Streptococcus mutans cabalga a lomos del hongo Candida albicans

La bacteria Streptococcus mutans se asocia al y el hongo Candida albicans en las bocas de los niños con mala higiene bucal. Streptococcus mutans, la bacteria que causa las caries, literalmente cabalga montado encima del hongo. El hongo, al crecer, arrastra a Streptococcus mutans, una bacteria que carece de medios de locomoción

 

Referencias: 

Zhi Ren, Hannah Jeckel, Aurea Simon-Soro, Hyun Koo et al. Interkingdom assemblages in human saliva display group-level surface mobility and disease-promoting emergent functions. PNAS (2022). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2209699119

http://bacteriasactuaciencia.blogspot.com/2016/04/por-que-streptococcus-mutans-causa.html

Aparece el oxígeno atmosférico y el mundo se divide en dos

Se asume que el primer ribozima del cual procede toda la vida de la Tierra, un organismo hipotético al que se le conoce como Luca, por la sigla en inglés de “último ancestro común universal” (Last Universal Common Ancestor), y se calcula que vivió hace aproximadamente 4000 millones de años, cuando la Tierra tenía apenas 560 millones de años de edad, 400 años después de la aparición de esta forma de vida, surgen unas bacterias con capacidad de realizar fotosíntesis anoxigénica, es decir, sin presencia del oxígeno. Este tipo de fotosíntesis tenía lugar en presencia de ácido sulfhídrico (H₂S) liberándo azufre molecular en el proceso (S₂). También podrían usar arsénico o hidrógeno como donadores de electrones. Tenemos que pensar que hacía solo un 1000 millones de años que se había formado la Tierra. La actividad volcánica era elevada y las bacterias que poblaban el planeta eran similares a las que hoy consideramos extremófilas. Bacterias que viven en fumarolas de agua hirviendo, dentro de hielo a -120ºC, aguas ácidas, lagunas hipersalinas, costras,del desierto.  Una de estas bacterias con capacidad de realizar la fotosíntesis, a las que a partir de ahora llamaremos cianobacterias, fueron capaces de realizar una variante de la fotosíntesis que ha llegado a ser la predominante en todo nuestro planeta. Se trata de la fotosíntesis oxigénica. La fotosíntesis necesita un reductor (una fuente de electrones), que en este caso es el agua (H₂O). Al tomar el H del agua se libera oxígeno.                                                      

                                                                    Luz solar

                                               6 H₂O + 6CO₂  ------------>   6O₂ + Glucosa

Fig. 1: Reacción química de la fotosíntesis

Esta reacción tuvo tanto éxito porque partía de dos elementros muy abundantes en la Tierra: luz solar, agua y CO₂ . La explosión evolutiva y ecológica de las cianobacterias hizo que éstas cubriesen todos los mares, lagos y superficies terrestres. Hace 2500 millones de años se alcanzó unas concentraciones de oxígeno similares a las que tenemos actualmente, en donde el 21% de la atmósfera que respiramos es O₂. 

Recapitulando, básicamente si la vida tiene 4000 años sobre la Tierra, hasta alcanzar el nivel de oxígeno actual, el planeta estuvo 1500 millones de años y los 2500 millones de años hasta la actualidad con un planeta dividido en dos: el mundo sin oxígeno, también llamado anaerobio y el mundo aerobio. 

Los seres humanos también seguimos ese patrón: somos organismos aerobios y anaerobios. Pensamos que somos exclusivamente aerobios porque necesitamos respirar. Tomamos aire con oxígeno con nuestros pulmones y exhalamos CO₂. No obstante, tenemos partes de nuestro cuerpo que carecen de oxígeno. Sin ir más lejos, nuestros intestinos son anaerobios. No exhalan CO₂, exhalan metano. Los intestinos exhalan por donde la espalda pierde su casto nombre. Existen más lugares carentes de oxígeno. Por ejemplo las cavidades recónditas, como el surco gingival en donde se insertan los dientes. Allí viven bacterias como Streptococcus mutans, la causante de las caries o Porphyromonas gingivales, la sospechosa de causar Alzheimer en humanos.

A nivel planetario, el oxígeno se concentró en la atmósfera y en las capas superficiales de océanos, ríos y lagos. En las profundidades de los mismos, en el interior de la superfice terrestre... esos lugares siguieron siendo anaerobio, y allí donde nosotros no podemos vivir viven todavía las arqueobacterias anaerobias que reinaron en el planeta durante 1500 millones de años. 

Durante esos 1500 millones de años, las arqueobacterias desarrollaron todo tipo de rutas metabólicas. Donde nosotros respiramos oxígeno y oxidamos básicamente los azúcares que comemos, ellas oxidaban compuestos que son extremadamente tóxicos para nosotros como el ácido sulfhídrico (H₂S), que son compuestos inorgánicos. Se podría decir que si nosotros quemamos azúcares, ellas quemaban piedras. El metabolismo de los organismos aerobios es similar en todos nosotros. El famoso ciclo de Krebs que se estudia en bioquímica I. En cambio las arqueobacterias exhiben distintos tipos de rutas metabólicas. Es algo que podemos visualizar mediante la Columna de Winogradsky.

Una columna para tenerlos a todos

Con el experimento de la Columna de Winogradsky podemos visualizar fácilmente como el mundo se divide en dos: aerobio, en presencia de oxígeno y anaerobio en ausencia de él. Las condiciones anóxicas surgen a tan sólo unos pocos milímetros de la superficie. Debido a esta deficiencia de oxígeno, aquellos organismos que habitan estos ambientes deben ser capaces de sobrevivir respirando compuestos distintos del O2. En este caso, los microorganismos anaerobios pueden respirar aceptores de electrones como el nitrato, hierro férrico (III), óxido de manganeso (IV), sulfato y dióxido de carbono para producir biomasa y la energía que ellos consumen. 

Fig. 2. En el experimento clásico de la columna de Winogradsky en el fondo de la columna se le añade papel de periódico como fuente de hidratos de carbono, la glucosa presente en la celulosa del papel y un huevo que proporcionará el azufre. A esa mezcla de azucar y proteínas se le añade sedimentos de una charca, estero o laguna. Se cubre de agua. A la izquierda se puede observar los sedimentos según se le han añadido a la columna. A la derecha, dos meses después de haber empezado el experimento se observan los distintos estratos de bacterias que están respirando en ausencia de oxígeno el azucar y el huevo que se encuentran en la base.

 Fig. 3. Las relaciones que se establecen entre los distintos modos de “alimentación” microbiana constituyen ecosistemas complejos pero se pueden observar, de forma sencilla, con una columna Winogradsky. Fuente

Cardio y pesas

Todos los que hemos ido a un gimnasio sabemos que tienen dos partes diferenciadas: la de los ejercicios de cardio y las pesas. Esa división tiene que ver también con esta división del mundo anaerobio y el mundo aerobio. El metabolismo energético de la célula humana, de una célula eucariota, con núcleo y organelas, está dividido en dos rutas, una ruta anaerobia, sin oxígeno, en la se rompe la molécula de azucar en dos moléculas de acetil-CoA y otra ruta aerobia que comprende el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa fosforila. Estas dos reacciones degradan el acetil-CoA hasta HO₂ y CO₂ 

La ruta anaerobia es una ruta rápida y genera por cada molécula de azucar dos ATPs. Esta molécula, el ATP, es  como vamos a ver el dolar de todas las transacciones energéticas de la célula. La ruta aerobia, toma el acetil-CoA y lo degrada a dos moléculas muy pobres energéticamente, , y libera 30 ATPs. Mucho más eficiente energéticamente. Sin embargo, esta ruta es más lenta que la ruta anaerobia.

La rapidez e inmediatez es lo que buscamos cuando levantamos pesas, por eso usamos el metabolismo anaerobio. Cuando queremos obtener energía y al mismo tiempo hacer un ejercicio durante mucho tiempo, el típico ejercicio de cardio, usamos el metabolismo aerobio. 

El ATP es la moneda energética de la célula

Es por así decirlo la gasolina que mueve todas las reacciones enzimáticas en la célula. En nuestras gasolineras existe dos tipos de combustibles: la gasolina y el diesel. En las células, tanto bacterianas como en las eucarióticas (las de humanos, plantas, hongos y protozoos), se usa básicamente el ATP. La molécula está compuesta de una base nitrogenada, la adenina, unida a un azucar, la ribosa, a la ribosa se le unen tres fosfatos inorgánicos. Que la adenina esté unida a una ribosa es otro ejemplo que apoya la teoría que dice que el primer ácido nucleico que soportó la vida fue el ARN y no el ADN como ocurre hoy en día en la mayoría de los organismos, excepto en los virus de tipo ARN.

Fig. 4. La molécula de ATP, en la imagen, tiene átomos con carga negativa, como son los oxígenos representados con estas esferas rojas. Está muy próximos entre si, se mantienen unidos al límite del enlace que los mantiene juntos. A poco que esta molécula se modifique el fósforo, en dorado, unido a los oxígenos, en rojo, del extremo izquierdo se van a desprender. Ese movimiento de repulsión es lo que va a mover todos los procesos que necesitan energía en la célula.

Los tres fosfatos inorgánicos son moléculas cargadas negativamente, y están unos al lado de los otros. ¿Habéis intentado alguna vez unir dos imanes por polos semejantes? los imanes se repelen y hace falta mucha fuerza para juntarlos. Eso es lo que ocurre con los tres fosfatos inorgánicos. Están unidos covalentemente pero se repelen y cuando el enlace covalente se rompe el fosfato saliente sale repelido y ese movimiento de repulsión hace mover todas las máquinas enzimáticas de la célula.Una de las acepciones de la Real Academia de la Lengua Española sobre la palabra "parsimonia": Frugalidad y moderación en los gastos. Esta es una caracteristica de los seres vivos. Cuando algo funciona no se cambia. ¿Cómo se va a seleccionar mejoras en algo que ya es inmejorable? esto es lo que le ocurre a moléculas como el ATP. Su estructura es igual en cualquier organismo que miremos.

Ahora que sabemos que tanto el metabolismo anaerobio y el aerobio sirven para que la célula posea esta molécula energética, surge la siguentes dudas: ¿Por qué tenemos dos tipos de metabolismo? ¿Por qué si somos seres que respiramos oxígeno tenemos un metabolismo anaerobio que no utiliza oxígeno? Lo veremos en el siguiente capítulo

¿Por qué Streptococcus mutans causa caries?

Autoras: Angie Reinoso, Brittany Alfaro y Anahí Orbe , estudiantes de la  Facultad de Medicina  Veterinaria de la UDLA Quito. Trabajo pendiente de revisión

¿Sabes quién vive en tu boca? 

Desde que somos muy pequeños nuestros padres siempre nos han prohibido el consumo de dulces o bebidas azucaradas por la razón de que el consumo excesivo de estas hará que nuestros dientes se pongan de un color feo y quebradizo, es decir caries en nuestros dientes y como consecuencia esto traerá visitas frecuentes y tratamientos dolorosos con el  dentista, lo que se vuelve bastante tedioso para muchos.

Sabemos bien lo molesto que significa visitar al dentista ya sea en busca de un tratamiento para caries o hasta incluso por una gingivitis (inflamación de las encías).

Pero es importante conocer cuáles son  las causas principales de la caries dental  por la que no solo el consumo de azúcar, un mal aseo bucal, e incluso el papel importante que juega la herencia acerca de la susceptibilidad de los dientes por la caries, conllevarán a la destrucción parcial o total de nuestros dientes.

Debemos saber que en el interior de nuestro organismo habitan miles de bacterias entre ellas Streptococcus mutans, bacteria que se deposita dentro de nuestra boca específicamente en las fisuras de nuestros dientes, alimentándose del azúcar que nosotros consumimos y así eliminando un ácido que destruye  nuestros dientes.

Ilustración 2: Streptococcus mutans. Bacteria vista desde microscopio electrónico. Fuente

Es importante conocer también que Streptococcus mutans es una bacteria bastante  territorial es decir defiende su espacio y no permite la colonización de otras cepas de la misma especie en el interior de nuestra boca.

Pero el investigador PageCaufield, que trabaja en la Universidad de Michigan ha realizado varias pruebas acerca de cuáles son los mecanismos utilizados por estos microrganismos para llegar hasta el interior de nuestra boca.

Ya que algunos expertos creen que el asentamiento de estas bacterias es debido a la íntima relación que existe entre madres e hijos, sabiendo que el padre como progenitor también establece relación con su hijo. Pero no obstante la madre es quien intercambia besos en la boca con su hijo.

 

Ilustración 3: Dientes afectados por caries. Caries Dental. Fuente

 Realizar las visitas periódicas al dentista no es del agrado de nadie ya que pueden resultar dolorosas y nos cuestan un  ojo de la cara , pero que debemos hacerlas para mantener nuestra salud e higiene dental , y es que la mayoría de estas visitas son causadas por esta bacteria silenciosa que afecta a la boca de casi todas las personas ,conocida como  Streptococcus mutans, al ser  anaeróbica , es decir que no necesita de oxígeno para poder vivir , al no cepillarnos los dientes, la placa y el sarro pueden aparecer y forman un ambiente para que las bacterias puedan vivir , multiplicarse y posteriormente formar una pasta que las proteja y aquí es donde S. mutans vivirá  , al no gustarle el oxígeno escoge vivir en el interior de la placa que se forma , específicamente busca las fisuras que presentan los dientes , por esta misma razón los dentistas realizan sellados en las muelas a temprana edad en niños de 6 años en adelante , siempre y cuando no exista ni la más mínima sospecha de caries , ya que si realiza el sellado en una muela cariada se estaría creando un hábitat propicio para S mutans y no es lo que queremos , al sellar la muela la deja lisa y así no se puede formar las grietas donde tanto le encanta estar a esta bacteria.

Ilustración 4: Parte superior del diente, se pueden notar las grietas, donde por donde S. mutans  se alojara, y que por la misma razón se debe realizar un sellado de muelas. Fuente

Al ser bacterias modificadas agresivas producen ácido láctico y muchos se preguntaran como lo hacen, fácil, a esta bacteria le encanta que ingerimos azúcar ya que no descomponen totalmente la molécula de azúcar como otras bacterias, S. mutans es  una bacteria rebelde y se diferencia de las demás al  descomponer a medias la molécula de azúcar y así dejando restos de ácido láctico provocando así  la descomposición del material que forma el diente creando un ambiente propicio para que la bacteria avance al interior de la muela .

Sin duda es una bacteria que da miedo a cualquiera, pero ¿Te gustaría vivir sin caries? pues según la revista Nature Medicine un grupo de científicos británicos han elaborado una vacuna a base de plantas de tabaco modificadas genéticamente.

Para acabar con este problema basta con aplicar esta vacuna líquida y en unas pocas aplicaciones esta vacuna es capaz de proteger a los dientes de las caries hasta por 4 meses.

Y esto funciona gracias a que los anticuerpos que se adhieren a las bacterias de esta manera evitando que estas permanezcan en los dientes, y mientras  los microbios van desapareciendo otros microbios inofensivos se adhieren impidiendo la presencia  de más caries.

Los resultados obtenidos en un paciente a los 4 meses han sido muy alentadores, y en pocos años estará al alcance del público.

De esta manera toda estaremos libres de caries, sin duda esta es una nueva e innovadora manera de ahorrar dinero y tiempo yendo al dentista.

¡Todo por un futuro sin caries!

Bibliografía

Ingraham, J. L. (2010). Introduccion a la microbiología. En J. L. Ingraham, Introduccion a la microbiología (págs. 88-89). Barcelona: Reverte S.A.

Julio., M. B. (2011). Operatoria dental : integración clínica. En M. B. J., Operatoria dental : integración clínica (4ad ed. ed., págs. 302-303). Buenos Aires, Argentina: Médica Panamericana. Recuperado el 17 de Abril de 2016, de https://books.google.com.ec/books?id=zDFxeYR8QWwC&pg=PA302&dq=s+mutans&hl=es&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=s%20mutans&f=false

Colgate- Palmolive Company. ( 2016).  ¿Que son las caries?. Recuperado de: http://www.colgate.com.mx/es/mx/oc/oral-health/conditions/cavities/article/what-are-cavities

European Food Information Council. (2016). Una nueva vacuna contra la caries dental. Recuperado de:  http://www.eufic.org/article/es/artid/nueva-vacuna-contra-caries-dental/

Ilustración 1: Trabajo realizado por : Angie Reinoso, Candy Alfaro y Anahi Orbe , estudiantes de la la Facultad de Medicina  Veterinaria de la UDLA Quito. 2

Ilustración 2:Streptococcus mutan. Bacteria vista desde microscopio electrónico. Fuente:http://imelda-unam-acariogenica.blogspot.com/2012_06_01_archive.html 3

Ilustración 3: Dientes afectados por caries. Caries Dental. Fuente: http://www.saludymedicinas.com.mx/centros-de-salud/bucodental/esquemas/caries-dental-ninos.html 3

Ilustración 4: Parte superior del diente, se pueden notar las grietas, donde por donde S mutans  se alojara, y que por la misma razón se debe realizar un sellado de muelas. Fuente: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjyySbV6-qwJCQ-KT7ftGw_tVJ6DB6Aj-IG_u9ZCxQDvAk8OtbJras0xYUKRJpoOr8Q4qBMLY7CQ_brfppshLF44-4HKt2QYGdKRtajGfUMG7ODhf2nyl9yXb7Ba9_sb3ORlsqkG93NqhLQ/s400/muela.jpg  4

Streptococcus mutans: la agresiva causante de nuestras caries

Existen bacterias que permanecen con nosotros toda la vida

El estudio de las bacterias que habitan en la boca está proporcionando resultados sorprendentes. Así, se sabe que las parejas no intercambian cepas de Streptococcus mutans (S. mutans), que es la bacteria con más culpabilidad en la aparición de caries en los humanos, mientras que otras bacterias como la Actinobacillus actinomycetemcomitans, uno de los agentes relacionados con las enfermedades de las encías, se pueden transmitir con el beso.

Las colonias de bacterias pueden competir y desplazar la una a la otra como se puede ver entre colonias de Bacillus subtilis como se ha publicado recientemente. Lo mismo está ocurriendo en nuestras bocas. Fuente Nature

Los científicos han identificado las cepas de bacterias de más de 300 familias, y aún no han encontrado un solo caso en el que ambos padres estén infectados por la misma cepa. Según parece, la S. mutans que vive en nuestra boca no permite el asentamiento de otras cepas de la misma especie. Y hay más: de acuerdo con pruebas de ADN, padres e hijos -a diferencia de lo que sucede con la madre- nunca presentan la misma cepa de esta bacteria bucal. En un estudio reciente, realizado en Suecia, país donde los padres pasan más tiempo con los bebés ya que tienen las bajas obligatorias por paternidad, en una muestra de 11 familias no se descubrió un solo caso en el que el padre y el hijo estuviesen infectados por la misma cepa de S. mutans. Sin embargo, en el caso de la madre es distinto. Los expertos creen que el contacto entre madre y bebé es más íntimo. También se sospecha que la respuesta está en el sistema inmunológico que el recién nacido hereda de la progenitora.

S. mutans es una bacteria territorial.

Los científicos están empleando pruebas de ADN para saber cómo llegan estos microorganismos hasta la boca. El investigador PageCaufield, que trabaja en mi amada Universidad de Michigan, Ann Arbor, está empleando pruebas de ADN para seguir la pista de ciertas bacterias en su paso de un huésped a otro. Sus análisis de muestras de saliva tomadas de niños y de sus madres a lo largo de cinco años han descubierto aspectos clave del tráfico de microbios bucales. De los 46 niños que participaron en el experimento de Caufield, sólo ocho no quedaron infectados por S. mutans durante un periodo de tiempo que va desde los 19 a los 31 meses, un periodo que corresponde al nacimiento de los primeros molares. Los ocho niños que no se infectaron durante este periodo nunca dieron positivo en las pruebas para esta bacteria a lo largo de todo el estudio, lo que da a entender que el microorganismo perdió su oportunidad para hacerse con un lugar o nicho en la flora bucal.

El autor de este blog caracterizado como Streptococcus mutans en la obra "Qué traballo tan curioso" producida por el CSIC que trataba de concienciar a los niños sobre buenos hábitos higiénicos

¿Podemos domesticar a S. mutans y hacerla trabajar para nosotros? 

Los conocimientos del ecosistema bucal podrían también tener usos más prosaicos. Por un lado, pueden facilitar la búsqueda de otros métodos para combatir enfermedades dentales que no se basen en la técnica de aniquilamiento total, empleada en el pasado, sino en ataques más finos, adentrándonos más allá de las líneas del enemigo.

Una estrategia que promete consiste en emplear una cepa de S. mutans que produce una sustancia capaz de aniquilar otras cepas rivales de la misma bacteria. Jeff Hillman, microbiólogo de la Universidad deFlorida, en Gainsville, ha manipulado genéticamente organismos que pertenecen a la cepa fratricida para producir un supermicrobio que puede aniquilar a sus compatriotas, si bien es incapaz de segregar los ácidos que atacan a los dientes. El pasado mes de octubre, Hillman infectó un grupo de ratas con este supermicrobio y a continuación les administró una dieta rica en azúcar.

A diferencia de los animales infectados con una cepa normal de S. mutans humana y sometidos a la misma dieta, los dientes de las ratas infectadas con la cepa manipulada no presentaron caries. Es más, el supermicrobio de Hillman no parece desequilibrar el ecosistema bucal. Hillman ya ha demostrado que la cepa asesina de S. mutans tiene la capacidad de reemplazar a su homóloga previamente asentada, según parece, aniquilándola y ocupando su nicho. En estos experimentos, un grupo de voluntarios del Centro Dental Forsyth fueron sometidos a un raspado; a continuación se cepillaron los dientes y emplearon hilo dental infectado con la cepa agresiva de S. mutans. Un año más tarde, la bacteria agresiva todavía se encontraba en la boca de los participantes.

El Dr. Hillman ha solicitado autorización para llevar a cabo ensayos clínicos con el supermicrobio que no ataca el esmalte de los dientes. Su objetivo es emplear estas bacterias como vacunas contra la caries. "Se podría administrar a todo el mundo, y su costo sería relativamente bajo, ya que se trata de una sola dosis capaz de evitar las caries durante toda la vida", afirma este experto.

Odontología del futuro: sustituir unas bacterias por otras

Esta forma de combatir las enfermedades dentales sustituyendo unas cepas bacterianas por otras puede ser el futuro de la higiene bucal. Por ahora deberíamos seguir utilizando los métodos tradicionales, como el cepillado, el uso de la seda dental y el sellado de las muelas. Esta última técnica es muy interesante porque S. mutans es una bacteria a la que no le gusta el oxígeno y por lo tanto se esconde en las fisuras de nuestras muelas. Cerrar esas fisuras nos permite mantener a S. mutans fuera de su nicho natural.

Algunos de los organismos que viven en la boca cumplen importantes funciones, ya que impiden la entrada de otros microbios más perjudiciales. Por ejemplo, una de las consecuencias de aniquilar la flora bucal con grandes dosis de antibióticos es la aparición de aftas, una infección de hongos que ha sido relacionada con el desarrollo de ciertos tipos de cáncer de boca. Los microbios residentes también producen una serie de compuestos que resultan letales para algunos de los microorganismos mas perjudiciales que suelen viajar en el aire o en los alimentos.

Uno de éstos fue estudiado el año pasado por investigadores de la Universidad de Aberdeen. Este grupo de científicos demostró que ciertas bacterias que viven en la boca de las ratas producen nitrito, compuesto que reacciona con el ácido gástrico para crear condiciones que, como se ha comprobado en el laboratorio, impiden el desarrollo de la Salmonella, Escherichia coli patógenas y otros organismos perjudiciales. Se cree que unos microbios parecidos hacen lo mismo en la boca de los seres humanos.

Bibliografía

http://www.popsci.com/tags/jeffrey-hillman

http://www.nature.com/articles/npjbiofilms201527