Bactériologie Module - PDF

Module - Bactériologie Informations Auteur Monsieur Jean-Claude ROBERT : Professeur honoraire et Vice-doyen - Faculté d'odontologie de Rennes 1. Divers Date de création : 25/09/2012 2 Ta...

Module - Bactériologie Informations Auteur Monsieur Jean-Claude ROBERT : Professeur honoraire et Vice-doyen - Faculté d'odontologie de Rennes 1. Divers Date de création : 25/09/2012 2 Table des matières Présentation...................................................................................................................................................... 9 1. Chapitre 1 - Ecologie bactérienne et biofilm............................................................................................... 11 1.1. Ecosystème buccal.................................................................................................................................. 13 1.1.1. Notions d'écologie................................................................................................................................. 14 1.1.2. Equilibre - déséquilibre d'un écosystème.............................................................................................. 17 1.1.3. La bouche est un habitat varié.............................................................................................................. 20 1.1.3.1. Distribution des bactéries selon les habitats......................................................................................21 1.1.3.2. Facteurs physico-chimiques.............................................................................................................. 22 1.1.3.3. Facteurs nutritionnels......................................................................................................................... 25 1.1.3.4. Facteurs d'inhibition........................................................................................................................... 25 1.1.4. Adhérence............................................................................................................................................ 27 1.1.4.1. Types d'adhérence............................................................................................................................ 28 1.1.4.2. Dynamique de l'adhésion................................................................................................................... 29 1.1.4.3. Rapprochement................................................................................................................................. 30 1.1.4.4. Adhésion irréversible non sélective.................................................................................................... 30 1.1.4.5. Adhésion irréversible sélective........................................................................................................... 30 1.1.4.6. Médiateurs bactériens de l'adhérence...............................................................................................34 1.1.5. Mobilité bactérienne.............................................................................................................................. 37 1.2. Le biofilm ou plaque dentaire................................................................................................................... 39 1.2.1. Définition et types de plaque dentaire................................................................................................... 40 1.2.1.1. Plaque supragingivale et plaque sous-gingivale................................................................................41 1.2.1.2. Apparence clinique et détection......................................................................................................... 42 1.2.2. Structure et composition de la plaque................................................................................................... 44 1.2.2.1. Fraction cellulaire : les bactéries........................................................................................................ 45 1.2.2.2. Fraction acellulaire : la matrice.......................................................................................................... 45 1.2.3. Interactions bactériennes...................................................................................................................... 47 1.2.3.1. Interactions adhésives....................................................................................................................... 48 1.2.3.2. Interactions nutritionnelles................................................................................................................. 50 1.2.3.3. Synergisme et commensalisme bactérien.........................................................................................51 1.2.3.4. Antagonisme bactérien...................................................................................................................... 51 1.2.3.5. Communications interbactériennes.................................................................................................... 52 1.2.4. Métabolisme de la plaque..................................................................................................................... 53 1.2.4.1. Métabolisme glucidique..................................................................................................................... 54 1.2.4.2. Métabolisme des acides aminés et des protéines..............................................................................54 1.2.4.3. Métabolisme des lipides..................................................................................................................... 54 1.2.4.4. Ions divers......................................................................................................................................... 54 1.2.5. Rôle du biofilm...................................................................................................................................... 56 1.3. Acquisition de la flore buccale et formation de la plaque dentaire...........................................................57 1.3.1. La succession écologique et les étapes de la colonisation bactérienne...............................................58 3 1.3.2. Acquisition de la flore au cours de la vie...............................................................................................60 1.3.2.1. Installation de la flore avant l'éruption des dents...............................................................................61 1.3.2.2. Denture temporaire............................................................................................................................ 61 1.3.2.3. Denture mixte..................................................................................................................................... 62 1.3.2.4. Denture permanente.......................................................................................................................... 62 1.3.3. Formation du biofilm dentaire............................................................................................................... 63 1.3.3.1. Pellicule acquise................................................................................................................................ 64 1.3.3.2. Sélectivité de la colonisation.............................................................................................................. 64 1.3.3.3. Facteurs d'inhibition de la colonisation............................................................................................... 65 1.3.4. Dynamique de la formation................................................................................................................... 67 1.3.5. Accroissement de la diversité............................................................................................................... 69 1.3.6. Apogée de la communauté................................................................................................................... 72 1.3.7. Dissémination et essaimage................................................................................................................. 74 1.4. Calcification de la plaque......................................................................................................................... 75 2. Chapitre 2 - Principales bactéries buccales................................................................................................77 2.1. Bactéries à gram positif........................................................................................................................... 80 2.1.1. Bacilles à Gram positif, facultatifs......................................................................................................... 81 2.1.2. Bacilles à Gram positif, anaérobies...................................................................................................... 83 2.1.3. Cocci à Gram positif, facultatifs............................................................................................................. 85 2.1.4. Cocci à Gram positif, anaérobies......................................................................................................... 89 2.2. Bactéries à gram négatif.......................................................................................................................... 94 2.2.1. Bacilles à Gram négatif, anaérobies, non-mobiles................................................................................95 2.2.1.1. Bactéries à Pigmentation Noire (BPN)...............................................................................................96 2.2.1.2. Bactéries non pigmentées et saccharolytiques................................................................................101 2.2.2. Autres bacilles à Gram négatif, anaérobies, non-mobiles...................................................................101 2.2.3. Bacilles à Gram négatif, anaérobies, mobiles.....................................................................................102 2.2.4. Bacilles à Gram négatif, facultatifs, non-mobiles................................................................................103 2.2.5. Bacilles à Gram négatif, facultatifs, mobiles.......................................................................................105 2.2.6. Cocci à Gram négatif, anaérobies....................................................................................................... 107 2.2.7. Cocci à Gram négatif, aérobies ou facultatifs.....................................................................................108 2.3. Spirochètes............................................................................................................................................ 110 2.4. Mycoplasmes......................................................................................................................................... 111 3. Chapitre 3 : Pathologies buccales d'origine bactérienne..........................................................................112 3.1. Bactériologie de la carie......................................................................................................................... 114 3.1.1. Etiopathogénie de la carie dentaire..................................................................................................... 115 3.1.1.1. Courbe de Stephan.......................................................................................................................... 117 3.1.1.2. Facteurs étiologiques. Equilibre déminéralisation-reminéralisation..................................................118 3.1.1.3. Déminéralisation carieuse................................................................................................................ 120 3.1.2. L'association Streptococcus mutans - saccharose.............................................................................122 3.1.3. Les bactéries cariogènes chez l'homme............................................................................................. 123 3.1.4. Métabolisme des sucres par les bactéries cariogènes........................................................................126 4 3.1.4.1. Transport et entrée des sucres dans la cellule bactérienne.............................................................127 3.1.4.2. Catabolisme des glucides................................................................................................................ 127 3.1.4.3. Synthèse de polysaccharides.......................................................................................................... 129 3.1.5. Prévention antibactérienne en cariologie............................................................................................ 131 3.1.5.1. Le fluor............................................................................................................................................. 132 3.1.5.2. Emploi d’agents antibactériens........................................................................................................ 132 3.1.5.3. Les succédanés du sucre................................................................................................................ 133 3.1.5.4. Vaccin anti-carie.............................................................................................................................. 134 3.2. Infections endodontiques et périapicales...............................................................................................136 3.2.1. Les voies de l'infection........................................................................................................................ 137 3.2.2. L'infection endodontique..................................................................................................................... 139 3.2.2.1. Pathogénèse.................................................................................................................................... 140 3.2.2.1.1. Capacité à coloniser l'endodonte.................................................................................................. 141 3.2.2.1.2. Capacité à détruire les tissus........................................................................................................ 144 3.2.2.1.3. Capacité à échapper aux défenses propres à l'espace endodontique..........................................144 3.2.2.2. Composition et proportions de la flore endocanalaire......................................................................144 3.2.3. La réaction périapicale........................................................................................................................ 146 3.2.3.1. Pathogénèse.................................................................................................................................... 149 3.2.3.1.1. Colonisation du périapex.............................................................................................................. 150 3.2.3.1.2. Destruction locale......................................................................................................................... 150 3.2.3.2. Composition et proportions de la flore de l'abcès périapical............................................................150 3.2.4. Flore des infections endodontiques et périapicales en échec thérapeutique......................................150 3.2.5. Le diagnostic bactériologique............................................................................................................. 151 3.3. Bactériologies des maladies parodontales............................................................................................. 152 3.3.1. Analyse bactériologique de la flore des parodontopathies..................................................................155 3.3.1.1. Gingivites......................................................................................................................................... 156 3.3.1.2. Parodontites chroniques (anciennement parodontites de l’adulte)...................................................157 3.3.1.3. Parodontites agressives................................................................................................................... 158 3.3.1.4. Parodontite chez les sujets à statut médical compromis..................................................................159 3.3.1.5. Maladies parodontales nécrotiques (anciennement gingivite et parodontite ulcéro-nécrotiques aiguës / GUNA et PUNA)......................................................................................................................................... 160 3.3.2. Facteurs de virulence des bactéries parodontopathiques...................................................................161 3.3.2.1. Facteurs contrôlant la colonisation................................................................................................... 162 3.3.2.2. Facteurs de destruction tissulaire.................................................................................................... 162 3.3.2.3. Facteurs d'évasion des systèmes de défenses de l'hôte.................................................................163 3.3.2.4. Facteurs de virulence de Porphyromonas gingivalis........................................................................165 3.3.2.5. Facteurs de virulence de Aggregatibacter actinomycetemcomitans (anciennement Actinobacillus actinomycetemcomitans).............................................................................................................................. 167 3.3.3. Spécificité bactérienne dans l'étiologie des maladies parodontales....................................................168 3.3.4. Diagnostic bactériologique.................................................................................................................. 169 3.4. Implants et bactéries buccales............................................................................................................... 171 3.4.1. Analyse bactériologique de la flore péri-implantaire............................................................................172 5 3.4.1.1. Flore des sites péri-implantaires...................................................................................................... 173 3.4.1.2. Gingivite péri-implantaire................................................................................................................. 173 3.4.1.3. Parodontite péri-implantaire............................................................................................................. 174 3.4.2. Prévention des maladies péri-implantaires.........................................................................................175 3.5. Infections loco-régionales et métastases des infections bucco-dentaires..............................................176 3.5.1. Infections de voisinage...................................................................................................................... 177 3.5.2. Métastases infectieuses...................................................................................................................... 180 3.5.2.1. Endocardite infectieuse et autres manifestations cardio-vasculaires...............................................181 3.5.2.2. Infections diverses........................................................................................................................... 181 3.5.3. Inflammation métastatique par réaction immunitaire...........................................................................183 3.6. Bactériologie et autres disciplines odontologiques.................................................................................184 3.6.1. Microbiologie des prothèses fixées..................................................................................................... 185 3.6.2. Microbiologie des prothèses amovibles.............................................................................................. 185 3.6.2.1. Plaque prothétique des sujets sains................................................................................................186 3.6.2.2. Plaque et stomatite prothétique....................................................................................................... 186 3.6.3. Microbiologie en ODF......................................................................................................................... 187 3.6.3.1. Traitement avec appareil fixe........................................................................................................... 188 Glossaire....................................................................................................................................................... 189 Bibliographie................................................................................................................................................. 194 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 200 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 201 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 202 Annexe - Bactéries avec flagelles................................................................................................................. 203 Annexe - Remarque...................................................................................................................................... 204 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 205 Annexe - L’antibiose au sein de la plaque.................................................................................................... 206 Annexe - Les communications inter-cellulaires.............................................................................................208 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 209 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 210 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 211 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 212 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 213 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 214 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 215 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 216 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 217 Annexe - La formation du tartre.................................................................................................................... 218 Annexe - Bactéries avec flagelles................................................................................................................. 220 Annexe - Bibliographie.................................................................................................................................. 221 Annexe - La coloration de Gram................................................................................................................... 222 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 223 6 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 224 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 225 Annexe - Facteurs de virulence de S. mutans..............................................................................................226 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 227 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 228 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 229 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 230 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 231 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 232 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 233 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 234 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 235 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 236 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 237 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 238 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 239 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 240 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 241 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 242 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 243 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 244 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 245 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 246 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 247 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 249 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 250 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 251 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 252 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 253 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 255 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 256 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 257 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 258 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 259 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 260 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 261 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 262 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 263 Annexe - Précision........................................................................................................................................ 264 Annexe - Précision........................................................................................................................................ 265 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 266 7 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 267 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 269 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 270 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 271 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 272 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 273 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 274 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 275 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 276 Annexe - Exemple........................................................................................................................................ 277 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 278 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 279 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 280 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 281 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 282 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 283 Annexe - Solution......................................................................................................................................... 284 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 285 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 286 Annexe - En savoir plus................................................................................................................................ 287 8 Présentation Les caractéristiques du module Ce module traite de la bactériologie plus spécifiquement bucco-dentaire et de ses conséquences sur la santé générale. Les finalités et objectifs Les objectifs de ce module sont pour un étudiant d’être capable de : Définir l'écosystème buccal Connaître les particularités des biofilms Maîtriser les mécanismes d'équilibre ou de déséquilibre de la flore buccale Classer et classifier les principales bactéries impliquées en odontologie Décrire la flore plus spécifique des différentes pathologies buccales La démarche d'apprentissage Ce module est composé à la fois de contenus théoriques et des applications pratiques pour comprendre la mise en œuvre des actions de prévention et de soins dans la démarche de santé. Ce cours est adaptable aux différents niveaux de compétence que l'on veut acquérir. Le contenu du cours Chapitre 1 – Ecologie bactérienne et biofilm 1.1. Ecosystème buccal 1.2. Le biofilm ou la plaque dentaire 1.3. Acquisition de la flore buccale et formation de la plaque dentaire 1.4. Calcification de la plaque Chapitre 2 – Principales bactéries buccales 2.1. Bactéries à Gram positif 2.2. Bactéries à Gram négatif Chapitre 3 – Pathologies buccales d'origine bactérienne 3.1. Bactériologie de la carie 3.2. Infections endodontiques et périapicales 3.3. Bactériologies des maladies parodontales 3.4. Implants et bactéries buccales 3.5. Infections loco-régionales et métastases des infections bucco-dentaires 3.6. Bactériologie et autres disciplines odontologiques Les ressources d'apprentissage 9  La présentation du module, document que vous lisez actuellement, Un cours (bouton « Cours »), La description de l'ensemble des activités proposées dans ce module accessible par le bouton « Activités », Des ressources associées au cours accessibles par le bouton Ressources, pour en savoir plus et comprenant : des compléments de cours, des éléments bibliographiques, La possibilité d'imprimer le cours en format PDF, La mise à disposition d'autres éléments sera déterminée par le Collège d'enseignement 5803. Les évaluations Ce module ne fait pas l'objet d'évaluation en ligne. L'encadrement Il appartiendra au Collège 5703 de définir le type de tutorat qu'il entend mettre en place ainsi que les autres critères qui accompagneront l'apprentissage du cours Pour un problème d'ordre informatique, veuillez vous adresser directement au service d'aide technique. Les crédits Auteur : Jean Claude ROBERT Scénarisation : - L’auteur du module - Equipe d’Ingénierie du CIRM Université de Rennes 1 Production : - Equipe de production du CIRM Université de Rennes 1 10 1. Chapitre 1 - Ecologie bactérienne et biofilm Exercice : Cas clinique d’introduction au cours : Abcès apical A quoi correspond la voussure au niveau apical de la 11 ? Quelle peut en être la cause ? Décrivez les caractéristiques bactériologiques supposées. Cas clinique d'introduction Université de Rennes 1 Préambule L'approche écologique permet de comprendre la présence et l'action des innombrables microorganismes présents dans la cavité buccale de chaque être humain. Le tube digestif de chaque être humain abrite 100 000 milliards de bactéries - dix fois le nombre de nos cellules. Lors d'un colloque européen tenu à Paris du 19 au 21 mars 2012, les spécialistes ont annoncé que cette flore microbienne devait désormais être considérée comme un véritable organe et lui ont donné un nom : le "microbiote intestinal". Source de diverses affections, comme la maladie de Crohn ou l'obésité, il diffère d'un individu à l'autre. Au terme de microflore ou flore, on préfèrera le terme "microbiote". Microbiote 11  Le microbiote est l'ensemble des micro-organismes (bactéries, levures, champignons, virus) dans un environnement spécifique appelé microbiome [« aire biotique » (aire de vie) du microbiote]. Microbiome Le microbiome est l’environnement spécifique du microbiote. Métagénome Le métagénome est le génome du microbiote. cf. En savoir plus (Annexe - p.201) Ecologie L'écologie étudie les relations entre organismes différents, c'est la science biologique de la coexistence. La flore bactérienne de la cavité buccale est organisée sous forme de microbiote buccal, au sein duquel les bactéries établissent des interactions, tant entre elles qu'avec leur environnement, à savoir le milieu buccal. Biofilm Le biofilm est un film de micro-organismes d’une ou plusieurs espèces, adhérant à une surface submergée ou soumise à un environnement aqueux. Biofilm dans un tuyau PVC d’évacuation des eaux usées (1 et 2) Université de Rennes 1 12 1.1. Ecosystème buccal 13 1.1.1. Notions d'écologie Ecologie L'écologie est l'étude des relations des organismes entre eux et des organismes avec leur milieu. Ecosystème Un écosystème est un système d'interactions établies entre des groupes d'organismes et leur milieu physique ou inanimé. Un écosystème est composé de deux parties principales : la communauté biotique, qui comprend tous les organismes vivants de l'écosystème, et le milieu abiotique, qui comprend tous les éléments physiques et biochimiques de l'écosystème. Au sein d'un écosystème, les organismes s'agencent en groupes : Population Une population est un groupe d'individus de la même espèce vivant ensemble dans un même habitat. Communauté Une communauté est un groupe de populations, réunies de façon naturelle, vivant ensemble dans le même habitat. Habitat L'habitat d'un organisme est le site où il s'établit dans l'écosystème. Niche La niche d'un organisme désigne l'habitat qu'il occupe en même temps que le rôle qu'il y tient. La notion de niche englobe celle d'habitat et la complète par une notion de fonction. Espèces indigènes Les espèces indigènes sont les espèces habituellement présentes dans la bouche. Espèces indigènes majoritaires 14  Les espèces indigènes majoritaires sont les espèces présentes en grand nombre (1% et plus), ce qui rend leur détection facile par les méthodes classiques d'isolement et de culture. Espèces indigènes minoritaires Les espèces indigènes minoritaires sont normalement présentes mais en faible quantité (< 1%) ; leur détection requiert des techniques élaborées, ce qui explique qu'elles sont souvent ignorées ou irrégulièrement décrites. Les espèces indigènes, majoritaires et minoritaires, constituent ensemble la flore normale, encore appelée flore commensale. Autochtones Autochtones définit certaines espèces de la flore indigène exclusives à la cavité buccale. Allochtones Allochtones définit certaines espèces qui transitent occasionnellement par la cavité buccale sans s'y établir de façon durable ; elles appartiennent à la flore de passage. Une sélection périodique favorisera l’implantation de nouveaux clones. Tous les organismes d'un écosystème sont dépendants du milieu abiotique, mais sont aussi dépendants les uns des autres. Cette interdépendance au sein de la communauté biotique est particulièrement manifeste dans la recherche et l'utilisation de substances nutritives pour satisfaire leurs besoins énergétiques. Symbiose La symbiose définit une association étroite entre populations, qui existe sous trois formes : le mutualisme, le commensalisme, le parasitisme. Mutualisme Le mutualisme (synergisme) est une relation symbiotique dont deux populations tirent profit. Commensalisme Le commensalisme est une relation dont une population tire profit, alors que l'autre n'en subit aucun 15  préjudice et n'en retire aucun bénéfice. Parasitisme Le parasitisme est une relation symbiotique dont un organisme tire profit au détriment d'un autre. Il y a compétition entre deux organismes lorsque l'un et l'autre ont besoin de s'approprier la même ressource (espace, nutriment). On distingue deux types de compétition : La compétition entre populations d'espèces différentes est la compétition interspécifique : deux populations ne peuvent pas occuper la même niche écologique (principe d'exclusion compétitive). L'organisme le plus apte à utiliser une ressource commune finit par dominer l'autre, jusqu'à le faire disparaître de l'habitat. La compétition entre populations de la même espèce est la compétition intraspécifique. Ce type de compétition résulte de l'augmentation de la densité d'une population : plus le nombre des individus dans une population est élevé, plus la compétition est grande pour se partager les nutriments disponibles. La phase de plateau d'une courbe de croissance bactérienne en est l'illustration. L'épuisement du milieu consécutif à l'augmentation du nombre des individus, ne permet plus de croissance ultérieure. Une même espèce bactérienne peut aussi coloniser plusieurs sites avec des clones différents. Ces clones pourront continuer à coexister dans la bouche s’ils occupent des sites exclusifs. Ils entreront en compétition active lorsqu'un clone sera propagé jusqu'à un autre site. La compétition entre les clones résultera en une sélection périodique qui favorisera le clone le mieux adapté et fera disparaître le moins adapté. 16 1.1.2. Equilibre - déséquilibre d'un écosystème Une niche écologique peut être équilibrée par neutralisation des compétitions. Une modification de l'environnement entraine une modification des populations. Le schéma classique de la perturbation d'un écosystème cf. Mouton C. et Robert JC, Déséquilibre d’un écosystème / Habitats écologiques présente, sous une forme simplifiée, les mécanismes entraînant le passage de l'équilibre au déséquilibre ; ce schéma est général et peut s'appliquer à tout écosystème. Déséquilibre d’un écosystème / Habitats écologiques Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. Un lac présente un écosystème en équilibre. La communauté biotique est composée ici de 5 populations de poissons. Le milieu abiotique, enrichi par les effluents du lac fournit aux populations les éléments requis (nutriments, éléments physiques). Simultanément, ces populations rejettent dans le milieu leurs produits métaboliques, par exemple des acides et du gaz carbonique. La densité de chaque population est déterminée par la compétition entre espèces pour s'approprier les éléments disponibles dans le milieu abiotique ; l'écosystème est stable et en équilibre. Déséquilibre d’un écosystème / Habitats écologiques 17  Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. Et puis, un apport excessif d'un des éléments du milieu abiotique (nitrates, phosphates, etc.…) favorise une population particulière, parce qu'elle est mieux équipée que les autres pour tirer profit de la modification apportée. Cet avantage se traduit par une augmentation du nombre des individus de cette population, qui devient dominante, avec plusieurs conséquences. La première conséquence est le rejet en abondance d'un ou de plusieurs produits métaboliques, entraînant une nouvelle modification du milieu. La deuxième conséquence est la diminution en nombre ou la disparition d'une ou de plusieurs populations, incapables de soutenir les nouvelles conditions de compétition, ou inhibées par l'activité métabolique de la population devenue prédominante. On peut ainsi arriver à un nouveau milieu équilibré d'un état sain ou pathologique comme l'asphyxie d'un lac par prolifération d'algues, suite à un apport excessif de phosphates. Il en est de même pour l'écosystème buccal. Les changements d’habitat permettent à de nouvelles populations bactériennes de se développer. Plus le processus avance, plus la diversité et la complexité de la communauté microbienne augmentent. La succession s’interrompt dès lors qu’il n’y a plus de nouvelles niches disponibles pour de nouvelles populations. A ce stade, il existe une communauté relativement stable de microorganismes. Le concept de communauté stable ne veut pas dire que le système soit statique. Cette stabilité est basée sur une homéostasie, qui implique l’existence de phénomènes de régulation et de compensation. Ces mécanismes agissent alors pour maintenir un état stable en s’opposant aux perturbations qui seraient à l’origine de déséquilibres. Ce concept d’homéostasie et de succession bactérienne est important dans la microbiologie orale. Des facteurs, comme une alimentation riche en saccharose, peuvent causer un 18 déséquilibre irréversible dans l’homéostasie de l’écosystème buccal, avec pour conséquence l’initiation de lésions carieuses. Dans la cavité buccale, l’homéostasie doit être maintenue dans chaque niche écologique. Ainsi, les systèmes contrôlant le développement de la flore qui est associée aux surfaces dentaires et qui est à l’origine de la maladie carieuse, ne sont pas identiques à ceux contrôlant le développement d’une flore parodontopathique, et ces deux pathologies se développent indépendamment l’une de l’autre. L’homéostasie de la cavité buccale repose sur trois types de facteurs étroitement liés les uns aux autres : l’hôte, la flore et les facteurs exogènes. Les bactéries pathogènes n'induisent normalement pas de maladies chez le sujet sain mais chez les patients fragiles notamment aux défenses immunitaires altérés, ou au décours d'un traitement antibiotique. En savoir plus : Les bactéries pathogènes Les bactéries pathogènes spécifiques sont à l'origine de maladies infectieuses selon la formule : une maladie infectieuse, un germe spécifique exogène selon les postulats de Koch (qui sont actuellement discutés sous la lumière de la biologie moléculaire). Le pouvoir pathogène conditionne le type de maladie et va dépendre de l'espèce bactérienne responsable de l'infection. Par exemple, le choléra dont l'agent est Vibrio cholerae est une maladie complètement différente de la méningite à méningocoque. Cette notion de pouvoir pathogène est à distinguer de celle de virulence. La virulence est une notion quantitative alors que le pouvoir pathogène est une notion qualitative. Dans la cavité buccale, la flore commensale constitue une flore compatible avec l'état de santé bucco- dentaire. Mettant à profit un déséquilibre de l'écosystème auquel elles appartiennent, certaines bactéries commensales peuvent devenir pathogènes ; ce sont des bactéries pathogènes opportunistes. Le déséquilibre peut survenir par baisse de certains facteurs d'inhibition, l'hôte offrant un terrain fragilisé ou par augmentation importante d'un apport nutritionnel exogène. On peut donc expliquer par ce même schéma pourquoi S. mutans est devenu prédominant dans la bouche humaine à partir du XIVème siècle qui marque le début de la production de la canne à sucre. Le biofilm dentaire (plaque), constitue un milieu protecteur pour assurer la croissance de nombreuses populations qui y trouvent l'entraide nécessaire et les conditions écologiques. Ainsi, les antibiotiques y pénètrent peu du fait de la densité, ils peuvent se fixer à la surface du biofilm ou encore être détruits par les bactéries possédant une ß-lactamase qui vont ainsi protéger celles qui n'en n'ont pas. La présence d'oxygène en surface du biofilm inactive les antibiotiques aminoglycosylés. Au sein du biofilm la croissance est ralentie, or les ß-lactamines sont actives en cas de divisions intenses. 19 1.1.3. La bouche est un habitat varié L'écosystème buccal est constitué d'une multitude d'écosystèmes, chacun correspondant à un habitat, selon le degré de précision et l'intérêt que l'on veut lui porter. Ainsi par exemple, le fond de la poche mésiale d'une 26 est un habitat qui peut intéresser le parodontologiste. La cavité buccale, dans sa totalité, peut aussi être considérée comme un seul habitat, par exemple dans le cas d'une bouche polycariée. Trois grands facteurs expliquent que la bouche soit un habitat varié : le temps (tout au long de la vie), les sites anatomiques (avec les dents) et les conditions physico-chimiques. En savoir plus : Déterminants anatomiques Le milieu buccal varie aussi en fonction des sites anatomiques. Si l'on peut s'attendre à ce que les conditions de croissance des bactéries varient peu selon les régions buccales (vestibule, palais, plancher de la bouche), il en va tout autrement entre la surface des muqueuses et celle des tissus durs dentaires. Les muqueuses des joues et des gencives, dont l'épithélium est non kératinisé, constituent des surfaces desquamantes. Cette desquamation entraîne une élimination constante des germes fixés aux cellules épithéliales de surface. A l'opposé, les dents offrent des surfaces non desquamantes qui, elles mêmes, varient entre les surfaces lisses, les faces occlusales, les faces proximales et les collets. De tous les sites de la bouche, l'espace gingivo-dentaire constitue un écosystème d'intérêt majeur. Le sillon gingivo-dentaire rassemble plusieurs types de surfaces : une paroi dure et une paroi épithéliale. Celle-ci est elle même constituée de plusieurs épithéliums : épithélium de gencive marginale kératinisé, épithélium du sillon non kératinisé, épithélium de jonction, assurant la sertissure de la gencive autour de la dent. A la complexité anatomique de ce site s'ajoute un élément physiologique qui contribue à définir le milieu abiotique propre à l'espace gingivo-dentaire : le fluide du sillon gingival. Tous les éléments abiotiques artificiels buccaux peuvent être colonisés : les prothèses fixes, les appareils orthodontiques, les matériaux de comblement esthétique ou biomatériaux à visée cosmétique ou esthétique, etc. Les déterminants écologiques vont expliquer la formation de structures tridimensionnelles complexes. Ils permettent d'expliquer la composition du monde bactérien propre à la cavité buccale, et plus particulièrement dans la multitude d'habitats qui la composent. 20 1.1.3.1. Distribution des bactéries selon les habitats La cavité buccale est un habitat complexe, auquel les dents, la salive, et le fluide gingival confèrent un caractère unique. La distribution des streptocoques dans la bouche illustre bien le tropisme de chacune des espèces de ce groupe pour son habitat préférentiel. La charge bactérienne totale est très variable d'un site à l'autre. On compte de 5 à 50 bactéries par cellule épithéliale de la joue, alors qu'une cellule épithéliale de la langue peut en compter jusqu'à 100. L'épithélium buccal peut être kératinisé (gencive), les kératinocytes contribuant à l'élimination des bactéries, ou non (sillon gingivo-dentaire), les bactéries pouvant adhérer et pénétrer. Kératinocyte en voie d’élimination (Microscopie à balayage) Université Rennes 1 Le dos de la langue du fait de sa morphologie et du passage des aliments, constitue une bonne réserve de bactéries aérobies et anaérobies. Elles y sont plus nombreuses que sur les autres muqueuses (100/cellule). Il y a, en moyenne, 108 bactéries par ml de salive et 108 bactéries par mg de biofilm nouvellement formé. Distribution des streptocoques dans la bouche Joue Langue Salive Plaque supra Plaque sous gingivale gingivale S. mutans N.D. N.D. + ++ + S. sanguinis ++ + ++ +++ ++ S. mitis +++ +++ +++ ++ +++ 21  S. salivarius + +++ +++ + N.D. Les données du tableau indiquent que l'habitat préférentiel des streptocoques du groupe mutans est la plaque supragingivale, où il compte pour 13% des streptocoques, et qu'il est inexistant sur la joue et la langue. A l'opposé, Streptococcus salivarius est quasiment absent de la plaque dentaire, mais présent en grand nombre dans le fluide buccal (salive) et sur la langue. L'espèce Streptococcus mitis est ubiquitaire, avec une prédilection pour les surfaces muqueuses. Les cryptes papillaires de la langue peuvent constituer des réservoirs pour différentes souches pathogènes ; ainsi 84% des enfants présentent des staphylocoques à la surface de la langue, dont 33% sont Staphylococcus aureus. 1.1.3.2. Facteurs physico-chimiques Ces facteurs varient dans le temps et entre sites proches les uns des autres. Température : Elle est en moyenne de 34 à 36°C. Les bactéries prédominantes sont de type mésophilique (25- 40°C). Elle subit de très fortes variations, en particulier sur la langue, avec des extrêmes de 0°C à 60°C. La fin d'un repas peut associer crème glacée et café. Les bactéries orales supportent une grande différence de température de l’état congelé (-70°) à la température de 120°C pour être détruites en chaleur humide en 15 minutes. En savoir plus : Température Durant l’alimentation, les microorganismes colonisant ces sites sont exposés au bol alimentaire chaud ou froid et doivent s’adapter à des variations extrêmes de température. Il n’y a pas de données sur l’effet de cette courte période de variation de température sur le métabolisme des bactéries orales. La température peut également affecter d’autres facteurs ou paramètres importants de la cavité orale comme le pH, l’activité ionique, l’agrégation des macromolécules ainsi que la solubilité des gaz. On retrouve dans les poches parodontales avec une infection active une température plus élevée qui peut atteindre jusqu’à 39°C, comparée à celle des sites sains (en moyenne de 36,8°C). De tels changements dans la température affecte l’expression de certains gènes chez des parodonto- pathogènes tels que Porphyromonas gingivalis. Facteurs physico-chimiques, nutritionnels et métaboliques de la bouche 22  Université Rennes 1 Humidité : La salive totale et le fluide gingival saturent en humidité le milieu buccal. Le débit salivaire de 0,40 ml/min au repos peut passer, en l'espace de quelques secondes, à plus de 3 ml/min. Une hyposialie ou une asialie entraînent des modifications considérables de la flore, causes fréquentes de pathologies. En savoir plus : Humidité Les surfaces orales sont constamment baignées par le fluide oral (ex salive totale), qui trouve son origine dans les diverses sécrétions salivaires (parotidiennes, sous-mandibulaires, sub-linguales et mineures), enrichi par l’exsudation du fluide gingival. Le fluide oral est essentiel dans le maintien de l’écosystème buccal puisqu’il procure de l’eau, des nutriments, des facteurs d’adhérence, et des facteurs antimicrobiens. L’environnement supra-gingival est plutôt baigné par de la salive, tandis que l’environnement sous-gingival (sillon gingivo-dentaire) l’est plutôt par le fluide gingival. Concentration en ions hydrogène (pH) : La majorité des bactéries buccales ont un pH optimal de croissance entre pH 6 et pH 7,8. Le pouvoir tampon de la salive stabilise le pH des différents habitats de la cavité buccale qui sont accessibles à ce fluide. Dans le sillon gingivo dentaire, le pH est compris entre 7 et 8,5. La présence d'urée dans le fluide 23  gingival favorise la formation d'ammoniaque et de ce fait contribue grandement à l'alcalinisation du sillon gingivo-dentaire. Dans les poches parodontales, un pH alcalin exerce une pression sélective et favorise l'évolution tartrique. Dans les bouches carieuses, en présence de sucres fermentescibles, certaines bactéries dites acidogènes, produisent de grandes quantités d'acides qui vont abaisser le pH (pH 4 à 5,5). Dans le milieu acide ainsi obtenu, seules certaines bactéries dites aciduriques sont capables de survie. Les bactéries cariogènes sont des bactéries à la fois acidogènes et aciduriques. En savoir plus : Concentration en ions hydrogène (pH) De fréquentes prises de sucres favorisent la croissance de bactéries aciduriques comme les Lactobacillus et S. mutans, et prédisposent à la formation de caries. Une augmentation de la colonisation par S. mutans peut être montrée par simple rinçage de la cavité buccale avec un tampon à pH bas. Des études in vitro ont montré que des diminutions progressives de pH dans des cultures pulsées en glucose favorisent S. mutans et Lactobacillus, alors que les populations de S. sanguinis, S. mitis, P. intermedia, et F. nucleatum diminuent. Lorsque le pH du chémostat est contrôlé à pH 7,0, le pulse de glucose à peu d’effet sur les populations microbiennes, suggérant que c’est le pH bas généré par le métabolisme des hydrates de carbone, et non leur disponibilité, qui est responsable du changement « shift » dans la composition de la flore orale in vivo. Potentiel d'oxydo-réduction (Eh) : Il traduit la capacité d'un milieu à oxyder ou à réduire une molécule par addition ou soustraction d'électrons. Dans la majorité des habitats microbiens, l'oxygène est l'accepteur d'électrons le plus commun et le plus facilement réduit, et sa présence entraîne une oxydation du milieu. La concentration en oxygène est le facteur limitatif le plus important pour la croissance des bactéries anaérobies. Le niveau d'oxydation ou de réduction se mesure par le potentiel redox (Eh), exprimé en mV. Un Eh positif (milieu oxydé) traduit des conditions d'aérobiose, favorables aux bactéries aérobies. Un Eh négatif (milieu réduit) traduit des conditions d'anaérobiose, favorables aux bactéries anaérobies. Des mesures effectuées in situ à l'aide de microélectrodes à divers sites de la cavité buccale ont révélé des variations du Eh reflétant les flores microbiennes présentes. - Surface de l'émail, Eh = +200 mV ; - Accumulation de plaque de sept jours, Eh = -140 mV ; - Poches parodontales Eh = - 300 mV (forte proportion de germes anaérobies). Gaz : La pression partielle d'oxygène dans l'air est de 21%. Elle peut tomber à 1 à 2% dans une poche parodontale. La concentration en CO2 est plus forte dans la cavité buccale que dans l'air à cause d'une grande différence de pression partielle en CO2 entre la salive et l'air. Ce gaz est indispensable à la croissance et à l'implantation de certaines bactéries, dites capnophiles comme Capnocytophaga. Certaines bactéries peuvent produire des composés sulfurés volatils : hydrogène sulfuré et méthyl mercaptan, responsables pour une bonne part de l'halitose. H2S jouerait un rôle dans la résistance aux antibiotiques. Exercice : Cas clinique d'application 24  Facteur physique du parodonte Comprendre pourquoi un habitat peut constituer une niche particulière. Cet habitat est-il le même pour une incisive ou pour une dent de sagesse ? Solution (cf. Annexe - Solution - p.202) 1.1.3.3. Facteurs nutritionnels Les populations représentées dans une communauté microbienne dépendent pour leur survie des nutriments disponibles dans l'habitat. La présence d'une espèce bactérienne donnée dans un site particulier indique donc qu'elle trouve dans cet habitat les ressources qui sont nécessaires au métabolisme de la bactérie : sucres, acides aminés, protéines, vitamines et facteurs de croissance. L'approvisionnement de l'habitat en ces éléments nutritifs est soit endogène, soit exogène. L'apport endogène, sous forme d'acides aminés ou de protéines pour les bactéries protéolytiques, provient, d'une part, des tissus de l'hôte [Exemple]1 et, d'autre part, de la salive et du fluide gingival, qui ensemble constituent l'habitat. Le fluide gingival, riche en protéine (70 g/l soit équivalent au plasma) apporte, en plus, des vitamines, des facteurs de croissance, par exemple la vitamine K et ses dérivés, l'oestradiol, la progestérone et l'hémine, qui sont requis pour la croissance de certaines bactéries à Gram négatif (P. gingivalis). Le métabolisme de certaines bactéries déjà en place va, de plus, fournir à d'autres bactéries des nutriments qui leur sont nécessaires. Ainsi, les fusobactéries procurent aux spirochètes la spermine dont ils ont besoin ; de même, le lactate de S. mutans est utilisé par Veillonella. L'apport exogène est essentiellement le fait du transit des aliments par la cavité buccale. Les sucres fermentescibles et en particulier le saccharose, d'origine exogène, ont un rôle clé en ce qui concerne l'acidogénèse et la synthèse de polysaccharides ; ils favorisent l'établissement d'une flore acidurique dans la plaque supragingivale. Par contre la salive pénètre peu dans la poche parodontale et, par conséquent, l'alimentation a peu d'effet direct sur la composition bactérienne sous-gingivale. 1.1.3.4. Facteurs d'inhibition Un grand nombre de facteurs antibactériens, inhibant le développement des bactéries, sont présents dans le milieu buccal et influencent donc l'équilibre de l'écosystème. Ils tirent essentiellement leur origine de la salive et du fluide gingival. S'y ajoute un autre mécanisme qui prend son origine dans la communauté biotique elle- même : l'antagonisme bactérien. La salive assure la chasse et le lavage, aidée en cela par l'attrition masticatoire. A cette inhibition purement mécanique s'ajoute celle de facteurs antibactériens biochimiques et immunologiques : le lysozyme, le 1 Par exemple collagène du tissu conjonctif. 25 système lactopéroxydase-ions thiocyanate, la lactoferrine, les immunoglobulines. En savoir plus : Les facteurs antibactériens salivaires Le lysozyme provoque la lyse des bactéries en hydrolysant les liaisons ß(1 —> 4)-glycosides des peptidoglycanes, constituants majeurs de la paroi. Le système lactopéroxydase-ions thiocyanate, en présence d'H 2O2, entraîne la production d'ions hypothiocyaneux, qui inhibent la croissance d'une grande variété de bactéries à Gram + et à Gram -. Les peroxydases peuvent s'adsorber en surface de l'émail et en présence de ses cofacteurs, inhiber certaines enzymes-clés de la glycolyse (ex. hexokinase). La lactoferrine, chélateur du fer, épuise le milieu en cet oligo-élément qui est un cofacteur indispensable à la croissance bactérienne. Le pouvoir inhibiteur de la salive sur les bactéries s'exerce aussi par l'intermédiaire d'immunoglobulines. Les IgG et IgM d’origine sérique du fluide oral, déversées dans la salive par le fluide gingival, n'ont qu'un rôle négligeable. Ce sont surtout les IgA sécrétoires (IgAs), prédominantes dans la salive, qui exercent un effet inhibiteur en empêchant la fixation des bactéries sur les tissus (rôle d'enduit antiseptique) ou en provoquant une agglutination des bactéries, qui facilite leur élimination par le flot salivaire. Des glycoprotéines salivaires, distinctes des immunoglobulines, exercent aussi un effet d'agglutination. Tous ces facteurs d'agglutination peuvent également favoriser l'adhérence bactérienne lorsqu'ils sont incorporés à la pellicule acquise. - Dans l'espace gingivo-dentaire, ce sont les molécules et les cellules de l'immunité qui exercent un contrôle des populations bactériennes. Il s'agit des immunoglobulines IgG, IgM, IgA du fluide gingival d’origine sérique, du complément, et des polynucléaires neutrophiles accumulés dans le sillon gingival. Ces cellules exercent leur fonction protectrice par phagocytose des bactéries. Par contre, elles peuvent être à l'origine de phénomènes inflammatoires en libérant leurs enzymes lysosomiales dans le sillon gingivo dentaire. - L'antagonisme bactérien. Des populations bactériennes peuvent être inhibitrices pour d'autres populations par divers mécanismes. Ce type d'interaction sera vu plus tard. 26 1.1.4. Adhérence Adhérence L’adhérence est la capacité d'une bactérie de se fixer à un substrat. Distinguons l'adhérence de la rétention, de l'adhésion et de l'attachement. L'adhérence et l'attachement sont souvent confondus. L'adhérence est un facteur écologique primordial, car une bactérie ne pourra se multiplier, et ainsi être à l'origine de phénomènes pathologiques, que si elle a pu se fixer préalablement à une surface. L'adhérence est le résultat d'une série de mécanismes actifs. Rétention La rétention est un phénomène passif : une bactérie peut se retrouver prisonnière d'une anfractuosité de la surface de l'émail. Adhésion L'adhésion est le processus dynamique permettant à une bactérie de passer de l'état libre à l'état fixé. 27 1.1.4.1. Types d'adhérence Dans la cavité buccale, trois substrats sont disponibles à la fixation des bactéries, définissant par là même trois types d'adhérence : adhérence à une surface dure, adhérence à une cellule épithéliale, adhérence à la surface d’une bactérie. L'interaction bactérie-substrat ne concerne pas la phase minéralisée elle-même ; elle se fait par pellicule interposée. Ce type d'adhérence est stable, puisqu'il s'agit d'une surface non desquamante. C'est une caractéristique fondamentale. Adhérence des bactéries à l’émail Université Rennes 1 Cette stabilité des bactéries fixées favorisera la formation d'une communauté bactérienne multi- couche typique de la plaque dentaire. L'adhérence à une cellule épithéliale : - Elle est propre aux surfaces muqueuses. - Elle permet l’élimination des bactéries. Kératinocyte desquamant Université Rennes 1 L'adhérence à la surface d'une bactérie déjà en place ou adhérence interbactérienne (aggrégation ou 28  coaggrégation) : Elle peut être homotypique. Elle assure la cohésion entre partenaires d'un même clone au sein de la même espèce, constituant des micro-colonies au sein d'une communauté. P. gingivalis sur support métallique Université Rennes 1 Elle peut être hétérotypique entre bactéries de genres ou d'espèces différents. L'exemple le plus caractéristique est l'agrégation entre morphotypes différents, connue sous le nom de structures en épis de maïs. 1 et 2 Structures en épis de maïs dans la plaque d’un enfant Université Rennes 1 Certaines bactéries peuvent se fixer aux érythrocytes et provoquer leur agglutination : c'est l'hémagglutination. Cette propriété est souvent mise à profit en laboratoire pour l'étude des mécanismes d'adhésion aux cellules eucaryotes. 1.1.4.2. Dynamique de l'adhésion L'adhésion d'une bactérie à un substrat se déroule en deux phases, une phase réversible, à laquelle 29 succède une phase irréversible. Cette distinction est purement didactique, car en réalité, la fixation, la croissance, l'élimination, puis une nouvelle fixation de bactéries se succèdent en un processus continu dans un système en constant remaniement. 1.1.4.3. Rapprochement Comme toute particule à proximité d'une surface, une bactérie subit l'influence de forces qui peuvent être contradictoires, faisant que la bactérie est maintenue à proximité de la surface ou qu'elle en est écartée. Le rapprochement de la bactérie et de son substrat est le résultat de toutes les forces mécaniques qui s'exercent sur la bactérie dans la cavité buccale, comme les mouvements buccaux, de la langue, des joues, l'agitation brownienne, la gravitation, les courants salivaires, et parfois, de sa propre mobilité ; l'attraction devient plus forte que la répulsion. La répulsion électrostatique l'éloigne. En effet la surface bactérienne et la surface buccale sont garnies de charges négatives. 1.1.4.4. Adhésion irréversible non sélective Les interactions électrostatiques, par cations divalents, en particulier Ca++, établissent un pont entre une charge négative de la bactérie et une charge négative du substrat. Les interactions hydrophobes, établies entre séquences moléculaires à caractère hydrophobiques présentes à la surface de la bactérie et du substrat assurent un environnement stable qui permet à d'autres interactions faibles de se produire : on parle alors de coopération positive. 1.1.4.5. Adhésion irréversible sélective Un pontage irréversible va s'établir entre la bactérie et son substrat, si aucune force extérieure démesurée ne vient le rompre : En savoir plus : Adhésion irréversible sélective Un quart d'heure après la colonisation initiale des biopolymères sont synthétisés par les bactéries assurant leur attachement irréversible. Ainsi Pseudomonas aeruginosa synthétise de l'alginate (polymère linéaire de ß-1, 4-acide D-mannuronique). Des modifications physiologiques qui par exemple après une mobilité de la bactérie, remplace les flagelles par des éléments d'attachement tels que des pili de type IV chez Pseudomonas putida. Les interactions spécifiques, responsables de liaisons fortes et sélectives sont dues aux adhésines. Adhésine 30  L’adhésine est une molécule adhésive bactérienne jouant le rôle de ligand dans une interaction de type ligand-récepteur. La catégorie la plus connue d'adhésines bactériennes est représentée par les lectines. Lectine Une lectine est une protéine capable de se fixer électivement à un sucre spécifique. Adhérence bactérienne, adhésine spécifique Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. Adhérence par cations et adhésines 31  Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. Adhérence par chaines polysaccaridiques et la glucosyl transferase Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. On retrouve des adhésines sur les fimbriae et sur les flagelles. 32 Les lectines représentent une des différentes catégories d’adhésines bactériennes souvent rencontrées, elles se fixent de façon spécifique à un récepteur saccharidique. D’autres adhésines peuvent se lier à des récepteurs protéiques. Les protéines (PRPs), sont des protéines salivaires acides, riches en proline, auxquelles se fixent des adhésines. Ces molécules (PRPs) subissent des changements conformationnels quand elles sont adsorbées à la surface de l’émail. Ces modifications structurales ont pour effet d’exposer certains segments moléculaires qui n’étaient pas accessibles quand les PRPs étaient en solution dans la salive. Ces récepteurs cachés, qui deviennent accessibles aux adhésines bactériennes quand ils sont adsorbés à l’émail, sont appelés « cryptitopes ». Ce mécanisme évite l’agrégation bactérienne dans la phase planctonique, ne compromettant pas par conséquent le processus de formation du biofilm dentaire. Les adhésines (qui reconnaissent les cryptitopes) fournissent un avantage sélectif aux microorganismes qui colonisent une dent. Une autre forme d'interaction spécifique est celle d'enzyme-substrat. L'exemple le mieux documenté est celui de S. mutans, où l'enzyme glucosyl-transférase intégrée à la surface de la bactérie synthétise des polymères de type glycane en présence de saccharose. Le glycane est fortement adhésif à la surface dentaire et la liaison de la glucosyl-transférase avec le polymère maintient la cellule sur la dent. Exercice : Cas clinique d'application Sélectivité de l'adhérence Question : Sur ce cliché pouvez-vous expliquer les phénomènes de sélectivité ? Cas clinique d'application Université Rennes 1 33  Solution (cf. Annexe - Solution - p.202) 1.1.4.6. Médiateurs bactériens de l'adhérence La surface bactérienne contient tous les éléments, soit structuraux, soit moléculaires, qui sont les médiateurs bactériens de l'adhérence. Fimbriae Les Fimbriae sont des appendices extracellulaires responsables de l'adhérence bactérienne en établissant un pont entre le corps bactérien et la surface à coloniser. Les fimbriae permettent d'établir un contact, quoique la bactérie soit encore à distance de son substrat de fixation. Ils permettent ainsi le passage de la phase réversible à la phase irréversible au cours du processus de fixation d'une bactérie. On retrouve ces fimbriae chez les bactéries à Gram positif et à Gram négatif. Les fimbriae sont constitués de protéines polymérisées sous forme de filaments. Le filament porte des adhésines sur des chaînes glycoprotéiques latérales. Il peut exister plusieurs types de fimbriae sur la même cellule. Ainsi, chez Actinomyces viscosus, deux types de fimbriae peuvent coexister : le type I permet la colonisation des tissus durs, le type II, la colonisation des tissus épithéliaux. Dès que le contact a eu lieu, les adhésines fimbriales maintiennent la bactérie à proximité de la surface, permettant à de nouvelles forces d'attraction d'entrer en jeu : pont hydrogène, formation de paires ioniques, interaction de dipôle à dipôle, etc., et à d'autres adhésines de se manifester. Adhérence 34  Un glycocalyx assure l’attachement de ces streptocoques sur leur support. Des fimbriae assurent l’adhérence de bactéries à une cellule épithéliale. Université Rennes 1 Le Glycocalyx Le Glycocalyx est une matrice sécrétée par la cellule bactérienne et qui va l'entourer, lui donnant un caractère hydrophile. Le Glycocalyx est composé de polysaccharides ou de glycoprotéines. Le glycocalyx de bactéries comme S. mutans est constitué d'homopolysaccharides extracellulaires du type dextrane ou glycane. La capsule décrite chez certaines bactéries, et la pseudo-capsule chez d'autres, serait peut-être un glycocalyx de faible épaisseur composé de glycoprotéines fibrillaires tressées, étroitement associées à la surface bactérienne. Le glycocalyx peut combler l'espace entre bactérie et substrat et les adhésines qu'il contient permettront une fixation irréversible au cours du processus de la fixation d'une bactérie. Rôle des structures externes Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. 35  Rôle des structures externes Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. L'acide lipoteichoïque (LTA, pour lipoteichoic acid) est une molécule linéaire intégrée à la paroi des bactéries à Gram positif. Le LTA est composé de glycéro-phosphate, d'un monosaccharide et d'un acide gras. Cette molécule est dite amphipathique, puisqu'elle est constituée d'un domaine hydrophile (glucidique) et d'un domaine hydrophobe (lipidique). La partie hydrophobe est insérée dans la membrane cytoplasmique, tandis que la partie hydrophile émerge de la paroi après l'avoir traversée. Les charges négatives de la portion hydrophile vont interagir avec la surface électronégative de la pellicule par l'intermédiaire d'un cation bivalent, le plus souvent Ca++. [élément disponible uniquement dans la version en ligne du module] 36 1.1.5. Mobilité bactérienne Certaines bactéries sont dotées d'un caractère physiologique particulier qui leur permet de se déplacer de manière autonome : la mobilité (ou motilité). Grâce à leur mobilité, certaines bactéries ont l'avantage de pouvoir se déplacer vers l'habitat qui leur est plus propice. On reconnaît 3 types de motilités : 1. Par rotation de la cellule (spirochètes - treponemes), Spirochète sur une hématie dans la plaque d’un enfant Université Rennes 1 2. Par reptation (Capnocytophaga), 3. Par appendices externes : les flagelles (Selenomonas). Les bactéries avec flagelles 37  Les flagelles sont situés dans la concavité de la bactérie. Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994. cf. Bactéries avec flagelles (Annexe - p.204) 38 1.2. Le biofilm ou plaque dentaire Le terme générique de biofilm dentaire est utilisé pour décrire les communautés qui vont s’établir dans chaque site en fonction des déterminants écologiques. Il a remplacé depuis les années 70 le terme de plaque dentaire ou plaque bactérienne. A proprement parler, il s'agirait plutôt de "plaques dentaires", puisque ces communautés se caractérisent différemment selon leur localisation (surface dentaire lisse, sillons et fossettes de la face occlusale, sillon gingivo- dentaire), leur composition bactériologique, leurs activités métaboliques et leurs éventuelles incidences pathologiques sur l'odonte, l'endodonte ou le parodonte. 39 1.2.1. Définition et types de plaque dentaire Le biofilm dentaire Le biofilm dentaire est une communauté de micro-organismes, bactéries aérobies et anaérobies (10 8 à 109/mg), adhérente aux surfaces buccales (dentine, émail, cément, prothèses, restaurations dentaires) enrobées dans une matrice intercellulaire de polymères muco-protéique d'origine microbienne et salivaire. Le biofilm : Il pourra être éliminé par brossage, mais se reconstituera sur la Pellicule Acquise Exogène (PAE). Il constitue un dépôt mou, adhérent, tenace, terne, et de couleur blanc-jaunâtre, à la surface des dents et des matériaux dentaires couramment utilisés. Ce dépôt se forme en quelques heures et ne peut être éliminé par un jet d'eau sous pression. Ce simple geste permet de différencier la vraie plaque dentaire de la materia alba, constituée de débris alimentaires, de leucocytes en voie de désintégration, de cellules épithéliales desquamées et de microorganismes. Ce biofilm est présent en permanence chez tous les sujets, mais varie quantitativement d'un individu à l'autre et selon les endroits d'une même bouche. L'accumulation est plus importante dans les zones inaccessibles ou peu accessibles au brossage et sous la zone de plus grand contour. Par contre, elle est absente des surfaces concernées par la friction au cours de la mastication (cuspides). 40 1.2.1.1. Plaque supragingivale et plaque sous-gingivale On reconnaît plusieurs types de plaque dentaire selon sa localisation (plaque des sillons, plaque des surfaces lisses), ses propriétés (adhérente ou peu adhérente), et son potentiel pathogénique (cariogénique ou parodontopathique). Rapports des plaques supra-gingivale et sous-gingivale et incidences pathologiques Université Rennes 1 d’après Mouton C. et Robert JC, 1994 Toutefois, une différence fondamentale sur le plan de l'écologie buccale amène à reconnaître deux principaux types de plaque correspondant à deux microenvironnements radicalement distincts : la plaque supragingivale et la plaque sous-gingivale. L'environnement supragingival est baigné par la salive, tandis que l'environnement sous-gingival est baigné par le fluide du sillon gingival. L'environnement supragingival est surtout aérobie, alors que l'environnement sous-gingival est presque exclusivement anaérobie. L'espace sous-gingival a la forme d'un cul-de-sac, sans chasse liquidienne, et les forces mécaniques 41 susceptibles de désagréger les populations bactériennes établies y sont rares. Au contraire, les zones supragingivales sont balayées continuellement par la salive, exposées à tous les mécanismes d'attrition propres à la cavité buccale (mastication, déglutition, phonation) et directement accessibles aux mesures d'hygiène. 1.2.1.2. Apparence clinique et détection La distinction clinique entre les deux types de plaque, supragingivale et sous-gingivale, se fait par rapport au liseré gingival. Cette démarcation est tout à fait arbitraire, puisque l'on conçoit aisément qu'il y a passage progressif d'un environnement à l'autre et d'une communauté à l'autre. La plaque supragingivale est celle que l'on retrouve sur la couronne dentaire. On peut distinguer la plaque des surfaces lisses, la plaque des faces proximales, la plaque des fosses et sillons occlusaux. Lorsqu'elle est peu épaisse, elle est invisible à l'oeil nu. L'accumulation la plus importante se fait dans les zones inaccessibles aux mesures d'hygiène dentaire, dites "zones non nettoyables" : sous la ligne de plus grand contour et dans les espaces interproximaux. Elle est le plus souvent absente des surfaces concernées par la friction au cours de la mastication (cuspides). Les quantités de plaque dans une bouche varient en fonction du degré d'hygiène de l'individu : 5 à 20 mg si l'hygiène buccale est satisfaisante ; 50 à 200 mg, et plus si l'hygiène est négligée. En savoir plus : La quantité de plaque La seule méthode réellement quantitative permettant de mesurer l'accumulation de plaque exige que l'on collecte d'abord celle-ci pour la peser ensuite. Des méthodes plus simples permettent toutefois une appréciation semi-quantitative : ce sont les indices de plaque. Ils ont un intérêt en épidémiologie et pour le contrôle de l'hygiène buccale. Indice de plaque de Loë et Silness Il s'agit d'une évaluation du volume de plaque accumulée sur la dent entre le liseré gingival et la ligne de plus grand contour : 0 : Pas de plaque 1 : Ne se détecte qu'en râclant la surface coronaire à l'aide d'une sonde 2 : Visible à l'oeil nu 3 : Dépôt abondant remplissant l'espace entre dent et gencive marginale Indice de Qigley-Hein Il s'agit d'une évaluation de la surface coronaire couverte, après coloration : 0 : Pas de plaque 1 : Taches isolées 42  2 : Liseré le long de la gencive marginale 3 : Plaque limitée au 1/3 gingival de la couronne 4 : Plaque limitée au 2/3 gingival 5 : Plaque atteignant le 1/3 occlusal La plaque sous gingivale est accumulée dans le sillon gingivo-dentaire. Elle ne peut être diagnostiquée de visu parce qu'elle est masquée par la gencive. Elle est moins adhérente et moins dense que la plaque supragingivale. 43 1.2.2. Structure et composition de la plaque Une analyse biochimique de la plaque révèle qu'elle est composée à 80% d'eau et à 20% de solides : protéines, glucides, lipides et minéraux. L'observation en microscopie optique, par exemple en contraste de phase, d'un échantillon de plaque immédiatement après son prélèvement, par simple montage humide entre lame et lamelle, révèle d'emblée l'élément majeur et prédominant de la plaque : les bactéries. 108 à 109 bactéries sont présentes dans un mg de plaque, mais c’est avec le miscroscope électronique à transmission que l’on peut observer 2 autres composantes structurales : la matrice interbactérienne et la pellicule acquise exogène (PAE) qui couvre la surface de l'émail et sert de substrat à la fixation des bactéries. 44 1.2.2.1. Fraction cellulaire : les bactéries Dans la plaque jeune, la diversité est limitée à quelques couches cellulaires de bactéries, résultat de l'expansion centrifuge de chacune des microcolonies formant un tapis de microorganismes vivants ou lysés. Dans la plaque âgée, de multiples couches bactériennes sont disposées irrégulièrement, avec une grande diversité morphologique. Les microorganismes sont parfois directement en contact avec la surface de l'émail, à la suite de la disparition de la PAE. Dans la plaque supragingivale, les bactéries à Gram positif prédominent ; il s'agit surtout de cocci, mais on retrouve constamment des bacilles et des filaments, surtout sur les dents postérieures. On attribue à cette flore un rôle dans la formation de tartre et l'induction de caries radiculaires. Dans la plaque sous-gingivale d'un sillon sain, les bactéries sont peu nombreuses et sont séparées de l'épithélium par une couche de polynucléaires neutrophiles, émigrés par diapédèse depuis les capillaires du conjonctif gingival. L'accumulation de microorganismes est plus dense du coté cément que du coté gingival. Les bactéries présentes sont principalement des cocci à Gram positif et à Gram négatif, ainsi que des formes bacillaires et filamenteuses. Des spirochètes et des bactéries flagellées sont présents, particulièrement à la partie apicale de la plaque. La plaque sous-gingivale d'une poche parodontale est plus complexe et varie en fonction de la profondeur. Du côté dentaire, l'accumulation bactérienne est dense et ressemble à la plaque supragingivale. A la partie supérieure, les formes filamenteuses prédominent mais leur nombre diminue avec la profondeur et elles deviennent rares à la partie apicale. Des cocci et des bacilles à Gram + et à Gram - sont aussi présents. L'organisation de la plaque en contact avec le tissu gingival est différente. La matrice interbactérienne est beaucoup plus lâche, traduisant une adhérence plus faible. Cette flore est constituée presque exclusivement de bacilles à Gram - et de microorganismes mobiles avec de nombreux spirochètes. Exercice : Cas clinique d'application Germes des plaques Citer 3 germes responsables des pathologies. Cliquez ici pour accéder au tableau (version Word). Cliquez ici pour accéder au tableau (version Open Office). 1.2.2.2. Fraction acellulaire : la matrice La matrice assure la protection, la nutrition et le développement des bactéries. C’est un élément important de la barrière de diffusion que constitue la plaque. 45 Fortement hydratée, elle représente environ 30 % du volume total de la plaque supragingivale. Sa structure varie selon les sites, elle peut être fibrillaire ou granuleuse, ou elle peut être amorphe, et elle contient les restes de lyse bactérienne, surtout membranaires. Sa composition organique est complexe et les nombreux constituants solubles qu'elle contient traduisent la diversité de son origine. En savoir plus La matrice est principalement d'origine bactérienne, tant par l'apport des glycocalyx mis en commun entre bactéries que par l'activité microbienne sur la salive et le fluide gingival. La composante fibrillaire de la matrice est surtout due aux diverses structures extracellulaires qui garnissent la surface de la plupart des bactéries : fimbriae, fibrilles, capsules et glycocalyx de structures variées. Sa composition en protéines vient principalement de l'activité bactérienne sur les glycoprotéines salivaires après séparation, par une neuraminidase, des chaînes polysaccharidiques latérales (acide sialique). Les autres protéines proviennent du cytoplasme et de l’enveloppe des bactéries lysées qui contiennent des enzymes bactériennes et salivaires, ou encore des immunoglobulines. La forte teneur en glucides de la matrice vient de l'activité bactérienne qui synthétise des polysaccharides par action enzymatique sur les glucides du régime alimentaire (saccharose) : dextrane, glycane, mutane, levane, fructane. Ces polymères assurent l'agrégation entre bactéries, mais aussi leur nutrition, (Mac Cabe et Smith, 1975) et vont ainsi renforcer la cohésion de la plaque (Hamada et Slade, 1980). La forte proportion des lipides dans la matrice s'explique par le fait que la plaque contient un grand nombre de bactéries mortes. La lyse de ces bactéries laisse sur place des constituants membranaires, observables sous forme de fragments ou de vésicules, dont le contenu en phospholipides, en acides lipoteïchoïques et en lipopolysaccharides (LPS) est élevé. 46 1.2.3. Interactions bactériennes La coexistence au sein d'une même communauté – le biofilm dentaire – d'un si grand nombre de populations bactériennes (quelques 800 espèces recensées dans la cavité buccale) implique et explique que chaque cellule bactérienne entretient un réseau de relations avec ses voisines. Deux types de relations interbactériennes caractérisent la plaque dentaire : les interactions adhésives et les interactions nutritionnelles. 47 1.2.3.1. Interactions adhésives Les interactions adhésives entre bactéries assurent la cohésion et la ténacité du biofilm. L'adhérence interbactérienne homotypique est celle qui permet la cohésion entre bactéries d'une même espèce au sein d'une microcolonie. Le plus souvent, il s'agit d'un glycocalyx mis en commun entre tous les éléments du même clone, qui les englobe à la manière d'une chape ; par exemple, la gangue polysaccharidique d'une microcolonie de Streptococcus mutans. L'adhérence interbactérienne hétérotypique est celle qui permet la cohésion entre bactéries de genres et d'espèces différents. Certains auteurs la désignent, en anglais, sous le nom de "coaggregation". Chaque bactérie disposant d'un ou plusieurs moyens de se fixer à une autre, et le nombre d'espèces bactériennes différentes susceptibles de se fixer les unes aux autres étant très grand, on ne s'étonnera pas de la grande diversité des mécanismes. Seuls quelques uns de ces mécanismes, mettant en jeu diverses molécules à la surface de chacun des partenaires, telles que des adhésines, sont actuellement connus. Adhérence entre actinomyces et streptococcus Université Rennes 1 d’après Marsh et coll. 1999 Il est relativement simple de mettre en évidence des relations d'adhérence interbactérienne hétérotypique mettant en jeu seulement deux partenaires. L'exemple le plus connu est celui des formations en "épi de maïs" ou "corn cob", mais on peut également citer les formations en "brosse" ("bristle brushes") ou en "écouvillon" constituées de bactéries filamenteuses auxquelles se fixent des bacilles à Gram négatif. En savoir plus 48  Ces structures, décrites depuis longtemps, car facilement observables au microscope dans la plaque, consistent en un filament central, Corynebacterium (Bacter