Wykład 1

Wojna i pokój

  • Wprowadzenie do tematu mikrobiomu jamy ustnej.

Struktura mikrobiomu jamy ustnej

  • Wg wersji 3.1 bazy HOMD mikrobiom jamy ustnej liczy obecnie 774 gatunków, z których:
      - 58% jest oficjalnie nazwanych,
      - 16% nienazwanych, lecz możliwych do hodowli,
      - 26% to niemożliwe do hodowli filotypy.

  • Szacuje się, że u jednego osobnika występuje około 300-400 gatunków bakterii w jamie ustnej, spośród wszystkich zidentyfikowanych.

Ochronne działanie bakterii jamy ustnej

  • Bakterie jamy ustnej mogą "chronić" gospodarza na kilka sposobów:
      1. Drogą biernego zasiedlenia niszy ekologicznej:
         - Hamowanie lub ograniczenie kolonizacji przez bakterie chorobotwórcze.
      2. Poprzez hamowanie adhezji, namnażania się i wytwarzania czynników zjadliwości:
         - Antagonizm metaboliczny,
         - Bezpośrednia inaktywacja.

  • Przykład: Produkcja nadtlenku wodoru przez Streptococcus sanguinis hamuje wzrost Aggregatibacter actinomycetemcomitans, chroniąc gospodarza przed patogennym działaniem bakterii tego gatunku.

Środowisko jamy ustnej

  • Główne siedliska jamy ustnej:
      - Błona śluzowa powierzchni policzkowych
      - Grzbiet języka
      - Powierzchnia zębów - jedyny obszar ciała, niemający zdolności eliminowania drobnoustrojów i pozwalający im na współwystępowanie.
      - Nabłonek szczeliny
      - Protezy stomatologiczne i ortodontyczne.

  • Rodzaj bakterii zmienia się w zależności od:
      - rodzaju zęba,
      - stopnia ekspozycji na środowisko:
         - Gładkie powierzchnie są kolonizowane przez mniejszą liczbę gatunków niż zagłębienia i szczeliny.
         - Powierzchnie poddziąsłowe są w większym stopniu beztlenowe niż powierzchnie naddziąsłowe.

Czynniki wpływające na rozwój bakterii

1. Czynniki anatomiczne

  • Obszary zalegania bakterii tworzą się w zależności od:
      - Kształtu zęba,
      - Topografii zęba,
      - Złego ustawienia zębów,
      - Słabej jakości uzupełnień,
      - Nierogowaciejącego nabłonka rowka.

2. Ślina

  • Główne organiczne składniki śliny: białka i glikoproteiny (mucyna), które modulują wzrost bakterii:
      - Poprzez adsorpcję na powierzchni zęba, tworzącą powłoczkę ślinową.
      - Nutritional błonka, która ułatwia przyleganie bakterii.
      - Stanowią główne źródło pożywienia (węglowodany i białka).
      - Poprzez agregację bakterii, co przyczynia się do utworzenia płytki.
      - Liczne związki obecne w ślinie ograniczają rozwój mikroorganizmów.

3. Czynniki NIESWOISTE
Czynniki mechaniczne:

  • Złuszczanie nabłonka - mechaniczne usuwanie drobnoustrojów,

  • Przepływ śliny - mechaniczne usuwanie drobnoustrojów.

Inne czynniki:

  • Lizozym - działa na bakterie Gram-dodatnie, Candida i wirusy,

  • Laktoferyna - sekwestracja żelaza, ograniczająca dostępność tego pierwiastka dla drobnoustrojów.

  • Apolaktoferyna - bakteriobójcze i grzybobójcze działanie.

  • Układ sialoperoksydazy - wpływa na Streptococcus mutans, Lactobacillus, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia.

  • Histatyny - uszkodzenie błony komórkowej mikroorganizmów i wiązanie jonów cynku i miedzi.

  • Białko SLPI - blokowanie receptorów zewnątrzkomórkowych potrzebnych do wniknięcia HIV.

4. Czynniki SWOISTE

  • Śródnabłonkowe limfocyty i komórki Langenharsa - stanowią barierę przeciw penetracji bakterii i/lub antygenów.

  • Wydzielnicze IgA - zapobieganie adhezji i metabolizacji bakterii.

  • IgA, IgG, IgM - zapobieganie przyleganiu bakterii, opsonizacji bakterii, aktywacji dopełniacza.

  • Układ dopełniacza - aktywacja neutrofili.

  • Neutrofile i makrofagi - fagocytoza.

Płyn szczelinowy

  • Może wpływać na ekologię szczeliny poprzez:
      - Wypłukiwanie drobnoustrojów,
      - Bycie głównym źródłem czynników odżywczych,
      - Utrzymanie pH,
      - Dostarczanie czynników obrony swoistej i nieswoistej - głównie IgG,
      - Fagocytozę - 95% leukocytów w płynie szczelinowym to neutrofile.

Czynniki bakteryjne

Mechanizmy interakcji bakterii w jamie ustnej

  • Współzawodnictwo o receptory adhezyjne.

  • Wytwarzanie bakteriocyn, zabijających komórki tego samego gatunku lub innych.

  • Używanie metabolitów innych bakterii do celów odżywczych (np. Veillonella spp. używa kwasów wytwarzanych przez S. mutans).

  • Agregacja z tymi samymi lub innymi gatunkami bakterii.

Bakterie w ślinie

  • Bakterie namnażają się w ślinie:
      - W warunkach prawidłowych liczba bakterii jest ograniczona do 10^8 – 10^9 cfu/mL.
      - Główne źródła - płytka nazębna i język.

  • Upośledzone wydzielanie śliny może prowadzić do wzrostu liczby bakterii - np. u pacjentów odwodnionych.

  • Gruba płytka nazębna zwiększa podatność na próchnicę i choroby przyzębia.

Czynniki różnorodne

  • Miejscowe pH środowiska: Wiele drobnoustrojów potrzebuje do wzrostu obojętnego pH. Kwasowość powierzchni jamy ustnej regulowana przez ślinę (średnie pH 6,7).

  • Potencjał redoks.

  • Terapia przeciwbakteryjna: Miejscowe i ogólne antybiotyki i antyseptyki.

Dieta i czynniki jatrogenne

  • Dieta: Węglowodany fermentujące stanowią główne źródło substancji odżywczych.

  • Czynniki jatrogenne: Zabiegi takie jak usuwanie kamienia nazębnego mogą radykalnie zmienić skład flory jamy ustnej.

Źródła substancji odżywczych dla bakterii jamy ustnej

  • Zasoby gospodarza,

  • Zasoby mikrobiologiczne:
      - Resztki diety (sacharoza, skrobia),
      - Składniki śliny (glikoproteiny, sole mineralne),
      - Wydzielina szczelin dziąsłowych (np. białka).

Nabywanie prawidłowej flory jamy ustnej

  • Jama ustna noworodka jest sterylna w chwili narodzin; po kilku godzinach drobnoustroje z jamy ustnej matki i otoczenia dostają się do jamy ustnej noworodka.

  • Paciorkowce np. Streptococcus salivarius jako pionierskie gatunki.

  • Metabolizm pionierskiej społeczności zmienia środowisko jamy ustnej, co ułatwia kolonizację innym gatunkom bakterii.

  • Wyrzynanie zębów oraz nabywanie flory jamy ustnej.

Biofilm

  • Biofilm definiowany jako złożona, funkcjonalna społeczność bakterii, otoczona matrycą zewnątrzkomórkową, zawierająca mikrokolonie mikroorganizmów przylegających do tkanek twardych i miękkich.

  • Biofilm składa się z:
      - 75-90% wody,
      - Mikrokolonii drobnoustrojów jednego lub wielu gatunków.
      - Macierzy pozakomórkowej (EPS) wytwarzanej przez bakterie po kilku minutach od adhezji.

Etapy powstawania biofilmu

  1. Adhezja: Odwracalna adhezja bakterii planktonowych.

  2. Faza unieruchomienia: Sekrecja EPS, nieodwracalne przywiązanie bakterii do powierzchni.

  3. Dojrzewanie biofilmu: Produkcja śluzu, rozwój architektury biofilmu, powstawanie mikrokolonii.

  4. Starzenie: Śmierć komórek i ich dyspersja do planktonu.

Quorum sensing

  • System regulacji umożliwiający komunikację bakterii podczas przygotowania do inwazji tkanek gospodarza, w tym:
      - produkcję czynników wirulencji,
      - wymianę genów.

  • Cechy biofilmu:
      - Zdolność wewnętrznej komunikacji,
      - Regulowanie metabolizmu,
      - Zmiany w genotypie,
      - Modyfikacja wrażliwości drobnoustrojów na różne czynniki (układ immunologiczny, leki).

Patogenność bakterii w jamie ustnej

  • Porphyromonas gingivalis jest powiązany z wieloma schorzeniami, m.in.:
      - Miażdżyca,
      - Cukrzyca,
      - Choroby układu oddechowego,
      - Nowotwory.

Chorobotwórczość bakterii

  • Uwarunkowania tego działania:
      - Zewnętrzne enzymy,
      - Fimbrie, które ułatwiają adhezję do nabłonka,
      - Polisacharydowa otoczkę chroniąca przed fagocytozą.

  • P. gingivalis może wytwarzać gingipainy, które mają siedem procesów immunologicznych.

Przykłady bakterii w jamie ustnej

  • Gram-dodatnie, np. Streptococcus, Actinomyces, Lactobacillus

  • Gram-ujemne, m.in. Aggregatibacter, Porphyromonas, Fusobacterium

  • Rola flory jamy ustnej w zakażeniach ogólnoustrojowych.

Dziękuję za uwagę

  • Kluczowe podsumowanie zajęć, omawiające różnorodne aspekty mikrobiomu jamy ustnej oraz jego implikacje zdrowotne.