Streptococcus mutans: Colonización, Transmisión y su Rol en la Caries Dental

La hipótesis de la placa ecológica postula que la caries dental es consecuencia de cambios en el balance natural de la microflora de la placa dental, causados por la alteración de las condiciones ambientales locales, lo que afecta la homeostasis microbiana oral.

Avances en la Identificación de la Microflora Oral

Mediante técnicas de biología molecular, se ha avanzado en la identificación de los diferentes tipos de microorganismos que habitan la cavidad oral. Se han estudiado los productos que generan, cruciales para su implantación, las interacciones con otras especies y el desarrollo de nuevos procedimientos para su identificación, particularmente de aquellos agentes importantes en la caries dental.

La caries dental se describe como un proceso dinámico de desmineralización y remineralización. Este proceso es producto del metabolismo bacteriano sobre la superficie dentaria y, con el tiempo, puede producir una pérdida neta de minerales, resultando, aunque no siempre, en la formación de una cavidad.

Microorganismos Implicados en la Patogénesis de la Caries

Actualmente, se considera que varios microorganismos están incluidos en la patogénesis de la caries dental, entre ellos:

• Streptococcus del grupo mutans
• Lactobacillus spp.
• Actinomyces spp.

De estos, Streptococcus mutans es el agente más importante asociado a la caries. Tanto la caries como la periodontitis son causadas por un desequilibrio en las poblaciones bacterianas de las biopelículas que se forman naturalmente y que, en condiciones normales, ayudan a mantener la salud de la cavidad oral.

Biopelícula Dental: Un Ecosistema Complejo

Una biopelícula sana puede estar formada por más de 700 especies bacterianas, de las cuales menos del 1% son potencialmente patogénicas. Una biopelícula saludable actúa como una defensa de primera línea, protegiendo la boca de infecciones por bacterias patogénicas u otros patógenos. Sin embargo, cambios en el medio de la biopelícula pueden favorecer la proliferación de especies patogénicas, acidúricas y acidogénicas.

Formación de la Biopelícula y Quorum Sensing en S. mutans

La formación de la biopelícula dental y su sistema de quorum sensing son fundamentales para la vida bacteriana de S. mutans. La superficie dental es un hábitat natural indispensable para esta bacteria, y su tropismo por la biopelícula dental se refleja en su adaptación para sintetizar glucanos, fijar compuestos y adaptar su aciduricidad. La competitividad por este nicho ecológico está relacionada con un sistema de regulación denominado Respuesta de Tolerancia al Ácido (RTA).

Este proceso de RTA forma parte de los sistemas de señalización de quorum sensing desarrollados por algunas bacterias al formar la biopelícula. S. mutans ha evolucionado para que su desarrollo, supervivencia y persistencia en la cavidad oral dependan de su crecimiento en biopelícula y de la densidad celular que alcance en ella.

El crecimiento en biopelículas proporciona las condiciones óptimas para el funcionamiento del sistema de señalización entre las células estreptocócicas, facilitando el intercambio genético y la generación de factores de virulencia. Las poblaciones formadoras de biopelículas también pueden alcanzar altas densidades en áreas confinadas como válvulas cardíacas, aparatos prostéticos, criptas amigdalinas, senos nasales, pasajes respiratorios terminales y lesiones infecciosas de piel, de ahí su importancia como patógeno oportunista fuera de la cavidad oral.

Streptococcus mutans produce ácido láctico, ácido propiónico, ácido acético y ácido fórmico al metabolizar carbohidratos fermentables como la sacarosa, glucosa y fructosa. Estos ácidos circulan a través de la placa dental hacia el esmalte poroso, disociándose y liberando hidrogeniones que disuelven rápidamente el mineral del esmalte. Este proceso, conocido como desmineralización, genera calcio y fosfato, que difunden fuera del esmalte.

Microflora Oral: Un Ecosistema Diverso

La flora microbiana oral es un ecosistema complejo que contiene una amplia variedad de especies microbianas. La boca es colonizada por varios microorganismos antes de la erupción de los dientes; sin embargo, los recién nacidos están esencialmente libres de ellos. Con la erupción dental, la placa dental se desarrolla en las superficies expuestas, cubiertas por una película amorfa compuesta principalmente por glicoproteínas salivales. Sin medidas de higiene oral, las superficies de los dientes acumulan grandes masas microbianas, mientras que la descamación de células epiteliales impide la acumulación en las superficies de la mucosa oral. El número de bacterias en la placa dental puede alcanzar 10⁸ por mg (peso húmedo).

Comensales y Patógenos en la Cavidad Oral

La cavidad oral es un ecosistema donde cohabitan principalmente comensales (aproximadamente 10¹⁰ bacterias, con un 60% cultivables, pertenecientes a entre 500 y 700 especies). Estos colonizan las mucosas y los dientes, formando la placa bacteriana o biofilm. Entre ellos se encuentran los miembros del género Streptococcus.

Las especies microbianas predominantes son significativamente diferentes en los distintos sitios de localización. Independientemente de las variaciones entre muestras, estreptococos, bacilos Gram positivos y veillonelas comprenden la mayoría del total de recuentos viables. Observaciones clínicas en humanos y animales indican que la formación de placa es un requisito esencial tanto para la caries como para la enfermedad periodontal. Se ha descrito un cambio en la población microbiana de la placa en desarrollo, desde formas cocáceas predominantes en la placa temprana hasta un incremento de bacilos y formas filamentosas. Sin embargo, los estreptococos conforman el mayor número del total de la población bacteriana en la placa dental.

Especies de Streptococcus en la Cavidad Oral

Muchos de los estreptococos pueden identificarse como una de las siguientes especies:

• S. mutans
• S. sanguis
• S. mitior
• S. salivarius
• S. milleri

Ciertas especies estreptocócicas orales tienen predilección por colonizar sitios particulares de la boca:

• S. sanguis y S. mutans: Prefieren las superficies de dientes y aparatos prostéticos.
• S. salivarius: Presente en bajo número en placa, es un colonizador primario de la boca después del nacimiento.
• S. mitior: No tiene un sitio preferido en la cavidad oral.
• S. sanguis: Usualmente no se encuentra hasta la erupción de los dientes.

Los estreptococos del grupo mutans han sido estudiados usando pruebas bioquímicas, serológicas y moleculares, incluyendo hibridación ADN-ADN y secuenciación de genes ARN ribosomales. Las especies más importantes en el humano son Streptococcus mutans y Streptococcus sobrinus. Estos se han caracterizado como colonizadores secundarios del biofilm que rodea a los dientes, y su patogenicidad se ha demostrado en relación con la producción de caries del esmalte, debido a su capacidad de producir ácidos a partir de la sacarosa.

Morfología y Características de Cultivo de Streptococcus mutans

Streptococcus mutans es un coco Gram positivo, dispuesto en cadena, no móvil, catalasa negativo, y productor rápido de ácido láctico, capaz de cambiar un medio de pH 7 a pH 4.2 en aproximadamente 24 horas. Es fermentador de glucosa, lactosa, rafinosa, manitol, inulina y salicina, produciendo ácido. Normalmente no desamina la arginina para producir amoniaco. Usualmente no produce hemólisis ni decoloración en agar sangre; es principalmente alfa o gamma hemolítico en agar sangre de cordero, aunque se han reportado algunas cepas hemolíticas.

Streptococcus mutans se ha subclasificado en varios tipos basándose en propiedades inmunológicas, biológicas y genéticas. Los serotipos de Streptococcus mutans son c, e, f y k. El hábitat natural de S. mutans es la boca humana. En la cavidad oral, las colonias se adhieren estrechamente a la superficie del diente y también se pueden recuperar en lesiones cariosas. Puede aislarse frecuentemente de heces en humanos y ratas. Aunque S. mutans no se distribuye ampliamente en animales salvajes, sí se ha aislado.

Medios de Cultivo para Streptococcus mutans

Existen dificultades técnicas para obtener muestras representativas de diferentes sitios orales y para aislar, cultivar y contar los microorganismos. No existe un único método de cultivo para examinar la variable y compleja placa dental que satisfaga todas las condiciones necesarias. En algunos casos, se requieren procedimientos estrictamente anaeróbicos.

Afortunadamente, muchas de las especies de estreptococos orales pueden aislarse de varios sitios usando medios selectivos como el Agar Mitis Salivarius (MS). Aunque el Agar MS fue originalmente desarrollado para aislar estreptococos fecales, su uso ha predominado sobre otros medios de cultivo para el aislamiento de estreptococos orales, incluyendo Streptococcus mutans. En el agar MS, muchos estreptococos orales muestran una morfología característica de las colonias (blanquecinas, de bordes definidos, colonias firmes muy adherentes al medio de cultivo), lo cual permite su diferenciación inicial. Usualmente, la placa de agar se cultiva en una atmósfera del 95% de nitrógeno y 5% de dióxido de carbono a 37°C por 1 o 2 días, seguida de una incubación en aire por 1 o 2 días. Además de la morfología característica de las colonias, los estreptococos orales pueden diferenciarse por su habilidad para fermentar ciertos azúcares (especialmente manitol y sorbitol) y por adherirse a superficies lisas en presencia de sacarosa.

Medios de Cultivo Selectivos y Diferenciales

El cultivo en agar es considerado el estándar de oro, ya que permite realizar recuentos bacterianos para establecer proporciones relativas mediante métodos cuantitativos en medios no selectivos. Actualmente, hay 5 medios de cultivo diferentes para el aislamiento de Streptococcus mutans:

• Agar Mitis salivarius con bacitracina (MSB)
• Agar Mitis Salivarius con bacitracina y kanamicina (MSKB)
• Agar glucosa-sacarosa-telurito bacitracina (GSTB)
• Agar Tripticasa de soya con sacarosa y bacitracina (TYS20B)
• Agar triptona extracto de levadura cisteína con sacarosa y bacitracina (TYCSB)

El agar MS es el medio más ampliamente usado para aislar S. mutans y otras especies orales de estreptococos. El agar MS ha sido modificado para ser más selectivo en el aislamiento de S. mutans adicionando sulfonamida (Agar MC), bacitracina (Agar MSB), polimixina o sacarosa (MS40S). Los métodos de recuento de colonias permiten determinar el grado de colonización producida por Streptococcus mutans según las edades, siendo de gran utilidad para identificar la población de alto riesgo de caries dental y permitiendo desarrollar programas de prevención en salud oral en poblaciones específicas y vulnerables.

Clasificación de Streptococcus mutans

Basándose en la composición y los enlaces de los polisacáridos de la pared celular, los estreptococos del grupo mutans se pueden clasificar en 8 serotipos:

• Streptococcus mutans (serotipos c, e, f y k)
• Streptococcus sobrinus (serotipos d y g)
• Streptococcus cricetus (serotipo a)
• Streptococcus rattus (serotipo b)
• Streptococcus ferus (serotipo c)
• Streptococcus macacae (serotipo c)
• Streptococcus downei (serotipo h)

Se sabe que el serotipo c de S. mutans es el tipo predominante en la cavidad oral humana, más que las cepas e, d, f y k.

Polisacáridos de la Pared Celular y Virulencia

Los polisacáridos de la pared celular juegan un papel importante en la colonización de sus nichos ecológicos. Las diferencias en las afinidades para la unión de los antígenos de polisacáridos a los tejidos humanos pueden ser la causa de esta distribución tan variada. Se cree que el progenitor de S. mutans haya sido el serotipo c, y que las cepas f y e pueden haberse originado por mutaciones del determinante del serotipo c.

Streptococcus mutans generalmente es conocido como patógeno dental e igualmente se considera que causa bacteremia y endocarditis infecciosa. Previamente se ha clasificado en tres serotipos (c, e y f) debido a la diversa composición química de los polisacáridos específicos de los serotipos, los cuales están compuestos por un esqueleto de ramnosa y cadenas laterales de glucosa. Recientemente, se designó una cepa de S. mutans con serotipo no c/e/f como serotipo k, el cual se caracteriza por una drástica reducción en la cantidad de cadenas laterales de glucosa. Un rasgo biológico común del serotipo k es su bajo nivel de cariogenicidad, debido a las alteraciones de varios de los mayores antígenos proteicos de superficie. En cuanto a la virulencia en sangre, estas cepas sobreviven por mayor tiempo debido a su baja antigenicidad. Otros estudios revelan la participación de este serotipo en la patogénesis de enfermedades cardiovasculares, en las cuales se ha detectado su alta frecuencia.

Transmisión, Colonización y Estabilidad de Streptococcus mutans en la Cavidad Oral

La caries dental es una enfermedad dental transmisible en la cual los estreptococos del grupo mutans juegan un papel principal. Como en muchas enfermedades infecciosas, se requiere la colonización de un patógeno antes de que ocurra la infección. Hay un rango de factores de virulencia importante para el establecimiento de Streptococcus mutans en la compleja comunidad microbiana de la biopelícula dental. Estudiar los factores de virulencia de S. mutans y su correlación con la biodiversidad de especies es fundamental para entender el papel que juega en la colonización por los diferentes genotipos en el mismo individuo y la expresión de las características que puedan o no influenciar su capacidad de virulencia y su habilidad para sobrevivir bajo diferentes condiciones ambientales.

El papel de los estreptococos del grupo mutans, especialmente Streptococcus mutans y Streptococcus sobrinus, en la etiología de la caries dental ha sido extensamente investigado y claramente demostrado.

Transmisión Vertical y Horizontal

La evidencia indica que una forma importante de transmisión de S. mutans durante los primeros años de vida es la que se produce de madre a hijo por contacto directo (transmisión vertical). El contacto con otros familiares, incluidos el padre, los hermanos y demás posibles cuidadores, constituye otra vía de transmisión (transmisión horizontal) que cobra importancia durante edades posteriores.

Persistencia Intraindividual y Ventana de Infección

Una característica importante de Streptococcus mutans es la persistencia de sus genotipos en la cavidad oral de adultos, adolescentes y niños mayores de cinco años. Este fenómeno, conocido como persistencia intraindividual, revela la relativa estabilidad que estos alcanzan en un hospedador y la relación con la expresión de características fenotípicas que les pueden dar ventajas para la supervivencia, como la capacidad de formar biopelículas, de adherirse y soportar fluctuaciones del pH. Se ha considerado comúnmente que la colonización de la cavidad oral de los niños por S. mutans (ventana de infección) ocurre al producirse la erupción del primer diente, es decir, alrededor de los seis meses de edad.

Sin embargo, es lógico pensar que en niños expuestos a factores que facilitan los procesos de transmisión, la colonización se produzca antes de la aparición de los primeros dientes. Hay dos factores que sugieren que S. mutans pueda aparecer durante la etapa predental:

1. Streptococcus mutans y Streptococcus sobrinus son capaces de colonizar superficies mucosas.
2. Algunos niños desarrollan lesiones de caries poco después de la erupción dental.

La colonización temprana de la cavidad oral (antes de la erupción dental) por S. mutans puede aumentar el riesgo de caries y hacer que su desarrollo se produzca a edades más tempranas.

Diversidad Genotípica y Homología de Cepas

Se han identificado unos 52 genotipos diferentes en niños, pero las madres transmiten cerca de 16 de ellos. Se observa una tendencia hacia la estabilidad de los genotipos transmitidos por las madres, en parte porque la colonización del genotipo materno puede interferir con la colonización de otros genotipos. Se ha observado que los niños albergan de uno a cinco genotipos diferentes de S. mutans en diferentes edades. La diversidad genotípica de S. mutans en cuatro sitios de muestreo (saliva, dorso de la lengua, mucosa alveolar y biopelícula dental) de niños parece ser homogénea; sin embargo, la biopelícula dental es un lugar muy importante dado el gran número de genotipos de S. mutans y las cepas aisladas. Se ha demostrado un alto grado de homología entre cepas de S. mutans recuperadas de miembros de la misma familia, indicando tanto la transmisión vertical y horizontal como una persistente colonización de S. mutans adquiridos previamente hasta la adultez temprana.

La colonización inicial por S. mutans fue investigada en un estudio prospectivo de 46 niños estadounidenses desde el nacimiento a 5 años de edad, cuyas madres portaban altos niveles de S. mutans. De aquel estudio, la ventana de infectividad fue definida como el período a partir de 19 a 31 meses de edad, cuando el riesgo de adquisición de S. mutans era alto.

Adherencia de Streptococcus mutans y Desarrollo Inicial de la Caries

Las cepas de S. mutans son fenotípicamente homogéneas. Sin embargo, recientes investigaciones han revelado un gran nivel de heterogeneidad serológica, genética y bioquímica de S. mutans. La heterogeneidad también se observa a nivel de enzimas producidas por las diferentes especies de S. mutans, tales como las deshidrogenasas, glucosiltransferasas, aldolasas e invertasas. La serotipificación es un procedimiento rutinario y de mucho valor para determinar otros grupos inmunológicos y tipos de estreptococos.

Glucosiltransferasas (Gtfs) y su Papel en la Formación de Placa

Se ha aceptado que las glucosiltransferasas (Gtfs) de S. mutans desempeñan papeles críticos en el desarrollo de la placa dental virulenta. Las Gtfs se adsorben para producir glucanos in situ sobre el esmalte, proporcionando los sitios para la colonización ávida por microorganismos y una matriz insoluble para la formación de la placa. Las Gtfs también se adsorben a las superficies de otros microorganismos orales, convirtiéndolos en productores de glucanos.

S. mutans expresa 3 Gtfs genéticamente distintas; cada una parece desempeñar un papel diferente pero que se superpone en su papel en la formación de la placa:

• GtfC: Se adsorbe dentro de la película.
• GtfB: Se liga ávidamente a las bacterias, promoviendo una apretada fusión celular e incrementando la cohesión de la placa.
• GtfD: Forma un polisacárido soluble, fácilmente metabolizable, y sirve de iniciador de la GtfB.

El comportamiento de Gtfs solubles no refleja lo observado con enzimas adsorbidas en la superficie. Además, la estructura de la matriz de polisacárido cambia con el tiempo a consecuencia de la acción de mutanasas y dextranasas dentro de la placa. Las Gtfs en diferentes lugares ofrecen blancos quimioterapéuticos para prevenir la caries dental. Sin embargo, los agentes que inhiben las Gtfs en solución con frecuencia tienen un efecto reducido o nulo sobre las enzimas adsorbidas. Se han identificado otros productos bacterianos solubles usando técnicas inmunológicas, entre otros, fructosiltransferasa, glucosiltransferasa (Gtf) y ácido lipoteicoico en la película formada in vitro e in vivo a partir de saliva entera. Se ha observado que las enzimas, cuando se insolubilizan, permanecen muy activas en una amplia gama de valores de pH. Está claro que la presencia de Gtf activa dentro de la película dental facilita la formación de glucanos in situ, proporcionando así distintos sitios de unión para los microorganismos orales.