Streptococcus mutans

Caratteristiche

Streptococcus mutans (Figura 1) è un batterio gram-positivo, anaerobio facoltativo, ed è considerato il principale responsabile della carie dentaria.

Comunemente, infatti, si trova nella cavità orale umana e nello specifico colonizza la placca dentale. Venne scoperto per la prima volta nel 1890 da W.D. Miller. Solo nel 1924, però, J. Kilian Clarke lo isolò da una lesione dentale e lo classificò come Streptococcus mutans pensando che la forma ovale delle cellule fosse dovuta ad una mutazione degli streptococchi fino ad allora conosciuti. Alla fine degli anni ‘50 alcuni studi clinici hanno dimostrato che S. mutans è un importante agente eziologico delle carie dentarie e da allora, questo batterio si è guadagnato l’attenzione della comunità scientifica internazionale.

Streptococcus mutans visto al microscopio elettronico
Figura 1 – Streptococcus mutans visto al microscopio elettronico.

Il ruolo nella formazione delle carie

La capacità di Streptococcus mutans di provocare le carie dentarie (Figura 2) è dovuta a tre caratteristiche principali di questo batterio:

– la capacità di sintetizzare grandi quantità di polimeri glucidici extracellulari a partire dal saccarosio contenuto negli alimenti che mangiamo. Le catene glucidiche prodotte aiutano S. mutans ad ancorarsi in maniera permanente alla superficie dentale e contribuiscono alla formazione di una solida matrice extracellulare, difficile da attaccare;

– la capacità di trasportare e metabolizzare una grande varietà di fonti di carbonio (principalmente zuccheri) in acidi organici (metabolismo acidogenico) che contribuiscono alla corrosione della placca dentale;

carie dentaria da S. mutans
Figura 2 – La carie dentaria è causato anche da S. mutans.

– la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali critiche, in particolare in ambienti con pH molto basso (come la cavità orale).

Streptococcus mutans come pioniere delle carie

Sebbene non sia l’unico responsabile delle carie, Streptococcus mutans è considerato il batterio pioniere della colonizzazione della superficie dentale. La crescita di S. mutans infatti altera le condizioni ambientali della cavità orale, producendo grandi quantità di EPS (polisaccaridi extracellulari) e abbassando il pH, creando un ambiente favorevole per la colonizzazione di altri microorganismi acidogenici come lattobacilli e attinomiceti (Figura 3).

metabolismo e formazione delle carie
Figura 3 – Metabolismo acidogenico e formazione delle carie.

L’abbassamento del pH in prossimità della placca dentale, inoltre, fa sì che il fosfato di calcio vada in soluzione: la decalcificazione dei denti è il primo passo per la formazione delle carie.

I sierotipi di Streptococcus mutans

I ceppi di S. mutans (Figura 4) possono essere classificati in diversi sierotipi (c, e, f e k) a seconda della composizione della membrana cellulare in termini di quantità di polisaccaridi di ramnosio-glucosio. Nello specifico:

  • il sierotipo c è quello più comune: ad esso appartengono il 75% dei ceppi isolati dalla cavità orale;
  • il sierotipo e comprende il 20% dei ceppi comunemente presenti sulla superficie dentale;
  • i sierotipi f e k sono i meno comuni: insieme costituiscono il 5% del microbiota orale.
colonie di s. mutans
Figura 4 – Colonie di Streptococcus mutans.

Nel 2001 è stato completamente sequenziato il genoma di Streptococcus mutans e questo ne ha permesso studi approfonditi, che hanno reso questo batterio uno dei gram-positivi meglio caratterizzati al momento. Particolare attenzione è stata posta allo studio dei cluster genici responsabili dei metabolismi degli zuccheri (saccarosio principalmente), della sintesi di EPS, della risposta quorum-sensing e della formazione di biofilm.

Filogenesi

DominioProkaryota
RegnoBacteria
PhylumFirmicutes
ClasseBacilli
OrdineLactobacillales
FamigliaStreptococcaceae
GenereStreptococcus
SpecieS. mutans

Morfologia delle colonie

I terreni di coltura disponibili per la coltura ottimale di S. mutans sono diversi e ancora oggi non c’è un consenso su quale di questi sia il migliore per la coltura e conta di questo microrganismo.

Il primo ad essere stato sviluppato è il terreno Mitis-salivarius-agar (Figura 5), il quale permette la crescita degli streptococchi in generale. Su questo terreno l’aspetto morfologico delle colonie di Streptococcus mutans è peculiare e ne permette l’identificazione, rispetto agli altri. S. mutans infatti forma delle colonie dalla superficie rugosa, mentre altri come S. sobrinus formano delle colonie dall’aspetto liscio.

differenze tra le colonie di diversi microorganismi s Mitis salivarius agar
Figura 5 – Differenziazione delle colonie su Mitis Salivarius Agar.

Un altro terreno utilizzato in clinica ortodontica per la valutazione dello stato del cavo orale è l’Agar Synder. Su questo terreno la crescita di S. mutans comporta il viraggio dal giallo al verde per abbassamento del pH.

Patogenesi

Oltre ad essere uno degli agenti eziologici delle carie, Streptococcus mutans può causare altre tipologie di infezioni, come endocarditi (Figura 6) e setticemie generiche. Questa potenziale patogenicità dipende, anche in questo caso, dalla capacità di formare biofilm su superfici di adesione.

valvole cardiache sensibili e soggette ad infezioni streptococciche
Figura 6 – Le parti del cuore più soggette ad infezioni streptococciche sono le valvole.

In particolare, le valvole cardiache dei soggetti che presentano patologie cardiache congenite hanno delle strutture endoteliali alterate. Questo può generare turbolenze del flusso ematico con conseguente danneggiamento dell’endotelio in corrispondenza del quale possono formarsi dei depositi di fibrina. Questi, a loro volta, possono a lungo andare diventare potenziali superfici di adesione per le colonie di Streptococcus mutans e causare infezioni ed endocardite. Pertanto, ad esempio, una delle raccomandazioni per i pazienti con patologie cardiache congenite è di mantenere un’attenta igiene orale e dentale, per tenere sotto controllo la crescita di S. mutans nella cavità orale.

Metodi di identificazione

Per l’identificazione di S. mutans si utilizzano principalmente le tecniche di identificazione molecolare basate sull’amplificazione tramite PCR di specifici tratti di DNA e relativo sequenziamento. Solitamente le sequenze utilizzate a tale scopo sono:

  • sequenze specifiche del DNA ribosomale 16S;
  • il gene 5S della subunità maggiore del ribosoma.

Oltre al sequenziamento e successivo allineamento in banca dati, è possibile analizzare le sequenze amplificate mediante la tecnica rDNA PCR RFLP (restriction fragment length polymorphism). Essa consiste nell’amplificare regioni specifiche del DNA, come quelle menzionate in precedenza, e sottoporle a trattamento con enzimi di restrizione. Una corsa elettroforetica permetterà poi di individuare le dimensioni dei frammenti, che sono specie-specifiche, e consentono quindi di identificare le specie di interesse come S. mutans in questo caso.

Terapia

Negli ultimi anni, numerosi studi e ricerche hanno proposto nuove terapie e formule preventive per lo sviluppo delle carie da Streptococcus mutans. In particolar modo antibiotici specifici contro questo batterio sono stati proposti e sono attualmente in corso di studio. Contestualmente, altri ricercatori hanno proposto di agire sull’equilibrio dell’intero microbiota orale per limitare lo sviluppo di carie. Potete approfondire questo argomento sempre su Microbiologia Italia, cliccando su questo link.

Al momento, l’approccio più comune per il trattamento delle carie è di tipo preventivo, mediante una corretta igiene orale con prodotti a base di fluoro che rimineralizzano la placca dentale, e conservativo, mediante rimozione meccanica della parte infetta e sigillatura, operata ovviamente da dentisti qualificati.

Fonti

  • Matsumoto-Nakano, “Microbiology” in Reference Module in Biomedical Sciences, 2014
  • Dental Caries: A Microbiological Approach. J Clin Infect Dis Pract 2017, 1:118. 2:1, (2017) doi.org/10.4172/2476-213X.1000118

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