratada é a doença mais comum que afeta os seres humanos em todo o mundo . A persistência dessa condição ácida estimula a proliferação de bactérias acidogênicas e acidúricas como resultado de sua capacidade de sobreviver em um ambiente de baixo pH. O ambiente de baixo pH na matriz do biofilme corrói a superfície dos dentes e inicia a "iniciação" da cárie dentária. Streptococcus mutans é uma bactéria prevalente no meio bucal e considerada um microrganismo vital que contribui para esta iniciação. S. mutans prospera em condições ácidas, tornando-se a principal bactéria em culturas com pH permanentemente reduzido . Se a aderência de S. mutans à superfície dos dentes ou a capacidade fisiológica (acidez e aciduricidade) de S. mutans em biofilmes dentais puder ser reduzida ou eliminada, o potencial de acidificação de biofilmes dentais e posteriores formações cavitárias pode ser diminuído.

Idealmente, podemos impedir o desenvolvimento de várias lesões iniciais além do estágio de mancha branca. Uma vez além daqui, a superfície do esmalte é irreversivelmente danificada e não pode ser reparada biologicamente. Em crianças pequenas, a dor de uma lesão cariosa pode ser bastante angustiante e o tratamento restaurador pode causar o desenvolvimento de uma ansiedade dentária precoce. A ansiedade odontológica tem efeitos colaterais tanto para os profissionais de odontologia quanto para os pacientes. O planejamento do tratamento e, portanto, o sucesso do tratamento podem ser comprometidos. A equipe odontológica pode ficar estressada e frustrada ao trabalhar com crianças ansiosas. Isso pode comprometer seu relacionamento com a criança e seus pais. Estudos demonstraram que existe um ciclo em que pacientes com ansiedade dentária evitam cuidar da saúde de seus tecidos orais. Eles às vezes podem evitar a higiene bucal e tentarão evitar procurar atendimento odontológico até que a dor seja insuportável.

A suscetibilidade à doença varia entre os indivíduos e mecanismos imunológicos têm sido propostos para conferir proteção ou suscetibilidade à doença. Esses mecanismos ainda não foram totalmente elucidados, mas parece que, embora as células apresentadoras de antígenos sejam ativadas por S. mutans in vitro , elas não respondem in vivo . A tolerância imunológica a S. mutans na superfície da mucosa pode tornar os indivíduos mais propensos à colonização por S. mutans e, portanto, aumentar a suscetibilidade à cárie dentária.

Em crianças

S. mutans é frequentemente adquirido na cavidade oral após a erupção do dente, mas também foi detectado na cavidade oral de crianças predadas. Geralmente, mas não exclusivamente, é transmitido por transmissão vertical do cuidador (geralmente a mãe) para o filho. Isso também pode acontecer comumente quando os pais colocam os lábios na mamadeira da criança para prová-la ou para limpar a chupeta da criança e, em seguida, a coloca na boca da criança.

Doença cardiovascular

O S. mutans está implicado na patogênese de algumas doenças cardiovasculares, sendo a espécie bacteriana mais prevalente detectada em tecidos valvares extirpados, bem como em placas de ateroma , com incidência de 68,6% e 74,1%, respectivamente. Streptococcus sanguinis , intimamente relacionado ao S. mutans e também encontrado na cavidade oral, demonstrou causar endocardite infecciosa.

Streptococcus mutans tem sido associado a bacteriemia e endocardite infecciosa (EI). A EI é dividida em formas agudas e subagudas, e a bactéria é isolada em casos subagudos. Os sintomas comuns são: febre, calafrios, suores, anorexia, perda de peso e mal-estar.

S. mutans foi classificado em quatro sorotipos; c, e, f e k. A classificação dos serotipos é elaborada a partir da composição química dos polímeros de ramnose-glicose específicos do serótipo. Por exemplo, o sorotipo k inicialmente encontrado em isolados de sangue tem uma grande redução das cadeias laterais de glicose ligadas à estrutura ramnose. S. mutans tem os seguintes antígenos de proteína de superfície: glicosiltransferases, antígeno de proteína e proteínas de ligação a glucana. Se esses antígenos de proteína de superfície não estiverem presentes, a bactéria é um mutante com defeito no antígeno de proteína com a menor suscetibilidade à fagocitose, causando, portanto, o menor dano às células.

Além disso, experimentos com ratos mostraram que a infecção com tais mutantes de estreptococos defeituosos ( cepas de S. mutans sem glicosiltransferases isoladas de uma válvula cardíaca destruída de um paciente com endocardite infecciosa) resultou em uma duração mais longa de bacteriemia. Os resultados demonstram que a virulência da endocardite infecciosa causada por S. mutans está ligada aos componentes específicos da superfície celular presentes.

Além disso, o DNA de S. mutans foi encontrado em amostras cardiovasculares em uma proporção mais alta do que outras bactérias periodontais. Isso destaca seu possível envolvimento em uma variedade de tipos de doenças cardiovasculares, não apenas confinadas à bacteremia e endocardite infecciosa.

Prevenção e tratamento

A prática de uma boa higiene oral, incluindo escovação diária, uso do fio dental e o uso de enxaguatório bucal adequado, pode reduzir significativamente o número de bactérias orais, incluindo S. mutans, e inibir sua proliferação. S. mutans geralmente vive na placa dentária , portanto, a remoção mecânica da placa é uma forma eficaz de se livrar deles. A melhor técnica de escovação para reduzir o acúmulo de placa bacteriana, diminuindo o risco de cárie, é a técnica de Bass modificada. Escovar duas vezes ao dia pode ajudar a diminuir o risco de cárie. No entanto, existem alguns remédios usados ​​no tratamento de infecções bacterianas orais, em conjunto com a limpeza mecânica. Isso inclui o flúor , que tem um efeito inibitório direto sobre a enzima enolase , assim como a clorexidina , que presumivelmente age interferindo na aderência bacteriana.

Além disso, os íons de flúor podem ser prejudiciais ao metabolismo das células bacterianas. O flúor inibe diretamente as enzimas glicolíticas e H + ATPases. Os íons de flúor também reduzem o pH do citoplasma. Isso significa que haverá menos produção de ácido durante a glicólise bacteriana. Portanto, enxaguatórios bucais com flúor, cremes dentais, géis e vernizes podem ajudar a reduzir a prevalência de cárie. No entanto, os resultados das investigações sobre o efeito do verniz contendo flúor no nível de Streptococcus mutans no ambiente oral em crianças sugerem que a redução da cárie não pode ser explicada por uma redução no nível de Streptococcus mutans na saliva ou na placa dentária. O tratamento com verniz fluoretado com ou sem higiene dental prévia não tem efeito significativo na placa e nos níveis salivares de S. mutans .

S. mutans secreta glucosiltransferase em sua parede celular, o que permite que a bactéria produza polissacarídeos a partir da sacarose. Esses polissacarídeos pegajosos são responsáveis ​​pela capacidade da bactéria de se agregar e aderir ao esmalte do dente, ou seja, formar biofilmes . O uso de imunoglobulina Y anti-glucosiltransferase associada a células (Anti-CA-gtf) interrompe a capacidade de S. mutans de aderir ao esmalte dos dentes, impedindo-o de se reproduzir. Estudos demonstraram que o Anti-CA-gtf IgY é capaz de suprimir de forma efetiva e específica o S. mutans na cavidade oral.

Outras medidas preventivas comuns centram-se na redução da ingestão de açúcar. Uma maneira de fazer isso é com substituições de açúcar, como xilitol ou eritritol, que não podem ser metabolizados em açúcares que normalmente aumentam o crescimento de S. mutans . A molécula xilitol, um açúcar de 5 carbonos, interrompe a produção de energia de S.mutans, formando um intermediário tóxico durante a glicólise. Vários outros remédios naturais foram sugeridos ou estudados até certo ponto, incluindo extrato de raiz de alcaçuz deglicirrizinado , óleo da árvore do chá , macelignan (encontrado na noz-moscada ), curcuminóides (os principais componentes da cúrcuma ) e eugenol (encontrado nas folhas de louro, folhas de canela e cravo). Além disso, vários chás foram testados quanto à atividade contra S. mutans e outros benefícios odontológicos. No entanto, nenhum desses remédios foi submetido a testes clínicos ou são recomendados pelos principais grupos de saúde bucal para tratar S. mutans .

A adição de grânulos de vidro bioativos aos compósitos dentais reduz a penetração de Streptococcus mutans nas lacunas marginais entre o dente e o compósito. Possuem propriedades antimicrobianas, reduzindo a penetração bacteriana. Isso diminui o risco de desenvolvimento de cárie secundária, uma razão comum para o fracasso das restaurações dentárias . Isso significa que a longevidade e a eficácia das restaurações de resina composta podem ser melhoradas.

Sobrevivência em condições estressantes

As condições da cavidade oral são diversas e complexas, mudando frequentemente de um extremo a outro. Assim, para sobreviver na cavidade oral, S. mutans deve tolerar flutuações ambientais agressivas rapidamente e a exposição a vários agentes antimicrobianos para sobreviver. A transformação é uma adaptação bacteriana que envolve a transferência de DNA de uma bactéria para outra através do meio circundante. A transformação é uma forma primitiva de reprodução sexual . Para uma bactéria se ligar, absorver e recombinar o DNA exógeno em seu cromossomo, ela deve entrar em um estado fisiológico especial denominado "competência" . Em S. mutans , um sistema de sinalização de peptídeo feromônio quorum-sensing controla a competência genética. Este sistema funciona perfeitamente quando as células de S. mutans estão em biofilmes aglomerados. As células de S. mutans que crescem em um biofilme são transformadas a uma taxa de 10 a 600 vezes maior do que as células isoladas que crescem em condições sem aglomeração (células planctônicas). A indução de competência parece ser uma adaptação para reparar danos ao DNA causados ​​por condições de superlotação e estresse.

Saber sobre o sensor de quorum dá origem ao desenvolvimento potencial de drogas e terapias. Os peptídeos de detecção de quorum também podem ser manipulados para causar suicídio. Além disso, o quenching quorum-sensing pode levar à prevenção da resistência aos antibióticos.

Evolução

Três características principais evoluíram em S. mutans e aumentaram sua virulência, aumentando sua adaptabilidade à cavidade oral: aumento da produção de ácido orgânico, a capacidade de formar biofilmes nas superfícies duras dos dentes e a capacidade de sobreviver e prosperar em um baixo pH ambiente.

Durante sua evolução, o S. mutans adquiriu a capacidade de aumentar a quantidade de carboidratos que poderia metabolizar e, conseqüentemente, mais ácido orgânico foi produzido como subproduto. Isso é significativo na formação de cárie dentária, pois o aumento da acidez na cavidade oral amplifica a taxa de desmineralização do dente, o que leva a lesões de cárie. Pensa-se que a característica evoluiu em S. mutans via transferência lateral de genes com outra espécie bacteriana presente na cavidade oral. Existem vários genes, SMU.438 e SMU.1561, envolvidos no metabolismo de carboidratos que são regulados positivamente em S. mutans . Esses genes possivelmente se originaram de Lactococcus lactis e S. gallolyticus , respectivamente.

Outro exemplo de transferência lateral de genes é responsável pela aquisição do gene da glicosiltransferase (GTF) por S. mutans . Os genes GTF encontrados em S. mutans provavelmente são derivados de outras bactérias anaeróbias encontradas na cavidade oral, como Lactobacillus ou Leuconostoc . Além disso, os genes GTF em S. mutans apresentam homologia com genes semelhantes encontrados em Lactobacillus e Leuconostoc . Acredita-se que o gene ancestral comum tenha sido usado para hidrólise e ligação de carboidratos.

A terceira característica que evoluiu em S. mutans é sua capacidade de não apenas sobreviver, mas também prosperar em condições ácidas. Esta característica dá ao S. mutans uma vantagem seletiva sobre outros membros da microbiota oral. Como resultado, S. mutans poderia vencer outras espécies e ocupar regiões adicionais da boca, como placas dentais avançadas , que podem ser tão ácidas quanto pH 4,0. A seleção natural é provavelmente o mecanismo evolutivo primário responsável por essa característica.

Ao discutir a evolução de S. mutans , é imperativo incluir o papel que os humanos desempenharam e a coevolução que ocorreu entre as duas espécies. À medida que os humanos evoluíram antropologicamente, as bactérias evoluíram biologicamente. É amplamente aceito que o advento da agricultura nas primeiras populações humanas forneceu as condições necessárias para o S. mutans evoluir para a bactéria virulenta que é hoje. A agricultura introduziu alimentos fermentados, bem como alimentos mais ricos em carboidratos, nas dietas das populações humanas históricas. Esses novos alimentos introduziram novas bactérias na cavidade oral e criaram novas condições ambientais. Por exemplo, Lactobacillus ou Leuconostoc são normalmente encontrados em alimentos como iogurte e vinho. Além disso, consumir mais carboidratos aumentou a quantidade de açúcares disponíveis para o S. mutans para o metabolismo e diminuiu o pH da cavidade oral. Este novo habitat ácido selecionaria as bactérias que poderiam sobreviver e se reproduzir em um pH mais baixo.

Outra mudança significativa no meio bucal ocorreu durante a Revolução Industrial . O refinamento e a fabricação mais eficientes de alimentos aumentaram a disponibilidade e a quantidade de sacarose consumida pelos humanos. Isso forneceu ao S. mutans mais recursos energéticos e, portanto, exacerbou uma taxa já crescente de cárie dentária. O açúcar refinado é sacarose pura, o único açúcar que pode ser convertido em glucanas pegajosas, permitindo que as bactérias formem uma placa espessa e fortemente aderente.

Veja também

Referências

links externos