Cours écosystème et biofilm

ÉCOSYSTÈME ET BIOFILM ORAL

• Comment définir un écosystème ?• Quels sont les déterminants écologiques de la cavité buccale ?• Qu’est-ce qu’un biofilm ?• Comment se forme un biofilm ?• Quelles sont les particularités du biofilm oral ?

Objectifs

− Cavité buccale: écosystème complexe et diversifiée.− Microorganismes variés: > 700 espèces bactériennes Parasites, champignons et levures, mycoplasmes− 6 milliards de nouvelles bactéries sont produites en 1 ou 2 h dans la bouche de chaque individu.− Coexistence de micro organismes dans un même habitat sous forme de plaque bactérienne ou biofilm dentaire.− Biofilm à l’origine de pathologies infectieuses

Introduction

QU’EST-CE QU’UN ÉCOSYSTÈME ?

groupes d’organismes

Un écosystème: 2 parties principales:

Communauté biotique

(organismes vivants de l’écosystème)

Milieu abiotique

(éléments physiques et biochimiques de l’écosystème)

milieu physique ou inanimé.

Un système d’interactions

QUELS SONT LES DÉTERMINANTS

ÉCOLOGIQUES DE LA CAVITÉORALE ?

Facteurs physiques

Facteurs nutritionnels

Facteurs d’inhibition

L’adhérence bactérienne

Facteurs physiques

Température :

- Moyenne de 37°C

- Langue ( T° varie de 0 à 60°C)

- bactéries prédominantes: mésophiles (25 – 40°c)

Humidité :-Salive et fluide gingival

-Débit salivaire : 0,4 ml/mn au repos >3 ml/mn

-Hyposialie ou asialie : composition du biofilm oral

pH:• pH optimal de croissance (6 – 7,8)

• rôle stabilisateur du pouvoir tampon de la salive

• pH alcalin des poches parodontales : Bactéries

alcalinophiles

• pH acide de la lésion carieuse: Bactéries acidogéniques

et aciduriques

Facteurs physiques

Gaz:•Oxygène et gaz carbonique

• [ CO2] cavité buccale > [ CO2] air +++ Bactéries

capnohiles (ex. capnocytophaga)

• [O2] air = 21% vs 1 à 2 % poche parodontale

Facteurs physiques

Potentiel d’oxydoréduction (Eh) :

Eh + 200 mV (aérobiose)StreptococcusActinomyces

Eh faible poche parodontale(-300mV)A.ActinomycetemcomitansP. gingivalis

Eh - 140 mV (anaérobiose)

7 jours

Facteurs physiques

Apport endogène :• Aa et protéines pour les bactéries protéolytiques :

collagène du TC de l’hôte, salive , FG.

• Vitamines, facteurs de croissance, œstradiol,

progestérone, hémine (BGN) : Fluide gingival

• Métabolismes de certaines bactéries

(S. mutans procurent aux Veillonella le lactate)

Apport exogène :

Facteurs nutritionnels:

Transit des aliments +++

Facteurs d’inhibition: La salive: rôles +++ (cours immunologie)

Rôle antibactérien Inhibition mécanique

Facteurs biochimiques et immunologiques

Lysosyme : clivage du PG Systéme lactoperoxydase-ions thiocyanate Lactoferrine : chélateur du fer Immunoglobulines : Ig G et Ig M

+++ IgA sécrétoires

Facteurs d’inhibition:Espace gingivo-dentaire (cours immunologie)

Cellules et molécules de l’immunité exercent un contrôle des populations bactériennes :

• Ig G, IgM, IgA du fluide gingival• Système complément• PNN

Antagonisme bactérien

L’adhérence bactérienne :

« L’adhésion est le processus dynamique permettant à une bactérie de passer de l’état libre à l’état fixé » C.Mouton 1994

Types d’adhérence:

Adhérence à une surface dentaire

EMAI

LAdhérence à une cellule

épithéliale

Types d’adhérence:Adhérence inter bactérienne

homotypique hétérotypique

Dynamique de l’adhésion:

EMAIL

Répulsion électrostatique

Ponts par cations divalents (ca2+)

Adhésines spécifiques:

Ligand -récepteur

PAE

Médiateurs bactériens de l’adhérence:

EMAIL

Fixation par les fimbriae

Fixation par les glycocalyx

PAE

EMAIL

Médiateurs bactériens de l’adhérence:

L’acide lipoteichoique (LTA)

QU’EST-CE QU’UN BIOFILM?

Un film de micro-organismes, d’une ou de plusieurs espèces, qui adhérent à une surface submergée ou soumise à un environnement aqueux. Association à des substance extracellulaires polymériques

Chardin H, 2006

COMMENT SE FORME UN BIOFILM ?

Etapes de formation d’un biofilm

Attachement réversible

Support solide

Colonisateurs primaires

Adhésion irréversible

Matrice extracellulaire

(slime)

Matrice: protéines, polysaccharides, acides nucliques

Formation de microcolonies

Co-agrégatsCo-agrégatsCellule seule

Colonisateurs secondaires

Division cellulaire

Maturation du biofilm

PoreCanal interne

Détachement et dissémination des cellules du biofilm

Flux du milieu environnant

Biofilm mixte (cocci et

batônnets)sur la surface

d’uneplante

Canalisation d’eaux usées

Biofilm dans une flaque d’eau

dans la nature …

Biofilm d’unécosystème aquatique

alpin

Exemples de biofilms

Biofilm oral

Biofilm sur une prothèse

Biofilm surcathéter

Biofilm dansl‘intestin

Biofilm sur lapeau

dans le domaine biomédical …

COMMENT SE FORME LE BIOFILM ORAL ?

Etapes de formation du biofilm oralPellicule acquise exogène

EMAI

L

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

-ooc

coo-+Ca+Bactéries pionnière

s

Acide sialique(glycoprotéine salivaire)

Ca d’origine salivaire

Ca libres des cristaux HA

Pellicule acquise exogène

La P.A.E est un film organique d’origine salivaire, libre de toute élément cellulaire, d’une épaisseur de 1 μm, adsorbé comme à toute interface liquide-solide des milieux naturels, recouvre la surface de l’émail et sert de support indispensable à la fixation des bactéries pionnières.

Dynamique de la formation

Déposition de la PAE

Colonisation initiale : T0 100 à 1000 B/mm2

2h 2X106 B/mm2

4 à 5 h (67% CG+)

Accroissement en nombre et en

volume

Accroissement de la diversité

7 j: Fusobacterium et spirochètes

Apogée

EST-CE QUE LE BIOFILM INDUIT UNE PATHOLOGIE ?

Réponse: OUIEn pathologie médicale: des bactéries qui s’organisent en biofilms sont responsables d’infections. Le biofilm peut être formé par une seule espèce bactérienne

- Ex: Legionnella pneumophila responsable de pneumonieCette bactérie se retrouve dans les canalisations d’eau- Biofilms se développant sur des cathéters: infection sur cathéter (ex. sepsis à staphylococcus aureus

-Biofilm qui adhérent sur des prothèses: ex. articulaire, valvulaires (endocardite à S. mitis…),

- Infections opportunistes chez des patients avec un système immunitaire affaibli par des traitements (chimio, radiothérapie) ou des maladies générales (SIDA, diabète, syndromes…)

Biofilm oral

Biofilm sur une prothèse

Biofilm surcathéter

Biofilm dansl‘intestin

Biofilm sur lapeau

dans le domaine biomédical …

Pathologies orales

Biofilm endodontique

Biofilm cariogène

Coupe histologique d’une partie apicale d’un canalFlèche: biofilmEndodontiqueEn bas: MEBd’un apex avecun biofilm

SOCRANSKY & HAFFAJEE 2005

Diversité des bactéries retrouvées dans les pathologies parodontalesformant le biofilm supragingival et le biofilm sous gingival

(bactérie planktonique: flottante dans la salive)

Biofilm sur uneprothèse amovible en résine chez un patientavec une mauvaise hygiènebucco-dentaire

Stomatite en rapport le Port d’une prothèse maxillaire

Accumulation de biofilm à l’interfaceDent-matériau (bridge), flèche noire: carieSecondaire, flèches blanches: hyperplasiegingivale

Joint dent-matériauÉtat de surface (lisse, rugeuse)compositionchimique

Bord marginal irrégulier de la prothèse (zircone) A: retention de biofilm. B: bord marginal lisse

Péri implantite

Rôle du biofilm l’union fait la force

Un grand nombre de paramètres favorables à la croissance: la consommation d’ O2 par les bactéries aérobies est favorables aux espèces anaérobies. Un métabolisme efficace: les macromolécules de l’hôte peuvent être dégradé par un consortium de bactéries orales.Antagonisme bactérien Une augmentation de la résistance aux stress et aux agents antimicrobiens. Une augmentation de la virulence.

L'écosystème buccal est un milieu éminemment complexe, dont la population microbienne commence à être connue en détail; mais les associations bactériennes, fréquentes dans le biofilm, sont encore mal précisées. Seules ces associations possèdent les facteurs de virulence en nombre suffisant autorisent l’organisation des bactéries en biofilm. Cette organisation bactérienne leur permet d’exprimer pleinement leur potentiel pathogène, mais aussi d’acquérir une résistance accrue vis à vis de l’hôte et des différents moyens chimiques utilisés en thérapeutiques.

CONCLUSION