Les cellules de S. sputigena forment une structure en nid d’abeille qui encapsule S. mutans afin d’augmenter et de concentrer la production d’acide qui stimule le développement et la gravité des caries. Crédit : Hyun (Michel) Koo
Une vaste étude menée sur des enfants révèle le rôle crucial de Selenomonas sputigena en tant que partenaire des streptocoques dans le développement des caries dentaires.
Une étude menée en collaboration par des scientifiques de l’École de médecine dentaire de l’Université de Pennsylvanie, de l’École dentaire Adams et de l’École de santé publique mondiale Gillings de l’Université de Caroline du Nord a révélé que l’espèce bactérienne Selenomonas sputigena peut jouer un rôle important dans l’apparition des caries dentaires.
Pendant longtemps, Streptococcus mutans, une bactérie connue pour former la plaque dentaire et produire de l’acide, a été identifiée comme le principal responsable des caries dentaires. Cependant, une étude récente, publiée dans la revue Nature Communications, a révélé que S. sputigena, une bactérie auparavant uniquement liée aux maladies des gencives, peut renforcer considérablement la capacité de S. mutans à créer des cavités en travaillant en synergie avec elle.
« Il s’agit d’une découverte inattendue qui nous donne de nouvelles informations sur le développement des caries, met en évidence de futures cibles potentielles pour la prévention des caries et révèle de nouveaux mécanismes de formation de biofilms bactériens qui pourraient être pertinents dans d’autres contextes cliniques », a déclaré le co-auteur principal de l’étude, Hyun (Michel) Koo DDS, Ph.D., professeur au département d’orthodontie et aux divisions de pédiatrie et de santé bucco-dentaire communautaire, et codirecteur du Center for Innovation & ; Precision Dentistry à la Penn Dental Medicine.
Les deux autres coauteurs principaux de l’étude sont Kimon Divaris, Ph.D., DDS, professeur à l’école dentaire Adams de l’UNC, et Di Wu, Ph.D., professeur associé à l’école Adams et à l’école Gillings de santé publique mondiale de l’UNC.
« Il s’agit d’un exemple parfait de collaboration scientifique qui n’aurait pas pu être réalisée sans l’expertise complémentaire de nombreux groupes, chercheurs individuels et stagiaires », a déclaré M. Divaris.
Les caries sont considérées comme la maladie chronique la plus courante chez les enfants et les adultes aux États-Unis et dans le monde entier. Elle survient lorsque S. mutans et d’autres bactéries acidifiantes ne sont pas suffisamment éliminées par le brossage des dents et d’autres méthodes d’hygiène bucco-dentaire, et finissent par former un biofilm protecteur, ou « plaque dentaire », sur les dents. Dans la plaque, ces bactéries consomment les sucres des boissons ou des aliments et les transforment en acides. Si la plaque reste en place trop longtemps, ces acides commencent à éroder l’émail des dents concernées, ce qui finit par créer des caries.
Lors d’études antérieures du contenu bactérien de la plaque dentaire, les scientifiques ont identifié une variété d’autres espèces en plus de S. mutans. Il s’agit notamment d’espèces de Selenomonas, un groupe de bactéries « anaérobies », ne nécessitant pas d’oxygène, que l’on trouve le plus souvent sous la gencive dans les cas de maladies gingivales. Mais cette nouvelle étude est la première à identifier le rôle d’une espèce spécifique de Selenomonas dans la formation des caries.
Les chercheurs de l’UNC ont prélevé des échantillons de plaque dentaire sur les dents de 300 enfants âgés de 3 à 5 ans, dont la moitié avait des caries, et, avec l’aide du laboratoire de Koo, ont analysé les échantillons à l’aide d’une série de tests avancés. Ces tests comprenaient le séquençage de l’activité des gènes bactériens dans les échantillons, l’analyse des voies biologiques impliquées par cette activité bactérienne, et même l’imagerie microscopique directe. Les chercheurs ont ensuite validé leurs conclusions sur une autre série de 116 échantillons de plaques provenant d’enfants de 3 à 5 ans.
Les données ont montré que, bien que S. sputigena ne soit qu’une des nombreuses espèces bactériennes liées à la carie dans la plaque dentaire, en plus de S. mutans, et qu’elle ne provoque pas de caries à elle seule, elle a une capacité frappante à s’associer à S. mutans pour stimuler le processus de carie.
On sait que S. mutans utilise le sucre disponible pour fabriquer des constructions collantes appelées glucanes, qui font partie de l’environnement protecteur de la plaque dentaire. Les chercheurs ont observé que S. sputigena, qui possède de petits appendices lui permettant de se déplacer sur les surfaces, peut être piégé par ces glucanes. Une fois piégé, S. sputigena prolifère rapidement, utilisant ses propres cellules pour fabriquer des « superstructures » en forme de nid d’abeille qui encapsulent et protègent S. mutans. Le résultat de ce partenariat inattendu, comme l’ont montré les chercheurs à l’aide de modèles animaux, est une production fortement accrue et concentrée d’acide, qui aggrave considérablement la gravité des caries.
Selon Koo, ces résultats montrent une interaction microbienne plus complexe que ce que l’on pensait, et permettent de mieux comprendre comment se développent les caries chez l’enfant – une compréhension qui pourrait conduire à de meilleurs moyens de prévention des caries.
« La perturbation de ces superstructures protectrices de S. sputigena à l’aide d’enzymes spécifiques ou de méthodes de brossage des dents plus précises et plus efficaces pourrait être une approche », a déclaré Koo.
Les chercheurs prévoient maintenant d’étudier plus en détail comment cette bactérie anaérobie mobile se retrouve dans l’environnement aérobie de la surface des dents.
« Ce phénomène, dans lequel une bactérie provenant d’un type d’environnement se déplace dans un nouvel environnement et interagit avec les bactéries qui y vivent, en construisant ces superstructures remarquables, devrait intéresser les microbiologistes », a déclaré M. Koo.
Référence : « Selenomonas sputigena acts as a pathobiont mediating spatial structure and biofilm virulence in early childhood caries » par Hunyong Cho, Zhi Ren, Kimon Divaris, Jeffrey Roach, Bridget M. Lin, Chuwen Liu, M. Andrea Azcarate-Peril, Miguel A. Simancas-Pallares, Poojan Shrestha, Alena Orlenko, Jeannie Ginnis, Kari E. North, Andrea G. Ferreira Zandona, Apoena Aguiar Ribeiro, Di Wu et Hyun Koo, 22 mai 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-38346-3
L’étude a été partiellement financée par les National Institutes of Health.