微生物学

微生物群是挑剔的

我们的嘴里有大量细菌,这些细菌被分为几个区域,这些区域都是生态系统。口腔菌群这种菌群的平衡非常脆弱,必须加以维持:我们整个身体的健康取决于它。给你的牙刷!

埃米尔·博耶(Emile Boyer), 马丁·波纳雷·马莱特 和 文森特·莫里克(Vincent Meuric) 科学档案N 109
张开嘴

幼儿园给孩子们的信息是正式的,每天要好几次刷牙,对于良好的口腔卫生至关重要。但为什么 ?手术的实质是去除牙菌斑,这是一种发白的沉积物,含有许多微生物,包括细菌,细菌的积累会导致从蛀牙到严重牙周疾病的疾病。菌斑是细菌在口腔中生活的几个生态位之一。所有这些生态系统都构成了口腔微生物区系,这是最近才发现其起源的菌群。据认为,我们的口腔中存在约100亿细菌,比肠道少100倍。他们来自哪里?

这种口腔微生物群的早期建立为发展口腔健康奠定了基础,就像幼儿期的肠道微生物群影响个体一生的健康一样。除了这种平行之外,肠道菌群和嘴巴之间是否有任何联系?是的,尤其是在口腔微生物群的安装过程中。实际上,最初定居于肠道的细菌可以穿过口腔,而不必将其植入那里。

然而,新生儿口腔微生物群的起源仍然知之甚少,并且仍不清楚母体微生物群对新生儿口腔早期定植有何贡献。这个过程取决于分娩过程中和分娩后发生的许多因素,分娩的性质(剖宫产或阴道道)也起作用,如在肠道和肺部微生物群中观察到的那样。

宫内菌群?

更令人惊讶的是,最近的研究表明,胎儿定植将开始 在子宫内。可以想象胎儿在分娩过程中会在遇到细菌之前在无菌环境中发育,但在胎盘,羊水和脐带血中检测到微生物及其DNA。然而,这些研究尚无定论,子宫内微生物群的存在仍然是一个有争议的话题。今天,权威文献指出,在怀孕期间没有并发症的情况下,微生物定植是在羊膜破裂后开始的。

然后,家人和朋友与婴儿交换微生物。因此,在生命的最初几个月中,母亲和婴儿的口腔微生物群中有85%是常见的。在第一颗牙齿出现之前,对上皮细胞具有高亲和力的需氧细菌, 链球菌 唾液 米蒂斯,殖民口腔粘膜。殖民地 唾液链球菌 最初摄入的糖分受到青睐。链球菌的存在也促进了链球菌的安装 Veillonella乳杆菌,后者有时在分娩时获得。

微生物群的地理

那快来在大约6个月的时间里,牙齿表面被细菌菌种占据,这些细菌菌种具有粘附到牙釉质(牙冠中的矿物化合物)所必需的分子。这些物种(通常是新物种)与以前仅在运输过程中被摄入的物种相关。

特别是由于产生了新的生态位,牙齿和周期,它们是:牙齿根部的凹槽,牙齿的假袋状突起,其中可能含有血液,牙齿表面的凹陷...它们的舌头背面充满乳头状毛,牙龈和上with被角质化的上皮覆盖着,嘴唇和脸颊的内部倾斜以及嘴底都被添加到舌头中。这些小生境都有其自身的理化特性(酸度,氧含量,温度等),每个生境都有一个独特的微生物群,该微生物群本身会进化,尤其是随着食物的发展而变化。这些生态系统有时仅相隔几毫米,但又截然不同,是永久交换的地方。最后,当16至20颗乳齿萌出时,口腔微生物群将在2岁时获得,并且在整个生命中几乎保持稳定。

这种微生物群的特殊之处在于,一方面与液体,唾液不断接触,另一方面与鲜为人知的液体即齿龈褶皱的液体不断接触,牙齿与牙齿之间的这个小空间只有2毫米。牙龈。富含蛋白质,尤其是抗体,由组织分泌。这种“水生”环境促进了微生物及其代谢产物的分散。最常见的属,通常也是最丰富的属 链球菌,追踪 小球藻, 嗜血杆菌, 奈瑟氏菌Veillonella。它们共同构成了微生物群的“核心”,这是任何人中最常见的微生物群。

这些常驻细菌与宿主共生,并具有促炎和消炎活性,对维持体内平衡至关重要。唾液和口香糖液可为微生物生长提供营养,但也含有抗菌化合物。滋养和敌对的口腔生态系统的这种二分法对于平衡微生物群的发育是必需的,这保证了维持健康。

相反,微生物物种的多样性或相对比例的失衡通常与病理状况有关(这被称为“营养不良”)。今天,公认的是,如果历史上被认为是病原体的细菌数量有限,并且被与宿主共生的微生物群所包含,则它们可以在口腔中定植而不引起疾病。

生物膜牙菌斑

牙菌斑是一种生物膜,其中细菌根据非常精确的结构进行组织。

在几个参数的影响下,微生物核易变。因此,短暂和可逆的生理变化,例如青春期和怀孕期间的激素变化,会影响细菌群落内的物种平衡。唾液腺功能障碍,口腔卫生差,牙龈发炎……也可能导致营养不良。

多项研究试图确定与这些干扰有关的物种。所以那种 奈瑟氏菌 与性别有关的健康 小球藻Veillonella 在牙周疾病的情况下会更丰富。但是,有几位作者认为这只是一个近似值,并且在任何情况下都不能将这些属用于诊断目的。为了达到这个目的,分类学分析的水平应该下降到该物种。

2018年,西班牙巴塞罗那科学技术研究所的杰西·威利斯(Jesse Willis)和他的同事表明,口腔卫生,饮食习惯以及饮用水质量也会显着影响其成分。口腔微生物群。在这项研究中,微生物学家还开始定义“胃型”,也就是说,特定的微生物组成,等同于为肠道微生物群确定的肠型。但是,由于生态位的多样性,与抽象相关联的变量的多样性以及计算机数据分析参数的幅度,使得比较比较困难,因此尚未达成共识。

牙菌斑的核心

牙菌斑是口腔疾病的最初阶段之一,它是口腔微生物群中特别复杂的生态位。刷牙持续消除的这种发白沉积物是生物膜,也就是说,微生物群落聚集在保护性基质中并粘附在牙齿的表面上。该菌斑中含有酵母,原生动物,病毒和细菌,这些细菌以生物聚合物(主要是多糖,蛋白质,尤其是唾液和核酸)形成的结构发育,并被某些微生物以各种形式排泄。他们周期的时刻。

这种高度水合的基质使微生物得以生存,并通过捕获营养来促进其发育。这个利基市场的精心组织没有任何机会,而归因于不同“居民”的亲和力。而且,生物膜根据外部理化条件和微生物代谢而进化:它看到不同的菌群在发育过程中彼此成功。

口腔微生物群将在2岁时获得,并且在整个生命中几乎保持稳定

在牙齿表面的水平上,牙菌斑在主要由唾液来源的蛋白质组成的外生膜上产生。这些被细菌蛋白,粘附素识别。附着在该表面上的先锋细菌例如 链球菌放线菌 组织成小菌落,继续繁殖和增长,并分泌细胞外基质。整体上为新物种的附着提供了良好的环境。如果没有任何机械作用(例如刷牙),就会产生动态变化,并且生物膜会在三个维度上生长,并且总是包含更多细菌种类,至少部分地受到了可能的抗生素或防腐剂的保护。

这种三维组织影响着细菌群落的生理和生态,并且 正如我们将看到的,尤其是它们对健康的影响。因此,两种微生物之间的接近或什至接触可以例如通过赋予厌氧细菌在有氧环境中生存的能力来显着改变其生理。因此,了解牙菌斑中心参与者的生物学特性涉及确定与他们相互作用的邻居并分析环境(牙龈沟,诸如此类的牙齿表面等)。

玉米棒子在嘴里

自测序技术问世以来,人类微生物群(包括口腔微生物群)的表征已取得重大进展。实际上,今天已经可以对龈上和龈下生物膜样品进行测序。数据显示,前者主要由需氧性“革兰氏阳性”细菌组成(这是一种染色技术),而革兰氏阴性厌氧菌则占主导地位,特别是在牙周疾病患者中。 。但是,就健康个体而言,两个微生物群之间的相似性比其差异更重要。

更准确地说,在两个生物膜中以相等比例发现的属是 放线菌, 卟啉单胞菌Veillonella。龈上菌群中带头者是 链球菌, 棒杆菌, 吞噬细胞, 奈瑟氏菌, 罗西亚细毛虫 在龈下, 梭菌小球藻。由于它们的丰富和盛行,这些类群可能同时形成健康微生物群的空间和代谢网络。

龈上牙菌斑微生物群是当今最具特征的,因为它很容易在微观范围内进入。美国剑桥福赛斯研究所的杰西卡·马克·韦尔奇(Jessica Mark Welch)及其同事对这种生物膜的动力学进行了详细分析,并发现了呈“刺猬”或“耳形”形状的结构。玉米 棒杆菌,一种丝状细菌,将是必不可少的元素。这些微生物与现有的生物膜结合,主要包含 链球菌放线菌。然后,在郊区, 卟啉单胞菌链球菌,一方面在 棒杆菌 另一方面, 嗜血杆菌聚集细菌。这些组合对应于玉米穗。的 奈瑟菌科 它们还以簇的形式存在于生物膜的外围。的 链球菌 创建富CO的微环境2,乳酸,乙酸和过氧化物,但最重要的是氧气不足。的细丝 梭菌 和的 细毛虫 然后可以在含有玉米穗的边缘的紧邻区域(称为“环”的区域)中增殖。在此环中,理化条件有利于被称为“嗜二氧化碳细胞”的细菌(有利于富含CO的环境)。2), 如 吞噬细胞。结构的底部,以 棒杆菌,由其他细菌组成,有丝或无丝。

突然间,腐烂

附着在牙齿表面的由生物膜组成的微生物群可以通过两种方式进化:要么表面菌落分离并定殖在其他部位,要么被吞咽;或者菌落被细菌吞噬。或社区将其新陈代谢引导至产生酸,酸从牙釉质到牙本质的粘合作用使牙齿表面的矿物质越来越深。它是衰变,更高水平的营养不良。 pH值的下降会选择对酸性环境具有更强耐受性的有机物,并且它们自身会产生酸,而其他可以帮助中和pH值的物种却会为此付出代价。

这些脱矿物质的表面为生物膜群落提供了新的生态位。除了已经提到的那些极强产酸和耐酸的微生物外,所涉及的微生物是降解牙齿蛋白质化合物的细菌。虽然龋齿病因中涉及的主要细菌种类仍主要是该组的链球菌 变种人乳杆菌放线菌 并且已经确定了许多其他致龋细菌群落。

蛀牙发展图

蛀牙的产生是由于牙菌斑的酸化 (从橙色到粉红色)跟随居住在那里的细菌群落的演变。

©M.Bonnaure-Mallet

2018年,美国拉荷亚Graig-Venter研究所的Josh Espinoza和他的团队证明了 链球菌, 卡托内拉 病态的秀丽线虫 在龋齿患者中过高。此外,还有119种 链球菌 已经确定的。的相对丰度 副链球菌, 南方葡萄球菌, 唾液链球菌, 中间链球菌, 星座链球菌前庭链球菌 因此,如果发生衰变,它们的含量会增加。但是,这些物种仅占5% 链球菌。因此,不能通过单个细菌的存在来解释腔的发生,而是可以通过整个生态系统的破坏来解释。

对牙龈的攻击

甚至更大的营养不良也会导致牙周疾病。实际上,具有许多非特异性细菌的生物膜的积聚是引起牙龈炎,然后引起牙周炎的原因。应该记住,卫生是限制这种现象的基本要素。

口腔粘膜的不同组织也被来自口腔的细菌定殖。然而,与钙化的牙齿表面不同,这些表面可以永久更新:上皮细胞需要1到3周的时间,取决于它们是否被角化。此过程会定期清除生物膜。然而,由于缺乏流体流动,在齿龈褶皱中情况较少。结果,在没有像刷牙这样的自发动作的情况下,细菌会积聚,找到坚硬的表面并留出柔软的表面供食用。环境很快耗尽了氧气,生物膜富含革兰氏阴性和厌氧细菌,它们又根据非常特定的结构进行自我组织。细菌的竞争,合作和拮抗作用由控制毒力因子的不同基因以及“群体感应”(通过细菌对其种群密度的感知)进行精细调节,从而导致体内形成生物膜。牙周袋的起源标志着牙周疾病的发作。在这一点上,宿主反应并建立免疫应答。但是,如果病情恶化,则仍然不充分:牙周病会发展为慢性。

长期以来已知几种牙周病原体。让我们引用 核梭菌, 中间型小球藻, 结核杆菌, 直弯弯曲菌 要么 牙龈卟啉单胞菌, 密螺旋体, 坦氏连翘。最近发现了其他物种:17个新物种与牙周炎有关,包括最近发现的门牙TM7。这些微小的球形细菌也称为“糖细菌”,它们生活在其他较大物种(称为“表皮动物”)的表面,例如 放线放线菌。通过基因组分析在2000年代末发现了这些微生物。

微生物群网络

健康个体的口腔微生物群 (向左转) 与慢性牙周炎患者不同 (在右边) 通过相对丰度 (圆圈的大小) 几个细菌属 (仅代表最丰富的)。有些像 坦氏菌梅毒螺旋体,是该病的相同特征。性状表明细菌丰度之间存在显着相关性 (绿色为正,红色为负).

©M.Bonnaure-Mallet

然而,仅仅由于在牙周炎期间由于其有利的环境而更可能存在微生物,并不一定使其成为“致病原体”。围绕因果关系的辩论正在进行中,但尚未解决。

具有遗传性质的环境因素和宿主易感性因素在这些疾病中起着重要作用,特别是在它们的病程中,尽管尚不清楚每种疾病涉及的程度。一种假设表明,在牙周炎中,某些细菌是“关键病原体”,具有避免和放松宿主免疫反应的能力,从而促进营养不良。迄今为止,这类病原体中最具特征的是 牙龈卟啉单胞菌。即使数量很少,它也可以破坏免疫反应并在整个社区内提高毒力。然而, 牙龈卟啉单胞菌 在牙周炎患者的样本中没有系统地发现。

我们将健康受试者的微生物群与牙周炎患者的微生物群进行了比较。一些属很常见,例如 梭菌链球菌,例如,其他特定于牙周炎 坦氏菌。根据某些属的相对丰度,我们定义了一个有用的参数来区分两个种群。然后,我们可以希望通过单独分析微生物群来检测新生牙周炎。

超越嘴巴

如果口腔细菌是局部感染性疾病(龋齿和牙周疾病)的主要原因,那么它们也会在其他病理情况下被引用,包括几种全身性疾病,例如糖尿病,类风湿性关节炎,红斑狼疮等。多年以来,口腔细菌与其他疾病之间的关联仍然存在争议。 先验然而,如今看来,将不良细菌口腔作为一种遥远的感染源的概念已被接受。牙周疾病具有与免疫系统衰竭相关的大量细菌负荷,是多种病理的合并症,尤其是心血管,肺,肾,肝或肠疾病。牙周细菌团及其代谢产物和致病因子会引起炎症;炎症的慢性会导致免疫反应,从而加剧器官功能障碍,进而加剧牙周疾病。然后,炎症,免疫反应和营养不良以恶性循环进行。

因此,取决于口腔微生物群的和谐,是我们身体的整个功能。因此,良好的口腔卫生很重要!

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