< Terug naar vorige pagina

Project

Identificatie en karakterisatie van beneficiële orale bacteriën

Parodontitis is een orale infectieuze pathologie die de omliggende en ondersteunende weefsels van de tanden aantast, hetgeen kan leiden tot permanent verlies van de tanden. Wat de prevalentie betreft, lijdt ongeveer 50 procent van de wereldbevolking aan parodontitis, waarvan 15 procent aan de meest ernstige vorm. Parodontitis is eveneens geassocieerd met een groot aantal systemische aandoeningen.

In gezonde individuen zijn de orale bacteriële flora en de gastheer met elkaar in evenwicht (homeostase). Desalniettemin kunnen genetische, systemische en omgevingsfactoren deze balans verstoren, hetgeen een overgroei aan parodontale pathogenen tot gevolg heeft. In deze pathologische situatie kunnen de parodontale pathogenen rechtstreeks schade berokkenen aan de gastheerweefsels en een sterke ontstekingsreactie uitlokken. De combinatie van de bacteriële infectie met de daaropvolgende immuunrespons is vervolgens verantwoordelijk voor de progressieve destructie van de gastheerweefsels. De huidige standaardbehandelingen zijn voornamelijk gericht op het uitroeien van de pathogene micro-organismen door middel van mechanisch subgingivaal debridement, vaak aangevuld met het gebruik van antiseptica en/of antibiotica. De uitkomst van deze therapieën hangt sterk af van het al dan niet tot stand komen van een niet-pathogene/gastheer-compatibele microbiota in het subgingivale gebied. Helaas treedt er vaak slechts een tijdelijke verschuiving op in de microbiële samenstelling. Pathogene bacteriën die de behandelingen overleefd hebben of vanuit andere intra-orale habitats afkomstig zijn, kunnen de tandvleespockets spoedig rekoloniseren. Hierdoor schieten deze traditionele parodontitisbehandelingen vaak te kort om te kunnen resulteren in stabiele, niet-pathogene/gastheer-compatibele biofilmen. Daarenboven is er vanwege een toename in antibiotica-resistentie een hoge nood aan de ontwikkeling van behandelingen die niet gebaseerd zijn op het gebruik van antibiotica. Dit alles maakt dat er dringend alternatieve en/of complementaire behandelingen nodig zijn om de inefficiënte conventionele therapieën te vervangen en/of aan te vullen.

Als belangrijk onderdeel van de inwendige microbiota spelen zogenaamde goedaardige bacteriën een belangrijke rol in de groeilimitatie van de parodontale pathogenen. Een brede waaier aan antimicrobiële substanties geproduceerd door deze goedaardige bacteriën is verantwoordelijk voor de groeiremming van de paropathogenen. Dit maakt dat de toediening van uitwendige goedaardige orale bacteriën, die in staat zijn om specifieke antimicrobiële substanties te produceren, een goede alternatieve en/of complementaire behandeling voor parodontitis zou kunnen betekenen. Uitgaande van deze hypothese was het doel van de eerste studie om commensale, goedaardige bacteriën met een remmende activiteit op de belangrijkste paropathogenen te identificeren, te bepalen welke antimicrobiële substanties hierbij betrokken zijn en om de invloed van verschillende experimentele condities en omgevingsfactoren op de sterkte van deze remming na te gaan. De Streptococcus-soorten S. sanguinis, S. cristatus, S. gordonii, S. parasanguinis, S. mitis en S. oralis konden geclassificeerd worden als zulke goedaardige bacteriën omwille van hun remmende eigenschappen ten opzichte van Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis en Prevotella intermedia. De productie van waterstofperoxide (H2O2) door deze commensalen bleek het belangrijkste remmingsmechanisme te vertegenwoordigen. Daarenboven bleek het bacteriële antagonisme soort-specifiek te zijn, alsook afhankelijk van zowel experimentele condities als van omgevingsfactoren. Deze resultaten tonen aan dat deze bacteriën mogelijk aangewend kunnen worden als nieuwe probiotica tijdens toekomstige behandelingen. Bovendien verlenen deze resultaten ook nieuwe inzichten in de belangrijke rol van H2O2 in de vorming en samenstelling van orale biofilmen en in de grote invloed die verschillende omgevingsfactoren kunnen hebben op de sterkte van de remming.

Wat betreft de invloed van deze omgevingsfactoren, werd onder meer de mogelijke interferentie van bloedcomponenten met het remmend mechanisme nagegaan. De toevoeging van bloed aan de voedingsbodems deed het remmend effect van de eerder geïdentificeerde goedaardige bacteriën volledig teniet. Op basis van deze resultaten werd verondersteld dat sommige bloedcomponenten mogelijks interfereren met H2O2 en het antimicrobieel effect ervan neutraliseren. Serum, hemine en hemoglobine afkomstig uit het bloed werden vervolgens geselecteerd op basis van hun vermogen tot reactie met H2O2. Het toedienen van deze bloedcomponenten aan orale biofilmen veroorzaakte vervolgens dysbiose omwille van het blokkeren van het antimicrobiële effect van H2O2 en het stimuleren van de groei van A. actinomycetemcomitans, P. gingivalis, en P. intermedia. Deze studie hielp bij het verwerven van nieuwe kennis over het dysbiose proces en werpt een nieuw licht op welke componenten mogelijks betrokken zijn bij de verschuiving in microbiële samenstelling die gepaard gaat met de overgang van gezondheid naar ziekte.

Tijdens de daaropvolgende studies werd vervolgens nagegaan welke componenten uit gingivaal creviculair vocht (GCV) eveneens kunnen interfereren met het remmend effect van H2O2 geproduceerd door de goedaardige bacteriën. Het is algemeen geweten dat GCV afgescheiden wordt door de gastheerweefsels om zo de microbiële uitdaging die de paropathogenen vormen het hoofd te bieden. Tijdens verscheidene studies werd de samenstelling van GCV afkomstig van gezonde individuen en parodontitispatiënten nagegaan, waarbij men tot de vaststelling kwam dat de myeloperoxidase (MPO) concentraties in patiënten die aan parodontitis lijden significant hoger zijn dan deze in gezonde individuen. Dezelfde MPO-concentraties als deze die werden teruggevonden in het GCV van gezonde individuen en parodontitispatiënten werden vervolgens gebruikt in de in vitro experimenten die werden opgezet om de MPO-capaciteit tot inductie van dysbiose in complexe orale biofilmen na te gaan. De neutralisatiecapaciteit van andere enzymen (namelijk lactoperoxidase en katalase) werd op éénzelfde manier nagegaan. Hiervoor werd gebruik gemaakt van hun respectievelijke speekselconcentraties. Zowel de peroxidases afkomstig uit GCV als deze afkomstig uit speeksel vertoonden een significante neutralisatie van het remmend effect van H2O2. De resultaten bekomen in deze studie laten toe om een correlatie te maken tussen de peroxidaseconcentraties in GCV en speeksel enerzijds en het dysbioseproces dat plaatsvindt in orale biofilmen anderzijds.

Het doel van de volgende studie was aantonen dat de verschuiving in microbiële samenstelling van de orale biofilmen veroorzaakt door blootstelling aan serum, hemoglobine, hemine en peroxidase een toename in inflammatoire respons kan veroorzaken, en dit vanwege een overgroei aan paropathogenen. De mogelijke overexpressie van verschillende inflammatoire mediatoren (IL-8, IL-6, TNF-α, …) werd nagegaan, alsook de expressie van virulentiegenen in de paropathogenen. Dit onderzoek toonde aan dat de aanwezigheid van dysbiose-inducerende componenten een overgroei aan paropathogenen kan veroorzaken alsook hun virulentie kan doen toenemen. Daarenboven zorgden deze dysbiotische biofilmen ook voor een toegenomen inflammatoire respons.

De laatste studie focuste op een belangrijk neveneffect van de traditionele maar weliswaar aspecifieke en ineffectieve parodontitisbehandelingen. Het is algemeen geweten dat orale bacteriën verschillende strategieën ontwikkeld hebben om het beoogde effect van deze behandelingen te omzeilen. Necrotrofische groei is hier mogelijk één van, zoals reeds werd aangetoond voor Legionella pneumophila bacteriën in koelingsleidingen, die wisten te overleven door dode bacteriën aan te wenden als voedingsbron. De experimenten uitgevoerd tijdens deze studie toonden aan dat de belangrijkste paropathogenen inderdaad in staat waren om zich te voeden met dode orale bacteriën en op deze manier hun eigen groei en virulentie konden doen toenemen. De aanwezigheid van dode bacteriën in combinatie met levende bacteriën veroorzaakte eveneens een toename in mortaliteit van celculturen. Deze studie toonde aan dat necrotrofie een belangrijk neveneffect is van de huidige parodontitisbehandelingen en dat nieuwe, meer specifieke therapieën hoognodig zijn om parodontitis efficiënt te kunnen behandelen.

Samengevat bieden de bekomen resultaten nieuwe inzichten in de ontwikkeling van parodontitis. Deze inzichten werden verworven door middel van de karakterisering van de belangrijke rol die goedaardige orale bacteriën spelen in het onderhouden van de homeostatische balans. De belangrijke functie van H2O2 werd aangetoond, namelijk de limitatie van de groei van paropathogenen in orale biofilmen. De initiatie van dysbiose blijkt gerelateerd te zijn aan de neutralisatie van het remmend effect van H2O2 geproduceerd door goedaardige bacteriën tijdens inflammatie, en meer bepaald aan myeloperoxidase uit het GCV dat hiervoor verantwoordelijk is. Daarenboven lokten de dysbiotische biofilmen ook een sterkere inflammatoire respons uit. Standaardbehandelingen aangevuld met het gebruik van antimicrobiële middelen kunnen dus een toename in de groei en virulentie van de paropathogenen veroorzaken. Een volgende generatie van orale behandelingen voor parodontitis zou dus gericht moeten zijn op het stimuleren van de voordelige eigenschappen van de goedaardige bacteriën door middel van gebruik van prebiotica en de aspecifieke dodingsmechanismen achterwege laten.

Datum:1 apr 2013 →  5 feb 2018
Trefwoorden:Periodontology
Disciplines:Tandheelkunde
Project type:PhD project