Микробиом полости рта

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Микробиом представляет собой экологическое сообщество комменсальных, симбиотических и патогенных микроорганизмов. Национальный институт здоровья признал необходимость изучения микробиома человека и представил проект «Микробиом человека» (Human Microbiome Project) в 2008 году ввиду того, что за последние 50 лет микробиологические данные сильно изменились: от изучения известных 100 микробов полости рта до открытия более 700 видов бактерий, составляющих микробиом [1, 2].

Микробиом и человек составляют комплексный организм, результат тысячелетней эволюции с взаимной адаптацией, функциональной интеграцией и значимой выгодой для участников. Этот эволюционный процесс является следствием высокоразнообразного микробиома полости рта с полным спектром окислительных, воспалительных и невоспалительных свойств [3]. Видовой состав микробиома зависит от факторов, связанных с образом жизни: характера питания, количества употребляемого сахара, курения, качества индивидуальной гигиены полости рта, приема антибиотиков и применения антимикробных средств. Нарушение баланса микробиома может привести к кариесу, заболеваниям пародонта, кандидозу или распространению бактериальной инфекции в стерильные полости организма вне полости рта [4, 5].

Установлено, что по разнообразию микробиома (около 1000 видов бактерий), полость рта человека находится на втором месте после желудочно-кишечного тракта. Микробиом полости рта содержит 772 вида прокариот, из них 70% культивируются, 30% не культивируются. Из 70% культивируемых 57% имеют свои названия. Так, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacterium, Bacteroidetes, Spirochaetes, Synergistetes, Tenericutes составляют 96% большинства бактерий полости рта. Некультивируемые виды представлены GN02, SR1, TH7 [6].

Известно, что микроорганизмы влияют на общее здоровье — от метаболизма до иммунного ответа. Микрофлора полости рта влияет на такие заболевания, как сахарный диабет, бактериемия, эндокардит, аутоиммунные заболевания и рождение недоношенных детей. Также микробиом представляет интерес для диагностики заболеваний и может быть использован как терапевтический индикатор [7, 8].

В полости рта находятся вирусы, грибы, простейшие, археи и др. Бактерии вызывают два наиболее часто встречающихся микробных заболевания полости рта: кариес зубов и заболевания пародонта. База данных микробиома полости рта содержит подробную информацию о бактериальных видах и 16S rRNA, определяющем генетическую последовательность микробов. Следует отметить, что микробиомы индивидуумов высокоспецифичны в своем разнообразии [9–12].

Известно, что над- и поддесневая биопленка содержит Streptococcus, Corynebacterium, Capnocytophaga, Haemophilus/Aggregatibacter, Fusobacterium, Prevotella, Leptotrichia, Veillonella, Neisseria, Rothia, Actinomyces, Lautropia, Porphyromonas [13, 14].

Исследования показали, что значительная роль в определении состава и активности микробиома полости рта определяется составом слюны [15]. Также дисбиоз может возникнуть при нарушении выделения слюны [16, 17].

На сегодняшний день кариес — одно из наиболее часто встречающихся заболеваний во всем мире. Появление кариозного поражения обусловлено взаимодействием трех компонентов: кислотопродуцирующих микроорганизмов, углеводов из пищи и общих факторов. Микробы полости рта формируют зубной налет, проявляя свойства классической биопленки на поверхности зубов, что приводит к развитию кариозного процесса. Зубная биопленка представляет собой динамичную структуру с активным метаболизмом. Биопленки обладают способностями влиять на белковую экспрессию и под воздействием кариесогенных микробов продуцируют молочную, муравьиную, уксусную и пропионовую кислоты — продукты углеводного метаболизма [18, 19]. Их присутствие вызывает снижение уровня кислотно-щелочного баланса (рН) до 5,5, что приводит к деминерализации кристаллов гидроксиапатитов эмали. Streptococcus mutans и другие стрептококки, не относящиеся к группе S. mutans (Actinomyces и Lactobacillus), играют ключевую роль в развитии кариозного процесса [20, 21].

С появлением знаний о составе микробиома полости рта стало возможным контролировать развитие кариеса. Различные участки и ткани полости рта, такие как язык, зубы и десны, колонизированы определенными микробными сообществами. Полноценная информация о микробиоме полости рта состоит из данных, собранных при заболеваниях и в здоровом состоянии из разных участков полости рта [22–24]. Многие микробиологические исследования основаны на объединенных образцах, хотя характеристика микробного состава на зубе или слизистой оболочке может повлиять на точность результатов. Исследование микробиома, обусловленное высокой точностью метода высокопроизводительного секвенирования, уже обеспечило основную информацию состава и структуры биопленки, но не полного микробного профиля биопленок полости рта [25–28].

В исследовании, проведенном среди 12-летних детей, обнаружено, что на окклюзионной поверхности вторых моляров биопленка представляет крайне полимикробное сообщество. При этом Streptococcus sрp. Oral Taxon 065, Corynebacterium matruchotii, Actinomyces viscosus, Actinomyces spр. Oral Taxon 175, Actinomyces spр. Oral Taxon 178, Actinomyces spр. Oral Taxon 877, Prevotella nigrescens, Dialister micraerophilus, Eubacterium XI G 1 infirmum в изобилии обнаружены на поверхностях с активным белым пятном поражения, а Streptococcus gordonii, Streptococcus spр. Oral Taxon 058, Enterobacter sрp. str. 638, Streptococcus australis, Yersinia mollaretii, Enterobacter cloacae, Streptococcus spр. Oral Taxon 71, Streptococcus sрp. Oral Taxon F11, Centipeda sрp. Oral Taxon D18 преобладали на здоровых поверхностях зубов. Streptococcus mutans были обнаружены на всех поверхностях в 100% случаях, в то время как S. sobrinus — в 0,6% случаев. Таким образом, в дополнение к S. mutans другие виды микробов могут быть связаны с возникновением кариозного процесса на окклюзионной поверхности. Разнообразие биопленки на поверхности зуба зависит от количества потребляемых углеводов [29].

В популяциях с низкими показателями поражения кариесом в большинстве случаев Streptococcus mutans отсутствуют, либо определяются в небольшом количестве [30, 31].

Интересным представляется исследование развития микробиома у детей с кариесом и без, в возрасте от 3 мес до 3 лет. Установлено, что состав микробиома у детей в 3 мес, за исключением Lactobacilli, был не связано с развитием кариеса в старшем возрасте. При этом некоторые виды в микробиоме детей 3-летнего возраста связаны с присутствием или отсутствием кариеса в дальнейшем. Основные виды микробов, ассоциированные с кариесом в 3 года, это Actinobacilus spр., HOT 183, Atopobium genus, Atopobium paryulum, Aggregatibacrer spр., HOT 513, S. genus, Streptococcus spр., HOT 431, S. oralis, S. mitis, S. infants. При отсутствии кариеса у детей 3 лет определяются Actinomyces, Bergeyella, Campylobacter, Granulicatella, Kingella, Leptotrichia и S. genera. Таким образом, в течение первых лет жизни в полости рта значительно увеличивается многообразие видов микроорганизмов. Наличие таких микробов, как Campylobacter, Granulicatella, Kingella, Leptotrichia и Streptococcus, связано с отсутствием кариеса у дошкольников и школьников. Отметим, что сравнивать подобные исследования сложно из-за различий в социально-экономических условиях жизни, стадиях кариозного процесса и возрасте обследованных [32].

В исследовании микробиома слюны у детей 3–4 лет с кариесом и без него достоверно значимых различий в разнородности микробиома в двух группах не выявлено. Преобладание Rothia dentocariosa, Actinomyces grae veni- tzii, Veillonella spр. Oral taxon 780, Prevotella salivae и Streptococcus mutans было выше в группе, подверженной кариесу. При отсутствии кариеса преобладали Fusobacterium periodonticum и Leptotrichia spр. Oral clone FP036 [33].

В исследовании I. Johansson et al. [34] изучен микробиом полости рта румынских и шведских подростков с низким и высоким преобладанием кариеса. Выявлено, что у румынских подростков с высокой степенью развития кариозного процесса полость рта колонизирована S. mutans и S. sorbinus. У шведских подростков с хорошим уровнем гигиены полости рта S. mutans, S. sorbinus выявлялись редко. Шведские подростки с активным течением кариеса были типично колонизированы Actinomyces, Selenomonas, Prevotella и Capnocytophaga. Восемь разновидностей микробов, включая S. mitis и S. species HOT070, преобладали у румынских и шведских подростков при активном кариозном процессе, а при отсутствии кариеса не выявлялись.

Исследования показали, что в 10–20% случаев при кариесе зубов не определяется S. mutans, поэтому другие кислотопродуцирующие микробы так же важны. Молекулярные методы продемонстрировали, что наряду с S. mutans, при выраженном кариозном процессе присутствуют Atopobium, Propionibacterium и Lactobacillus. В случаях, когда не были выявлены S. mutans, Lactobacillus spp. или Bifidobacterium dentium, преобладали стрептококки группы, не относящиеся к S. mutans [35, 36].

Большое разнообразие микробиома слюны связано с плохим состоянием полости рта, а именно с заболеваниями пародонта и плохой гигиеной. Установлено, что присутствие видов Prevotella и Veillonella в микробиоме полости рта связано с заболеваниям пародонта, а преобладание вида Neisseria характерно для здоровых тканей. Также наличие Prevotella и Veillonella определяется при неудовлетворительном гигиеническом состоянии полости рта, повышенном индексе массы тела и пожилом возрасте [37].

Следует отметить, что изучение микробиома у конкретного индивидуума может помочь спрогнозировать развитие не только кариеса и пародонтита, но и других заболеваний [38].

Микробиом полости рта представляет собой сложный комплекс, содержащий 50–100 млн бактерий у взрослого человека, где преобладающими являются 200 видов. По сравнению с другими участками тела микробиом полости рта уникален и легкодоступен для исследования. Около 400–500 видов микроорганизмов обнаруживаются исключительно в зубодесневой борозде. Оставшиеся виды располагаются на языке, поверхности зубов, слизистой щек, миндалинах, мягком и твердом нёбе и в преддверии полости рта. Микробиом слюны содержит микробы со всех участков. Такие виды, как Streptococcus, Gamella, Granulicatella, Neisseria, Prevotella, встречаются на всех участках, при этом есть и зоноспецифичные микробы. Так, Rothia типично заселяет язык или поверхности зубов, Simonsiella располагается только на твердом нёбе, Strep tococcus salivarius в основном колонизирует язык, а трепонемы — зубодесневую борозду [39–41]. Развитию заболеваний способствует изменение условий системного или наследственного характера, уровня рН, гигиены полости рта, образа жизни и стресс. В большинстве случаев заболевания пародонта вызваны микроорганизмами, такими как Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Ag gre gatibacter actinomycetemcomitans, Treponema, Prevotella [42–44].

«Красный комплекс» считается наиболее патогенным, он включает P. gingivalis, Treponema denticola, T. forsythia, и формируется от ранее образованного «оранжевого комплекса» в пародонтальном кармане. Исследования обнаружили виды микробов, которые обычно не определяются при заболеваниях пародонта, поддающихся лечению. При рефрактерных заболеваниях определяются P. alactolyticus, Brevundimonas diminuta, Shuttleworthia satelles, D. invirus, Granulicatella adiacens, Veillonella atypica, Mycoplasma salivarium. Современные данные показали, что Actinetobacter baumannii представляет собой стойкий внутрибольничный патоген, обладает резистентностью к антибиотикам и является фактором риска рефрактерного пародонтита [45–47].

При агрессивном пародонтите типично поражение резцов и первых моляров среди подростков и лиц молодого возраста, также отмечается сочетание незначительно выраженного воспаления и глубоких пародонтальных карманов. Aggregatibacter actinomycetemcomitans долгое время рассматривался как этиологический агент агрессивного пародонтита, но последние исследования показали, что микробиом поддесневой бляшки при агрессивном пародонтите имеет сходство с хроническим пародонтитом. При агрессивном пародонтите в большом количестве определяются A. actinomycetemcomitans, Filifactor alocis, Tannerella spp., Solobacterium moorie, Parvimonas micra, Capnocytophaga spp. Новые исследования показали, что консорциум Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Streptococcus parasanguinis, Filifactor alocus может служить биомаркером пародонтита, позволяющим прогнозировать потерю кости до ее появления [48]. Микробиом эндодонто-пародонтальных поражений включает E. faecalis, P. micra, Mogibacterium timidum, F. аlocis и Fretibacterium fastidiosum [49].

Следует отметить, что наряду с бактериями, грибы так же играют важную роль в формировании здорового микробиома полости рта. Изучение грибов полости рта выявило преобладание в слюне Candida, Cryptococcus, Fusarium, Aspergillus/Emiricella/Eurotium и др. [50].

ВЫВОДЫ

Таким образом, развитие кариеса и заболеваний пародонта напрямую зависят от состава микробиома полости рта, синергетической активности микробного сообщества и иммунной системы, а также от внешних факторов и общего состояния организма. ДНК-технологии позволили расширить представления о видовом составе микроорганизмов и его влиянии на развитие заболеваний полости рта.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFO

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Наибольший вклад распределен следующим образом: Л.В. Побожьева, Ю.В. Шевелюк — сбор и обработка материала; Л.В. Побожьева, А.И. Копецкая — написание текста; И.С. Копецкий — редактирование.

Author contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. Author contributions: L.V. Pobozhieva and Yu.V. Shevelyuk collected and processed the material; L.V. Pobozhieva and A.I. Kopetskaya wrote the text; and I.S. Kopetsky edited the text.

Об авторах

Игорь Сергеевич Копецкий

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова

Email: kopetski@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-4723-6067

д.м.н., профессор

Россия, Москва

Людмила Владимировна Побожьева

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова

Email: ludmila-stomatolog@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6150-0282

к.м.н., доцент

Россия, Москва

Алена Игоревна Копецкая

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова

Автор, ответственный за переписку.
Email: alyonasom@gmail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3199-5314
Россия, Москва

Юлия Владимировна Шевелюк

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)

Email: shevelyuk_yu_v@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0002-3854-456X

к.м.н., ассистент

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы