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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 CAVITÉ
ORALE ?
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)
Streptococcus
Actinomyces
Eh faible poche
parodontale(-300mV)
A.Actinomycetemcomitans
P. 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
Adhérence 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
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Division cellulaire
Maturation du biofilm
Pore
Canal interne
Détachement et
dissémination des
cellules du biofilm
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Biofilm mixte
(cocci et
batônnets)
sur la surface d’une
plante
Canalisation d’eaux
usées
Biofilm dans une flaque d’eau
dans la nature …
Biofilm d’un
écosystème aquatique
alpin
Exemples de
biofilms
Biofilm
oral
Biofilm sur une prothèse
Biofilm sur
cathéter
Biofilm dans
l‘intestin
Biofilm sur la
peau
dans le domaine biomédical …
COMMENT SE FORME
LE BIOFILM ORAL ?
Etapes de formation du biofilm oral
Pellicule acquise exogène
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
-ooc
coo-+Ca+
Bactéries
pionnières
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: OUI
En 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 pneumonie
Cette 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
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peau
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Pathologies orales
Biofilm
endodontique
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Coupe
histologique
d’une partie
apicale d’un canal
Flèche: biofilm
Endodontique
En bas: MEB
d’un apex avec
un biofilm
SOCRANSKY & HAFFAJEE 2005
Diversité des bactéries retrouvées dans les pathologies parodontales
formant le biofilm supragingival et le biofilm sous gingival
(bactérie planktonique: flottante dans la salive)
Biofilm sur une
prothèse amovible en résine chez un patient
avec une mauvaise hygiène
bucco-dentaire
Stomatite en rapport le
Port d’une prothèse maxillaire
Accumulation de biofilm à l’interface
Dent-matériau (bridge), flèche noire: carie
Secondaire, flèches blanches: hyperplasie
gingivale
Joint dent-matériau
État 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.
Cours écosystème et biofilm
Cours écosystème et biofilm
 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

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Cours écosystème et biofilm

  • 2. • 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
  • 3. − 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
  • 5. 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
  • 7. Facteurs physiques Facteurs nutritionnels Facteurs d’inhibition L’adhérence bactérienne
  • 8. 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
  • 9. 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
  • 10.  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
  • 11. Potentiel d’oxydoréduction (Eh) : Eh + 200 mV (aérobiose) Streptococcus Actinomyces Eh faible poche parodontale(-300mV) A.Actinomycetemcomitans P. gingivalis Eh - 140 mV (anaérobiose) 7 jours Facteurs physiques
  • 12. 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 +++
  • 13. 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
  • 14. 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
  • 15. 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
  • 16. Types d’adhérence: Adhérence à une surface dentaire Adhérence à une cellule épithéliale
  • 17. Types d’adhérence: Adhérence inter bactérienne homotypique hétérotypique
  • 18. Dynamique de l’adhésion: EMAIL Répulsion électrostatique Ponts par cations divalents (ca2+) Adhésines spécifiques: Ligand -récepteur PAE
  • 19. Médiateurs bactériens de l’adhérence: EMAIL Fixation par les fimbriae Fixation par les glycocalyx PAE EMAIL
  • 20. Médiateurs bactériens de l’adhérence: L’acide lipoteichoique (LTA)
  • 22. 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
  • 23. COMMENT SE FORME UN BIOFILM ?
  • 24. Etapes de formation d’un biofilm Attachement réversible Support solide Colonisateurs primaires Adhésion irréversible Matrice extracellulaire (slime) Matrice: protéines, polysaccharides, acides nucliques
  • 25. Formation de microcolonies Co-agrégatsCo-agrégatsCellule seule Colonisateurs secondaires Division cellulaire
  • 26. Maturation du biofilm Pore Canal interne Détachement et dissémination des cellules du biofilm Flux du milieu environnant
  • 27. Biofilm mixte (cocci et batônnets) sur la surface d’une plante Canalisation d’eaux usées Biofilm dans une flaque d’eau dans la nature … Biofilm d’un écosystème aquatique alpin Exemples de biofilms
  • 28. Biofilm oral Biofilm sur une prothèse Biofilm sur cathéter Biofilm dans l‘intestin Biofilm sur la peau dans le domaine biomédical …
  • 29. COMMENT SE FORME LE BIOFILM ORAL ?
  • 30. Etapes de formation du biofilm oral Pellicule acquise exogène Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ -ooc coo-+Ca+ Bactéries pionnières Acide sialique (glycoprotéine salivaire) Ca d’origine salivaire Ca libres des cristaux HA
  • 31. 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.
  • 32. 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
  • 33. EST-CE QUE LE BIOFILM INDUIT UNE PATHOLOGIE ?
  • 34. Réponse: OUI En 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 pneumonie Cette 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…)
  • 35. Biofilm oral Biofilm sur une prothèse Biofilm sur cathéter Biofilm dans l‘intestin Biofilm sur la peau dans le domaine biomédical …
  • 37. Biofilm endodontique Biofilm cariogène Coupe histologique d’une partie apicale d’un canal Flèche: biofilm Endodontique En bas: MEB d’un apex avec un biofilm
  • 38. SOCRANSKY & HAFFAJEE 2005 Diversité des bactéries retrouvées dans les pathologies parodontales formant le biofilm supragingival et le biofilm sous gingival
  • 39. (bactérie planktonique: flottante dans la salive) Biofilm sur une prothèse amovible en résine chez un patient avec une mauvaise hygiène bucco-dentaire
  • 40. Stomatite en rapport le Port d’une prothèse maxillaire
  • 41. Accumulation de biofilm à l’interface Dent-matériau (bridge), flèche noire: carie Secondaire, flèches blanches: hyperplasie gingivale Joint dent-matériau État de surface (lisse, rugeuse) compositionchimique
  • 42. Bord marginal irrégulier de la prothèse (zircone) A: retention de biofilm. B: bord marginal lisse Péri implantite
  • 43. 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.
  • 46.  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