Pouvoir pathogène des biofilms bactériens

(1)

Pouvoir pathogène

des biofilms bactériens

(2)

Généralités sur la cavité buccale

Biofilm dentaire : formation- composition Biofilm dentaire : pouvoir pathogène

Maladie carieuse

Les acteurs en présence

Les modalités du pouvoir pathogène

Maladies parodontales

Les acteurs en présence

Les modalités du pouvoir pathogène

plan

(3)

Ecosystème

:

composé de 2 parties principales

Communauté biotique (organismes vivants) + Milieu abiotique (éléments physico-chimiques)

Holobionte (du grec holo, « tout », et bios, « vie ») : ensemble composé par un organisme animal ou végétal

et les micro-organismes qu'il héberge.

(4)

D’après PD Marsh & MV Martin

Joues, lèvres, palais

• la salive a une influence majeure

• La microflore est peu diversifiée

• Présence d’anaérobies facultatives

• Streptococcus ssp. prédominants

• Quelques pathogènes parodontaux Persistent en envahissant les cellules

Dents

• surfaces non desquamantes

• Sites rétentifs (ex. sillons)

• Microflores diverses, dépendant du site

• Beaucoup d’anaérobies strictes

• Influence de la salive et du fluide gingival

• Streptococcus, Actinomyces, Veillonella, Fusobacterium…

Langue

• Présence de nombreuses papilles

• Quelques sites anaérobies

• Microflores diverses

• Anaérobies facultatives et strictes

• Streptococcus, Actinomyces, Rothia, Neisseria…

milieu complexe

Généralités

(5)

➢ surfaces dures + surfaces molles

émail pulpe

cément

apex

COURONNE

RACINES

gencive

Os alvéolaire ligament

dentine

➢ diversité anatomique très importante

(6)

Milieu complexe

évolue constamment =

Généralités

La flore buccale se modifie tout au long de la vie

selon les événements physiologiques tel que l’adolescence, la grossesse, la ménopause, l’andropause, le vieillissement,

ou pathologiques (perte des dents, maladies générales…)

milieu complexe

(7)

(8)

▪ abondance relative de Mycoplasmes

▪ même s’ils n’ont pas de pb médicaux : prédominance de germes associés à des infections néonatales ex. Staphylococcus,

Microbiome assembly across multiple body sites in low-birthweight infants. Costello et al

Streptococcus salivarius est un des premiers colonisateurs de la CB humaine (et de l’intestin)

 Il contribue à l’établissement de l’homéostasie immune et à la régulation des réponses inflammatoires

La colonisation de la cavité buccale par les premières espèces bactériennes dépend de certains facteurs

❖ Naissance prématurée

chez les enfants à très faible poids de naissance

Evolue constamment

Généralités

(9)

❖ Mode de délivrance

▪ voie naturelle : bactéries similaires à celles de la flore vaginale de la mère Ex. : Lactobacillus, Prevotella

▪ Césarienne : bactéries de la flore cutanée ex. Staphylococcus spp

La communauté bactérienne orale de la mère

ne semble pas contribuer à la communauté bactérienne initiale du bébé

Oral microflora in infants delivered vaginally and by caesarean section.

Nelun Barfod M, Magnusson K, Lexner MO, Blomqvist S, Dahlén G, Twetman S Int J Paediatr Dent. 2011 Nov;21(6):401-6.

(10)

L. gasseri chez ces enfants a des caractéristiques cohérentes avec des propriétés probiotiques,

Characterization and in vitro properties of oral lactobacilli in breastfed infants. Vestman N et al BMC Microbiol. 2013 Aug 15;13:193.

❖ Mode d’alimentation (allaitement maternel vs laits maternisés)

La présence de lactobacilles est plus fréquente chez les enfants nourris par lait maternel

L. gasseri est prédominant parmi ces lactobacilles

 pourrait influencer la composition du microbiome buccal chez les enfants.

Evolue constamment

Généralités

(11)

(12)

 relation puberté/ composition de la flore buccale

 du taux d’oestradiol et de progestérone sanguin se retrouve dans le fluide gingival

 stimulation de la croissance de Porphyromonas et Prevotella

Evolue constamment

Généralités

(13)

quatre sites écologiques

(Socranski and Manganiello, 1971)

plaque dentaire

➢

salive

➢

langue et muqueuses

➢

site sous-gingival

(14)

➢

100 millions de bactéries / ml

➢

plus de 700 espèces cultivables différentes

• Mycoplasmes : Mycoplasma orale

• Protozoaires : Entamoeba gingivalis, Trichomonas tenax

• Levures : Candida albicans, C. tropicalis, C. stellatoïdea

➢

autres micro organismes

salive

• Virus: Herpès, Hépatite…

Evolue constamment

Généralités

(15)

• moins de bactéries : 0 à 25 UFC/cellule épithéliale

• Streptocoques : dominant

• Neisseria, Veillonella

➢

joues, gencives

➢

langue

• plus riche : 100 UFC/cellule épithéliale

• Streptococcus salivarius : dominant

• Veillonella, Actinomyces, Bacteroides, Peptostreptococus

muqueuses

(16)

Flore anaérobie très riche

Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Porphyromonas, Prevotella, Aggregatibacter

Site sous- gingival

Evolue constamment

Généralités

(17)

la plaque dentaire

= biofilm dentaire

100 millions bactéries/mg

(poids sec)

(18)

=film de micro organismes, adhérents à une surface submergée ou soumise à un environnement aqueux,

englués dans une matrice de polymères BIOFILM

formation- composition Biofilm dentaire

(19)

Colonisation constante des surfaces bucco-dentaires

Composition du biofilm dentaire variable selon les individus

La stabilité intra individuelle serait le « garant » d’un bon état de santé bucco-dentaire

En 4 heures :

il y a entre 2.5 et 6.3 x 10⁵ bactéries/ mm² sur la dent

(20)

pionnières

colonisatrices précoces colonisatrices

tardives

Espèces

protéine riche en proline

a-amylase

pellicule acquise exogène

surface dentaire

matrice

stathérine

Kolenbrander et London

protéine riche en proline S.oralis,

mitis, sanguis

Strep.

gordonii Strep.

oralis

Strep.

gordonii

(21)

Formation

1/ Pellicule Acquise Exogène

= protéines salivaires Épaisseur < 1 m

IgA, IgG, Lysozyme, albumine, a-amylase, mucines

,cystatines, lactoferrine, Protéines Riches en Proline, stathérine

+ quelques

sucres (galactose, mannose, glucose)

(22)

2/ Colonisation bactérienne

Fixation des bactéries pionnières

Nombre restreint d’espèces capables d’adhérer à la PAE (adhésine/ récepteurs spécifiques)

Indispensables à la fixation des autres espèces Streptococcus mitis

Streptococcus gordonii Streptococcus sanguinis Actinomyces naeslundi

(23)

Streptocoques : colonisateurs primaires majeurs

= 60-80% des bactéries du biofilm (

dans les 4 à 8h

)

 expriment de nb adhésines

(redondances

)

Certaines conservées chez des espèces variées Ex. famille de protéines Agéniques I/II

S. gordonii, S. oralis, S. sanguinis S. mutans, S. sobrinus

S. pyogénès

(24)

Maturation du biofilm dentaire

Colonisateurs secondaires, tardifs (après x heures)

Principalement des Gram - ^:Fusobacterium, Haemophilus, Porphyromonas, Veillonella, Prevotella,…

Équilibre en deux à trois semaines 10

⁹

bactéries/mg

(25)

= associations microbiennes plaque dentaire

Interactions microbiennes

• Interactions positives

•Interactions négatives

(26)

Communication intercellulaire (Quorum sensing)

AI-2 a été suggérée comme molécule-signal potentielle entre les espèces très  qui composent le biofilm dentaire

AI-2 est nécessaire à la formation d’un biofilm P. gingivalis/S. gordonii

S. oralis/ A. naeslundii Etudes in vitro

plaque dentaire

se fait grâce à des molécules « signal » diffusibles : phéromones auto-générées = Auto Inducers (AI)

interviennent en activant des gènes bactériens

Interactions positives Biofilm dentaire

(27)

Fusobacterium/Bacteroides

Corn cob

coaggrégations

(28)

Veillonella

Streptococcus Actinomyces

S. mutans Lactobacillus

Treponema denticola

Porphyromonas

Prevotella

Wollinella recta

Capnocytophaga Ag.actinomycetem commitans Eikenella

corrodens Fusobacterium Eubacterium

Peptostreptococcus

CO₂ lactate

ménadione H₂

formate

succinate thiamine

isobutyrate

Interactions métaboliques

Biofilm dentaire Interactions positives

(29)

 de grandes variations dans l’apport des nutriments Succession de phases «fastueuses » et de « famine »

nécessité d’adaptation

Apparition de compétitions nutritionnelles

Certaines bact. sont plus compétitives en période de famine

haute affinité avec les substrats

la composition de la plaque dentaire va dépendre des apports en nutriments

Interactions métaboliques

(30)

 Rôle protecteur de certains biofilms dentaires

Ex. Streptococcus mitis inhibe la croissance de Corynebacterium diphteriae, Staphylococcus

aureus, Streptococcus pneumoniae…

• Relations d’antagonisme

Sécrétion d’acides, de H2O2, de bactériocines

(ex. mutacines)

Biofilm dentaire Interactions négatives

(31)

Homéostasie

(32)

Système immunitaire local :

rôle primordial dans le maintien de l’homéostasie

➢

Immunité non spécifique

➢

Immunité spécifique

Tolérance vis-à-vis des bactéries commensales Contrôle la masse bactérienne

Exclut les bactéries pathogènes ?

Biofilm dentaire

(33)

dysbiose

caries

parodontite

Pathologies buccales

(34)

Caries dentaires

Biofilm dentaire : pouvoir pathogène

(35)

L’acidification de l’environnement

 changements de la composition de la flore

(36)

biofilm «sain» VS biofilm cariogène

Streptococcus sanguinis

Streptococcus salivarius Veillonella sp.

Streptococcus mutans Composition microbienne

très complexe (>100 espèces)

Composition microbienne plus simple

Lactobacillus sp.

Actinomyces sp.

(37)

Strept. sanguinis, Strep. salivarius, Veillonella sp.

biofilm «sain» VS biofilm cariogène

Strept. sanguinis, Strep. salivarius

produisent une arginine désaminase et une uréase formation d’urée et d’ammonium

 augmentation de pH.

action sur les bactéries productrices d’acides

Veillonella utilise le lactate formé par les bactéries fermentaires

(38)

dent

^bactéries

sucres

carie

salive

Schéma de Keyes

Caries dentaires Biofilm dentaire : pouvoir pathogène

(39)

(40)

rôle de certaines espèces bactériennes

• études in vitro

production d ’acides, de PS extracellulaires etc...

• études in vivo

caries expérimentales chez l ’animal

• études épidémiologiques chez l ’homme

Acteurs en présence

(41)

Streptocoques du groupe mutans

(Strep. mutans, Strep. sobrinus)

(42)

Association S. mutans /caries dentaires

➢ L’infection à S. mutans précède le développement des caries (Ikeda,

1973; Kölher, ¹⁹⁸¹)

➢ Nombre >> dans la plaque des lésions carieuses / surfaces saines

(Hoerman, ^1972; Duchin, ¹⁹⁷⁸)

➢ Corrélation prévalence carieuse /S.mutans présents dans plaque et salive

(Loesche, ¹⁹⁷⁵; Klock, ^1977;Alaluusa^,¹⁹⁸³⁾

Acquisition précoce  risque carieux élevé

90% des enfants colonisés à l’âge de 2ans auront des caries 25% des enfants non colonisés à l’âge de 2ans auront des caries

(43)

Acquisition de Streptococcus mutans

Caries

=

maladie transmissible ?

(44)

impliqués dans les premiers stades de développement des caries

également présents dans la dentine cariée

Streptococcus mutans

(45)

(Loesche & Syed, 1973) rapport streptocoques/lactobacilles

carie de l ’émail 4/1

carie dentinaire 1/1

dentine : site écologique de référence des lactobacilles

atmosphère acide

colonisateurs secondaires des lésions carieuses

Lactobacillus sp.

(46)

G.Dorignac

Taux de lactobacilles Moyenne Carie Moyenne C.A.O.

0 2,35 4,41

10³ 1,06 5,03

10⁴ 2,39 5,08

10⁵ 3,47 6,84

10⁶ 6,32 8,61

10⁷ 8,75 10

Lactobacillus count :

Nb de lactobacille/ml de salive

(47)

lactobacilles à taux élevé dans la salive

lavage salivaire lésions carieuses

et plaque dentaire

lésions carieuses

?

Lactobacillus count

Caries dentaires

(48)

Espèces identifiées Nancy et al API 50CH

Marchant et al ERIC PCR

Groupe casei L. rhamnosus

L. casei

L. pseudoplantarum L. plantarum L. acidophilus

L. casei casei L. cellobiosus

L.fermentum

L. salivarius L.buchneri L. pentosus

L. brevis

++

-

+ + + + +

+

- - - -

24%

38%

- 11%

- - 2%

34%

19%

7%

4%

7%

Groupe delbrueckii

L. delbrueckii L.leichmanii

+ +

- -

Espèces de lactobacilles identifiés dans des caries de l’enfant

Les lactobacilles

(49)

Actinomycès

bacilles Gram positif, aéro-anaérobies facultatifs

(50)

Actinomyces spp /caries dentaires

➢ peu d’études

➢ Pas de rôle démontré dans l’initialisation du processus

➢ Impliqué dans les caries radiculaires :

➢ joueraient un rôle dans la progression des caries radiculaires (Edwardsson, 1974; Ozaki et al., 1994)

➢ A.viscosus et A. naeslundii sont les espèces impliquées (Bowden, 1990)

➢ A. odontolyticus serait impliqué dans des caries de dents déciduales (Boyar et bowden, 1985)

(51)

Scardovia wiggsiae

Carie précoce de l’enfant

Bifidobactérie

= bacille Gram +, anaérobie strict

(52)

(53)

S. mutans (Sm) and S. wiggsiae (Sw) in severe ECC and caries-free children.

(54)

➢ production acide

➢ adhérence

Modalités

du pouvoir pathogène

(55)

adhérence

fimbriae/adhésines

glucanes

(56)

Héterofermentaire : lactobacilles

métabolisme des sucres

Homofermentaire : lactobacilles, streptocoques 1 glc

2 ac lactiques

1 glc 1 ac lactique+1 CO₂+1 ac acétique

➢ production acide

(57)

glucose

5.0 6.0 7.0

0 5 10 20 30 40 50 60 70

pH

mn

production acide

(58)

p.déj. café déj. goûter diner gâteaux

12 h 6 h 6 h 12 h

pH

6 7

5 4 3

12 h 5.5

Possibilité de déminéralisation

production acide

(59)

l’acide lactique est piégé sous les bactéries englobées dans les glucanes

dent

= S.mutans

a c i d e L a c t i q u e lésion

carieuse

(60)

Streptococcus

mutans possède une grande faculté d’adaptation aux changements environnementaux

adaptation

 mécanismes physiologiques

ouverture de la porte lactate (Carlsson, 1984)

 mécanismes génétiques

induction rapide de polysaccharide synthétases (Hudson et Curtiss, 1990; Burne et al., 1997)

En période de jeûne :

Système PTS (PhosphoTransferase System)

 capture de sucres fermentescible à des [C] micro molaires

(61)

Tolérance acide

=

bactéries aciduriques

• bactéries fortement cariogènes :

L.casei, S. mutans peuvent croître à des

pH  4.0

Souvent couplée à une protection contre d’autres stress (forte osmolarité, stress oxydatif…)

Liée à une activité ATPase plus élevée

à une voie de réparation de l’ADN inductible à bas pH

(62)

Maladies parodontales

(63)

sain malade

gencive saine os sain

plaque, tartre poche

os diminué

maladies parodontales

(64)

maladie

parodontale

accumulation de plaque

réponse inflammatoire

sécrétions bactériennes

Maladies parodontales Biofilm dentaire : pouvoir pathogène

(65)

Transformation biofilm « sain » en biofilm pathogène

séquence d’évènements pas tous connus

En l’absence d’hygiène  dominance progressive par des spirochètes

gingivite en 2 à 3 semaines

Certaines espèces sont capables d’affaiblir les défenses immunitaires

Ex. Porphyromonas gingivalis

augmente le potentiel pathogène de la communauté bactérienne entière

(66)

➢ Micromonas micros

➢ Porphyromonas gingivalis

➢ Aggregatibacter actinomycetemcommitans

➢ Prevotella intermedia

➢ Fusobacterium nucleatum

➢ Tannerella forsythia

➢ Campylobacter rectus

➢ spirochètes (Treponema denticola)

(67)

Aggregatibacter

actinomycetemcommitans

Petit bacille ou coccobacille à Gram négatif.

anaérobie facultatif

Pouvoir pathogène

 Capacités d’adhérence (Fimbriae)

 Sécrétions de leucotoxines (destruction des polynucléaires neutrophiles et des monocytes)

 Sécrétions d’enzymes de destruction tissulaire (collagénases, phosphatases alcalines)

(68)

A. actinomycetemcommitans

➢ à progression rapide

➢ juvénile localisée

➢ réfractaire parodontite :

prévalence chez des sujets jeunes :

▪ fréquemment présent chez les sujets sains

▪ distribution géographique extrêmement variable

78 % chez des enfants vietnamiens

60 % à Panama chez des adolescents d'origine africaine 20-25 % aux Etats-Unis

13 % en Finlande

(69)

Porphyromonas gingivalis

anaérobie strict aérotolérant:

Elle se développe principalement dans les milieux à faible apport d’oxygène tels que les sites sous-gingivaux,

mais elle peut être également présente en faible proportion dans la salive ou sur les muqueuses buccales.

bacille ou coccobacille à Gram négatif.

(70)

Porphyromonas gingivalis

➢ à progression rapide

➢ juvénile généralisée

➢ associée au tabac parodontite

espèce dominante, en prévalence comme en nombre, dans une majorité de lésions des parodontites chez l'adulte

Pouvoir pathogène

 Capacités d’adhérence (Fimbriae nombreux et variés)

 Sécrétions d’enzymes protéolytiques (gingipaïnes)

(71)

Fusobacterium nucleatum

Bacille fusiforme, Gram négatif, anaérobie strict

Pouvoir pathogène

 co-agrégations et d’adhésion (LPS de la paroi)

Sécrétion de propionates et de butyrates qui inhibent la prolifération des fibroblastes gingivaux

(72)

➢ à évolution lente

➢ associée au V IH gingivite ulcéro-nécrotique

parodontite

= espèce la plus commune

dans les prélèvements sous-gingivaux, toutes conditions cliniques confondues

Fusobacterium nucleatum

(73)

Prevotella intermedia

➢ gravidique gingivites

parodontites du diabète insulino-dépendant

➢ ulcéro-nécrotique bacille Gram négatif, anaérobie strict

(74)

Spirochètes

Treponema denticola

peuvent constituer jusqu'à 50 % des bactéries de la plaque sous-gingivale

➢ gingivites ulcéro -nécrotiques

rares ou absents dans des sites sains

➢ parodontites de l'adulte

Gram négatif, anaérobie strict, mobile

(75)

Facteurs de virulence

• Facteurs contrôlant la colonisation

• Facteurs de destruction tissulaire

• Facteurs contrôlant les défenses immunitaires pili, fimbriae, PS extracellulaires, capsule

collagénases, protéases, hyaluronidases...

toxines : LPS

ammoniac, acides gras, amines, indoles

leucocidines, protéases actives contre les Ig et le complément

(76)

Facteurs de virulence

Rôle majeur des protéases bactériennes

(anaérobies strictes, gram -)

Absentes dans les conditions de bonne santé parodontale Accumulation de plaque dentaire sous-gingivale

 Environnement protéolytique

La présence de nombreuses protéines (fluide gingival, tissus parodontaux)

prolifération de la plaque

Ces protéases perturbation de certaines cytokines

 Persistance de la réponse inflammatoire

Dégrade IL 1b, IL6, TNFa

Ex. gingipaïne de P. gingivalis

Protège ces bactéries des leucocytes

(77)

Facteurs de virulence

Destruction tissulaire

Persistance du biofilm  réaction inflammatoire

 élargissement des espaces intercellulaires de l’épithélium + augmentation du nb de neutrophiles

libérés dans le sillon gingivo-dentaire

La barrière épithéliale devient + perméable

aux molécules bactériennes toxiques (LPS, protéases…)

(78)

Résistance des biofilms

aux molécules antibactériennes

• Augmentation de résistance variable selon les études

Porphyromonas gingivalis/ métronidazole : 160 fois >

• Mécanismes pas tous élucidés

• Pose problème dans le traitement des infections dues à un biofilm

Facteurs de virulence

(79)

La matrice protège physiquement les bactéries contre l'entrée des agents antimicrobiens

Mécanismes

➢ Protection passive : restriction de pénétration

les bactéries du biofilm sont moins actives métaboliquement,

➢ Protection métabolique : diminution du taux de croissance

moins réceptives aux agents antimicrobiens

➢ Protection active : élimination du biocide

➢ Protection génétique : expression de gènes nouveaux

Résistance des biofilms

aux molécules antibactériennes

(80)