Streptococcus mutans es un coco ( bacteria redonda) grampositivo , anaeróbico facultativo , que se encuentra comúnmente en la cavidad oral humana y es un contribuyente significativo a la caries dental . [1] [2] El microbio fue descrito por primera vez por James Kilian Clarke en 1924. [3]
Esta bacteria, junto con la especie estrechamente relacionada Streptococcus sobrinus , puede cohabitar en la boca: ambas contribuyen a la enfermedad bucal y el gasto que supone diferenciarlas en pruebas de laboratorio a menudo no es necesario desde el punto de vista clínico. Por lo tanto, para fines clínicos, a menudo se las considera juntas como un grupo, llamado estreptococos mutans . [4] Esta agrupación de bacterias similares con tropismo similar también se puede ver en los estreptococos viridans , de los que Streptococcus mutans también es miembro. [5]
S. mutans está presente de forma natural en la microbiota bucal humana, junto con al menos otras 25 especies de estreptococos bucales. La taxonomía de estas bacterias sigue siendo provisional. [6] Diferentes áreas de la cavidad bucal presentan diferentes nichos ecológicos, y cada especie tiene propiedades específicas para colonizar diferentes sitios bucales. S. mutans es más frecuente en las fosas y fisuras , constituyendo el 39% del total de estreptococos en la cavidad bucal. Se encuentran menos bacterias S. mutans en la superficie bucal (2-9%). [7]
La co-coagregación bacteriana-fúngica puede ayudar a aumentar el potencial cariogénico de S. mutans . Una relación simbiótica con S. mutans y Candida albicans conduce a una mayor producción de glucano y una mayor formación de biopelículas. Esto, por lo tanto, amplifica el efecto cariogénico de S. mutans . [8]
Los estreptococos orales comprenden bacterias inofensivas y dañinas. Sin embargo, en condiciones especiales, los estreptococos comensales pueden convertirse en patógenos oportunistas, iniciando enfermedades y dañando al huésped. Los desequilibrios en la biota microbiana pueden iniciar enfermedades orales. [ cita requerida ]
C. albicans es una levadura patógena oportunista que se puede encontrar dentro de la cavidad oral. [9] Su presencia en la biopelícula promueve niveles más altos de S. mutans cuando se observan caries de la primera infancia . [9] Estimula la formación de microcolonias de S. mutans . [9] Esto se logra a través de bajas concentraciones de metabolitos entre reinos, como el farnesol , derivados de la biopelícula . [9] Se ha sugerido que cuando ambos microbios están presentes, se produce más matriz de biopelícula, con una mayor densidad. [9] Cuando el farnesol está en alta concentración, inhibe el crecimiento tanto de S. mutans como de C. albicans . [9] Esto disminuye la patogénesis de la biopelícula y, por lo tanto, su potencial promotor de caries . [9] Esto ofrece el potencial para que un antifúngico se use en la prevención de la caries dental . [9]
Los primeros colonizadores de la superficie dental son principalmente Neisseria spp. y estreptococos , incluido S. mutans . Deben resistir las fuerzas de limpieza oral (p. ej., saliva y movimientos de la lengua) y adherirse lo suficiente a los tejidos duros dentales. El crecimiento y el metabolismo de estas especies pioneras cambian las condiciones ambientales locales (p. ej., Eh, pH, coagregación y disponibilidad de sustrato), lo que permite que organismos más exigentes colonicen aún más después de ellos, formando placa dental . [10] Junto con S. sobrinus , S. mutans juega un papel importante en la caries dental, metabolizando la sacarosa en ácido láctico . [2] [11] El entorno ácido creado en la boca por este proceso es lo que hace que el esmalte dental altamente mineralizado sea vulnerable a la caries. S. mutans es uno de los pocos organismos especializados equipados con receptores que mejoran la adhesión a la superficie de los dientes. S. mutans utiliza la enzima glucanosucrasa para convertir la sacarosa en un polisacárido extracelular pegajoso basado en dextrano que les permite unirse y formar placa. S. mutans produce dextrano a través de la enzima dextransucrasa (una hexosiltransferasa ) utilizando sacarosa como sustrato en la siguiente reacción:
La sacarosa es el único azúcar que las bacterias pueden utilizar para formar este polisacárido pegajoso. [1]
Sin embargo, otros azúcares ( glucosa , fructosa , lactosa ) también pueden ser digeridos por S. mutans , pero producen ácido láctico como producto final. La combinación de placa y ácido conduce a la caries dental. [12] Debido al papel que desempeña S. mutans en la caries dental, se han hecho muchos intentos para crear una vacuna para el organismo. Hasta ahora, tales vacunas no han tenido éxito en humanos. [13] Recientemente, se ha demostrado que las proteínas involucradas en la colonización de los dientes por S. mutans producen anticuerpos que inhiben el proceso cariogénico . [14] Se supone que una molécula sintetizada recientemente en la Universidad de Yale y la Universidad de Chile, llamada Keep 32, puede matar a S. mutans . Otro candidato es un péptido llamado C16G2, sintetizado en UCLA. [ cita requerida ]
Se cree que Streptococcus mutans adquirió el gen que le permite producir biopelículas a través de la transferencia horizontal de genes con otras especies de bacterias del ácido láctico, como Lactobacillus . [15]
S. mutans, que sobrevive en la cavidad oral, es el principal agente causal y la especie patógena responsable de la caries dental (caries o cavidades) específicamente en las etapas de iniciación y desarrollo. [16] [17]
La placa dental , que suele ser el precursor de la caries dental, contiene más de 600 microorganismos diferentes que contribuyen al entorno dinámico general de la cavidad bucal, que con frecuencia sufre cambios rápidos de pH, disponibilidad de nutrientes y tensión de oxígeno. La placa dental se adhiere a los dientes y está formada por células bacterianas, mientras que la placa es la biopelícula que se encuentra sobre las superficies de los dientes. La placa dental y S. mutans con frecuencia están expuestas a "compuestos tóxicos" de productos para el cuidado bucal, aditivos alimentarios y tabaco. [ cita requerida ]
Mientras S. mutans crece en la biopelícula, las células mantienen un equilibrio metabólico que implica producción y desintoxicación. La biopelícula es un agregado de microorganismos en el que las células se adhieren entre sí o a una superficie. Las bacterias en la comunidad de la biopelícula pueden generar diversos compuestos tóxicos que interfieren con el crecimiento de otras bacterias competidoras. [ cita requerida ]
Con el tiempo, S. mutans ha desarrollado estrategias para colonizar con éxito y mantener una presencia dominante en la cavidad oral. La biopelícula oral se ve continuamente desafiada por los cambios en las condiciones ambientales. En respuesta a dichos cambios, la comunidad bacteriana evolucionó con miembros individuales y sus funciones específicas para sobrevivir en la cavidad oral. S. mutans ha podido evolucionar desde condiciones que limitaban la nutrición para protegerse en condiciones extremas. [18] Los estreptococos representan el 20% de las bacterias orales y, de hecho, determinan el desarrollo de las biopelículas. Aunque S. mutans puede ser antagonizado por colonizadores pioneros, una vez que se vuelven dominantes en las biopelículas orales, la caries dental puede desarrollarse y prosperar. [18]
El agente causal de la caries dental está asociado con su capacidad para metabolizar diversos azúcares, formar una biopelícula robusta, producir una cantidad abundante de ácido láctico y prosperar en el ambiente ácido que genera. [19] Un estudio sobre el pH de la placa indicó que el pH crítico para una mayor desmineralización de los tejidos duros dentales (esmalte y dentina) es 5,5. La curva de Stephan ilustra la rapidez con la que el pH de la placa puede caer por debajo de 5,5 después de un refrigerio o una comida. [20]
La caries dental es una enfermedad bucal relacionada con la formación de biopelículas dentales asociada con un mayor consumo de azúcar y carbohidratos fermentables en la dieta. Cuando las biopelículas dentales permanecen en las superficies de los dientes, junto con la exposición frecuente a los azúcares, las bacterias acidogénicas (miembros de las biopelículas dentales) metabolizan los azúcares en ácidos orgánicos. La caries dental no tratada es la enfermedad más común que afecta a los humanos en todo el mundo [21] . La persistencia de esta condición ácida fomenta la proliferación de bacterias acidogénicas y acidúricas como resultado de su capacidad para sobrevivir en un entorno de pH bajo. El entorno de pH bajo en la matriz de la biopelícula erosiona la superficie de los dientes y comienza la "iniciación" de la caries dental. [19] Streptococcus mutans es una bacteria que prevalece en el entorno bucal [22] y se cree que es un microorganismo vital que contribuye a esta iniciación. [23] S. mutans prospera en condiciones ácidas, convirtiéndose en la bacteria principal en cultivos con un pH permanentemente reducido [24] . Si se puede reducir o eliminar la adherencia de S. mutans a la superficie de los dientes o la capacidad fisiológica (acidogeneidad y aciduricidad) de S. mutans en las biopelículas dentales, se puede disminuir el potencial de acidificación de las biopelículas dentales y las posteriores formaciones de caries. [19]
Lo ideal es que podamos detener el desarrollo temprano de diversas lesiones más allá de la etapa de mancha blanca. Una vez que se supera esta etapa, la superficie del esmalte se daña irreversiblemente y no se puede reparar biológicamente. [25] En los niños pequeños, el dolor de una lesión cariosa puede ser bastante angustiante y el tratamiento restaurador puede provocar el desarrollo de una ansiedad dental temprana. [26] La ansiedad dental tiene efectos secundarios tanto para los profesionales dentales como para los pacientes. La planificación del tratamiento y, por lo tanto, el éxito del mismo pueden verse comprometidos. El personal dental puede estresarse y frustrarse cuando trabaja con niños ansiosos. Esto puede comprometer su relación con el niño y sus padres. [27] Los estudios han demostrado que existe un ciclo en el que los pacientes con ansiedad dental evitan cuidar la salud de sus tejidos bucales. A veces pueden evitar la higiene bucal y tratarán de evitar buscar atención dental hasta que el dolor sea insoportable. [28]
La susceptibilidad a la enfermedad varía entre individuos y se han propuesto mecanismos inmunológicos que confieren protección o susceptibilidad a la enfermedad. Estos mecanismos aún no se han dilucidado por completo, pero parece que, si bien las células presentadoras de antígenos son activadas por S. mutans in vitro , no responden in vivo . La tolerancia inmunológica a S. mutans en la superficie de la mucosa puede hacer que los individuos sean más propensos a la colonización con S. mutans y, por lo tanto, aumentar la susceptibilidad a la caries dental. [29]
S. mutans se adquiere a menudo en la cavidad oral después de la erupción dentaria, pero también se ha detectado en la cavidad oral de niños predentados. Generalmente, aunque no exclusivamente, se transmite por transmisión vertical del cuidador (generalmente la madre) al niño. Esto también puede ocurrir comúnmente cuando el padre acerca sus labios al biberón del niño para probarlo o para limpiar el chupete del niño y luego se lo pone en la boca. [30] [31]
S. mutans está implicado en la patogénesis de ciertas enfermedades cardiovasculares, y es la especie bacteriana más prevalente detectada en tejidos de válvulas cardíacas extirpadas, así como en placas ateromatosas , con una incidencia de 68,6% y 74,1%, respectivamente. [32] Se ha demostrado que Streptococcus sanguinis , estrechamente relacionado con S. mutans y que también se encuentra en la cavidad oral, causa endocarditis infecciosa. [33]
El Streptococcus mutans se ha asociado con bacteriemia y endocarditis infecciosa (EI). La EI se divide en formas aguda y subaguda, y la bacteria se aísla en casos subagudos. Los síntomas comunes son: fiebre, escalofríos, sudores, anorexia, pérdida de peso y malestar general. [34]
S. mutans se ha clasificado en cuatro serotipos: c, e, f y k. La clasificación de los serotipos se basa en la composición química de los polímeros de ramnosa-glucosa específicos del serotipo. Por ejemplo, el serotipo k, que se encontró inicialmente en los aislados de sangre, tiene una gran reducción de las cadenas laterales de glucosa unidas a la estructura principal de la ramnosa. S. mutans tiene los siguientes antígenos proteicos de superficie: glucosiltransferasas, antígeno proteico y proteínas de unión a glucano. Si estos antígenos proteicos de superficie no están presentes, entonces la bacteria es un mutante defectuoso en el antígeno proteico con la menor susceptibilidad a la fagocitosis, por lo que causa el menor daño a las células. [ cita requerida ]
Además, los experimentos con ratas demostraron que la infección con estos mutantes defectuosos de estreptococos (cepas de S. mutans sin glucosiltransferasas aisladas de una válvula cardíaca destruida de un paciente con endocarditis infecciosa) resultó en una mayor duración de la bacteriemia. Los resultados demuestran que la virulencia de la endocarditis infecciosa causada por S. mutans está relacionada con los componentes específicos de la superficie celular presentes.
Además, se ha encontrado ADN de S. mutans en muestras cardiovasculares en una proporción mayor que la de otras bacterias periodontales, lo que pone de relieve su posible implicación en diversos tipos de enfermedades cardiovasculares, no solo limitadas a la bacteriemia y la endocarditis infecciosa. [35]
La práctica de una buena higiene bucal , incluido el cepillado diario, el uso de hilo dental y el uso de enjuague bucal adecuado, puede reducir significativamente la cantidad de bacterias orales, incluida S. mutans , e inhibir su proliferación. S. mutans a menudo vive en la placa dental , por lo que la eliminación mecánica de la placa es una forma eficaz de deshacerse de ellos. [36] La mejor técnica de cepillado de dientes para reducir la acumulación de placa, disminuyendo el riesgo de caries, es la técnica de Bass modificada. Cepillarse los dientes dos veces al día puede ayudar a disminuir el riesgo de caries. [37] Sin embargo, existen algunos remedios que se utilizan en el tratamiento de la infección bacteriana oral, junto con la limpieza mecánica. Estos incluyen el flúor , que tiene un efecto inhibidor directo sobre la enzima enolasa , así como la clorhexidina , que presumiblemente actúa interfiriendo con la adherencia bacteriana.
Además, los iones de flúor pueden ser perjudiciales para el metabolismo celular bacteriano. El flúor inhibe directamente las enzimas glucolíticas y las H+ATPasas. Los iones de flúor también reducen el pH del citoplasma. Esto significa que habrá menos ácido producido durante la glucólisis bacteriana. [38] Por lo tanto, los enjuagues bucales, las pastas dentales, los geles y los barnices fluorados pueden ayudar a reducir la prevalencia de caries. [39] Sin embargo, los hallazgos de las investigaciones sobre el efecto del barniz que contiene flúor, sobre el nivel de Streptococcus mutans en el entorno oral en niños, sugieren que la reducción de caries no puede explicarse por una reducción en el nivel de Streptococcus mutans en la saliva o la placa dental. [40] El tratamiento con barniz de flúor con o sin higiene dental previa no tiene un efecto significativo sobre la placa y los niveles salivales de S. mutans . [41]
S. mutans secreta glucosiltransferasa en su pared celular, lo que permite a la bacteria producir polisacáridos a partir de sacarosa. Estos polisacáridos pegajosos son responsables de la capacidad de la bacteria de agregarse entre sí y adherirse al esmalte dental, es decir, formar biopelículas . El uso de inmunoglobulina Y anti-glucosiltransferasa asociada a células (Anti-CA-gtf) altera la capacidad de S. mutans de adherirse al esmalte dental, impidiendo así que se reproduzca. Los estudios han demostrado que la IgY anti-CA-gtf es capaz de suprimir de manera eficaz y específica a S. mutans en la cavidad oral. [42]
Otras medidas preventivas comunes se centran en reducir la ingesta de azúcar. Una forma de hacerlo es con sustitutos del azúcar como el xilitol o el eritritol, que no se pueden metabolizar en azúcares que normalmente mejoran el crecimiento de S. mutans . La molécula xilitol, un azúcar de 5 carbonos, interrumpe la producción de energía de S. mutans al formar un intermedio tóxico durante la glucólisis. [43] [44] Se han sugerido o estudiado hasta cierto punto otros remedios naturales, incluido el extracto de raíz de regaliz desglicirrizado , [45] [46] aceite de árbol de té , [47] macelignano (que se encuentra en la nuez moscada ), [48] curcuminoides (los componentes principales de la cúrcuma ), [49] y eugenol (que se encuentra en las hojas de laurel, las hojas de canela y los clavos de olor). Además, se han probado varios tés para determinar su actividad contra S. mutans y otros beneficios dentales. [50] [51] [52] [53] [54] Recientemente, se han identificado y desarrollado inhibidores de moléculas pequeñas que inhiben o dispersan selectivamente las biopelículas de S. mutans . [55] [56] [57] [58] Además, los diseños de fármacos basados en la estructura han identificado inhibidores selectivos dirigidos a las glucosiltransferasas de S. mutans . [59] [60] Estos compuestos principales son eficaces en modelos animales preclínicos. [61] Sin embargo, ninguno de estos remedios ha sido objeto de ensayos clínicos ni es recomendado por los principales grupos de salud dental para tratar S. mutans . [ cita requerida ]
La adición de perlas de vidrio bioactivas a los composites dentales reduce la penetración de S. mutans en los espacios marginales entre el diente y el composite. [62] Tienen propiedades antimicrobianas, lo que reduce la penetración bacteriana. [62] Esto disminuye el riesgo de desarrollar caries secundarias, una razón común de fracaso de las restauraciones dentales . [62] Esto significa que la longevidad y la eficacia de las restauraciones compuestas pueden mejorarse. [62]
Se han investigado bacteriófagos (virus que infectan bacterias) que atacan a S. mutans . Los fagos han demostrado ser prometedores en la reducción de S. mutans en entornos de laboratorio, lo que podría ofrecer un enfoque específico para la prevención de caries sin dañar el microbioma natural de la boca. [63] [64] [65] [66] Se han encontrado varios fagos diferentes que infectan a S. mutans , incluido SMHBZ8 . [65] [66]
Las condiciones en la cavidad oral son diversas y complejas, y cambian frecuentemente de un extremo a otro. Por lo tanto, para sobrevivir en la cavidad oral, S. mutans debe tolerar rápidamente fluctuaciones ambientales severas y la exposición a varios agentes antimicrobianos para sobrevivir. [18] La transformación es una adaptación bacteriana que implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio circundante. La transformación es una forma primitiva de reproducción sexual . Para que una bacteria se una, absorba y recombine ADN exógeno en su cromosoma, debe entrar en un estado fisiológico especial denominado "competencia" . En S. mutans , un sistema de señalización de detección de quórum de feromonas peptídicas controla la competencia genética. [67] Este sistema funciona de manera óptima cuando las células de S. mutans están en biopelículas abarrotadas. [68] Las células de S. mutans que crecen en una biopelícula se transforman a una tasa de 10 a 600 veces mayor que las células individuales que crecen en condiciones despobladas (células planctónicas). [67] La inducción de competencia parece ser una adaptación para reparar el daño del ADN causado por condiciones de hacinamiento y estrés. [69]
El conocimiento sobre el quórum-sensing permite el desarrollo potencial de fármacos y terapias. Los péptidos que lo utilizan pueden manipularse para provocar el suicidio de la diana. Además, la supresión del quórum-sensing puede conducir a la prevención de la resistencia a los antibióticos. [70]
Se han desarrollado tres rasgos clave en S. mutans que han aumentado su virulencia al mejorar su adaptabilidad a la cavidad oral: mayor producción de ácido orgánico, capacidad de formar biopelículas en las superficies duras de los dientes y capacidad de sobrevivir y prosperar en un entorno de pH bajo. [71]
Durante su evolución, S. mutans adquirió la capacidad de aumentar la cantidad de carbohidratos que podía metabolizar y, en consecuencia, se produjo más ácido orgánico como subproducto. [72] Esto es significativo en la formación de caries dentales porque el aumento de la acidez en la cavidad oral amplifica la tasa de desmineralización del diente, lo que conduce a lesiones cariosas. [73] Se cree que el rasgo evolucionó en S. mutans a través de la transferencia lateral de genes con otra especie bacteriana presente en la cavidad oral. Hay varios genes, SMU.438 y SMU.1561, involucrados en el metabolismo de carbohidratos que están regulados positivamente en S. mutans . Estos genes posiblemente se originaron a partir de Lactococcus lactis y S. gallolyticus , respectivamente. [72]
Otro ejemplo de transferencia lateral de genes es el responsable de la adquisición del gen de la glucosiltransferasa (GTF) por parte de S. mutans . Los genes GTF encontrados en S. mutans probablemente se derivan de otras bacterias anaeróbicas que se encuentran en la cavidad oral, como Lactobacillus o Leuconostoc . Además, los genes GTF en S. mutans muestran homología con genes similares encontrados en Lactobacillus y Leuconostoc . Se cree que el gen ancestral común se ha utilizado para la hidrólisis y la unión de carbohidratos. [15]
El tercer rasgo que evolucionó en S. mutans es su capacidad no solo de sobrevivir, sino también de prosperar en condiciones ácidas. Este rasgo le da a S. mutans una ventaja selectiva sobre otros miembros de la microbiota oral. Como resultado, S. mutans podría superar a otras especies y ocupar regiones adicionales de la boca, como las placas dentales avanzadas , que pueden ser tan ácidas como un pH de 4,0. [73] La selección natural es muy probablemente el principal mecanismo evolutivo responsable de este rasgo. [ cita requerida ]
Al analizar la evolución de S. mutans , es imperativo incluir el papel que han desempeñado los humanos y la coevolución que se ha producido entre las dos especies. A medida que los humanos evolucionaron antropológicamente, las bacterias evolucionaron biológicamente. Es ampliamente aceptado que la llegada de la agricultura en las primeras poblaciones humanas proporcionó las condiciones que S. mutans necesitaba para evolucionar hasta convertirse en la bacteria virulenta que es hoy. La agricultura introdujo alimentos fermentados, así como alimentos más ricos en carbohidratos, en las dietas de las poblaciones humanas históricas. Estos nuevos alimentos introdujeron nuevas bacterias en la cavidad bucal y crearon nuevas condiciones ambientales. Por ejemplo, Lactobacillus o Leuconostoc se encuentran típicamente en alimentos como el yogur y el vino. Además, consumir más carbohidratos aumentó la cantidad de azúcares disponibles para S. mutans para el metabolismo y redujo el pH de la cavidad bucal. Este nuevo hábitat ácido seleccionaría aquellas bacterias que pudieran sobrevivir y reproducirse a un pH más bajo. [72]
Otro cambio significativo en el entorno bucal se produjo durante la Revolución Industrial . El refinamiento y la fabricación más eficientes de los alimentos aumentaron la disponibilidad y la cantidad de sacarosa consumida por los seres humanos. Esto proporcionó a S. mutans más recursos energéticos y, por lo tanto, exacerbó una tasa ya creciente de caries dentales. [15] El azúcar refinado es sacarosa pura, el único azúcar que se puede convertir en glucanos pegajosos, lo que permite que las bacterias formen una placa espesa y fuertemente adherida. [74]