En adoptant une approche translationnelle, des chercheurs de l’École de médecine dentaire de l’Université de Pennsylvanie et du Georgia Institute of Technology ont imagé les bactéries qui causent la carie dentaire en trois dimensions dans leur environnement naturel, le biofilm collant connu sous le nom de plaque dentaire formé sur les dents des tout-petits qui étaient affecté par des caries.

Le travail, publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, a révélé que Streptococcus mutans, une des principales espèces bactériennes responsables de la carie dentaire, est enfermé dans une communauté multicouche protectrice d’autres bactéries et polymères formant une organisation spatiale unique associée à l’emplacement de l’apparition de la maladie.

Pour répondre à cette question, les chercheurs, dont l’auteur principal Dongyeop Kim de Penn Dental Medicine et le co-auteur principal Marvin Whiteley de Georgia Tech, ont utilisé une combinaison de microscopie électronique confocale et à balayage de super-résolution avec une analyse informatique pour disséquer l’arrangement de S. mutans et autres microbes du biofilm intact sur les dents. Ces techniques ont permis à l’équipe d’examiner le biofilm couche par couche, obtenant ainsi une image en trois dimensions des architectures spécifiques.

Cette approche, consistant à comprendre les emplacements et les schémas des bactéries.

Dans les travaux en cours, les chercheurs ont découvert que S. mutans dans la plaque dentaire apparaissait le plus souvent d’une manière particulière: disposée dans un monticule contre la surface de la dent. Mais ce n’était pas le seul. Alors que S. mutans formait le noyau interne de l’architecture rotonde, d’autres bactéries commensales, telles que S. oralis, formaient des couches externes supplémentaires disposées avec précision dans une structure en forme de couronne. Un échafaudage extracellulaire constitué de sucres produits par S. mutans soutenait et séparait ces couches, enveloppant et protégeant efficacement les bactéries pathogènes.

Pour en savoir plus sur l’impact de la structure sur la fonction du biofilm, l’équipe de recherche a tenté de recréer les formations de plaques naturelles sur une surface semblable à une dent en laboratoire en utilisant S. mutans, S. oralis et une solution de sucre. Ils ont réussi à développer une architecture en forme de rotonde, puis à mesurer les niveaux d’acide et de déminéralisation qui leur sont associés.

Dans une dernière série d’expériences, l’équipe a mis la communauté rotonde à l’épreuve, en appliquant un traitement antimicrobien et en observant le comportement des bactéries. Lorsque les structures rondes étaient intactes, les S. mutans dans le noyau interne ont largement évité de mourir du traitement antimicrobien. Seule la rupture du matériau d’échafaudage qui maintenait les couches externes ensemble a permis à l’antimicrobien de pénétrer et de tuer efficacement les bactéries responsables des caries.

Les résultats de l’étude peuvent aider le chercheur à cibler plus efficacement le noyau pathogène des biofilms dentaires, mais ont également des implications pour d’autres domaines.

Le domaine de la biogéographie microbienne est jeune, disent les chercheurs, mais étendre cette démonstration qui relie la structure communautaire à l’apparition de la maladie ouvre un large éventail de possibilités pour de futures perspectives médicalement pertinentes.