Polimorfos

Glucanos extracelulares bacterianos: estructura, biosíntesis y función

Extreacellular bacterial glucans: structure, biosynthesis and function

Dra. Bárbara E. García Triana I; Dr. Alberto Saldaña BernabeuII; Dra. Maribel Basterrechea MiliánIII

I Doctora en Ciencias. Especialista de II Grado en Bioquímica Clínica. Profesora Titular. Facultad de Estomatología. Instituto Superior de Ciencias Médicas de La Habana, Cuba.

II Doctor en Ciencias. Especialista de II Grado en Fisiología Normal y Patológica. Profesor Titular. ISMM "Dr. Luis Díaz Soto", La Habana, Cuba.

III Especialista de I Grado en Estomatología General Integral. Profesora Auxiliar. Facultad de Estomatología "Raúl González Sánchez". Instituto Superior de Ciencias Médicas de La Habana, Cuba.

RESUMEN

La caries dental es una de las enfermedades más frecuentes en el ser humano. En su etiología multifactorial, desempeñan un papel importante determinadas bacterias cariogénicas, que en interacción con la superficie del diente promueven su desmineralización. Dentro de los mecanismos mediadores de la adhesión bacteriana, se encuentra la producción de polisacáridos extracelulares bacterianos. En particular los glucanos sintetizados por las glucosiltransferasas, no solo permiten la adherencia, sino que también constituyen una fuente nutricional para las bacterias, por lo tanto, la actividad de dichas enzimas se considera un factor de virulencia bacteriana en la caries dental. Esta revisión bibliográfica tiene el objetivo de esclarecer los aspectos relacionados con la estructura, biosíntesis y función de los glucanos, y enfatizar en la aplicación de estos conocimientos en la prevención de la caries dental.

Palabras clave: glucanos, glucosiltransferasas, dextrano, mutano, biofilm, placa dental.

ABSTRACT

Dental caries is one of the most common diseases in the human being. Certain cariogenic bacteria play an important role in its multifactorial etiology, since in their interaction with the dental surface they promote its demineralization. The production of extracellular bacterial polyssacharides is among the mechanisms mediating bacterial adhesion. The glucans synthesized by glycosyltransferases not only allow the adherence, but they also are a nutritional source for bacteria and that's why the activity of such enzymes is considered a factor of bacterial virulence in dental caries. This bibliographic review is aimed at making clear the aspects related to the structure, biosynthesis and function of glucans and at giving emphasis to the application of this knowledge in the prevention of dental caries.

Key words: glucans, glycosyltransferases, dextran, mutan, biofilm, dental plaque.

INTRODUCCIÓN

La caries dental es un proceso patológico complejo de origen infeccioso y transmisible que afecta a las estructuras dentarias y se caracteriza por un desequilibrio bioquímico, que de no ser revertido a favor de los factores de resistencia, conduce a cavitación y alteraciones del complejo dentino-pulpar. Es una de las la enfermedades más frecuentes en el ser humano.1,2,3 Su etiología tiene un carácter multifactorial, en la que se considera un factor importante, la presencia de determinadas bacterias como el E. mutans y varias especies de lactobacilos, entre otras.2,4,5

El efecto dañino de estas bacterias, se manifiesta mediante la interacción de las mismas con la superficie del diente, lo cual es posible gracias a la formación de un biofilm denominado placa dental.2,4

La formación de este biofilm consta de varias etapas, que conducen a la adherencia de las bacterias, su proliferación y producción de ácidos, los cuales pueden atacar la superficie del diente y promover su desmineralización.2,6,7

En estos procesos desempeñan un papel importante los polisacáridos extracelulares, en especial los glucanos producidos por las bacterias, particularmente el E. mutans; y por lo tanto, la síntesis de estos polímeros constituye un factor de virulencia en el desarrollo de la caries dental.8

En este trabajo pretendemos profundizar en la estructura, síntesis y funciones de los glucanos extracelulares bacterianos, y enfatizar en la aplicación de estos conocimientos en la prevención de la caries dental.

MÉTODOS

Se revisaron artículos originales y de revisión, localizados a través de Pubmed y las Revistas Médicas Cubanas, que respondieron a las palabras claves seleccionadas: glucanos, glucosiltransferasas, dextrano, mutano, biofilm, placa dental. Se seleccionaron los trabajos publicados a partir del año 1986 hasta la fecha, y se hizo énfasis en los últimos 5 años.

DESARROLLO

Placa dental

La placa dental es la comunidad de microorganismos que se localizan en la superficie de un diente en forma de biofilm, embebida en una matriz de polímeros provenientes del hospedero y de las bacterias.6,7

De acuerdo con la "hipótesis de la placa ecológica", en este biofilm los diferentes tipos de microorganismos se encuentran en interacción, formando un ecosistema cuyo balance puede alterarse por condiciones ambientales tales como: el consumo de alimentos azucarados, la disminución del pH, alteraciones en el flujo y calidad de la saliva, entre otros. Esto puede promover el incremento en la proporción de bacterias cariogénicas y por lo tanto, el inicio de la caries dental.9

Etapas en la formación de la placa dental

La formación de dicha placa pasa por diferentes etapas, como son: 2,4,10

1. Formación de la película adquirida. Se origina a partir de la precipitación de proteínas salivales, como la mucina y las proteínas ricas en prolina.

2. Colonización bacteriana, que incluye 2 tipos de interacciones:

- Adhesión bacteriana reversible. Involucra interacciones físico-químicas débiles de largo alcance entre la superficie y la película adquirida (fuerzas de Van der Waals o interacciones electrostáticas).

- Adhesión bacteriana irreversible. Involucra interacciones fuertes de corto alcance, mediadas por la unión entre las adhesinas de la superficie bacteriana (proteínas fibrilares denominadas antígeno I/II o PAc en el E. mutans) y sus receptores glucídicos en las glicoproteínas de la película adquirida (interacciones proteína-proteína, proteína-glúcidos).

3. Co-adhesión: unión de colonizadores secundarios a las células bacterianas ya adheridas.

4. Multiplicación y formación del biofilm. Incluye la síntesis de polisacáridos extracelulares.

5. Maduración de la placa. Incluye la muerte o el desprendimiento de microorganismos que van a colonizar otros sitios, y el predominio de microorganismos anaerobios.

Estructura de los glucanos extracelulares bacterianos

Los polisacáridos extracelulares sintetizados por las bacterias incluyen glucanos (aquellos formados por polimerización de unidades de glucosa), fructanos (los constituidos por unidades de fructuosa) y heteropolisacáridos, entre otros.11

Los glucanos constituyen uno de los componentes principales del biofilm de la placa dental. Se pueden distinguir 2 tipos fundamentales de glucanos extracelulares bacterianos: uno similar al dextrano y el denominado mutano. Ambos están formados por la polimerización de unidades de alfa D-glucosa unidas por enlaces o-glicosídicos alfa (1-3) y alfa (1-6) con diferente grado de ramificación.12

Dextrano

En su estructura predominan las uniones alfa (1-6), su aspecto es gelatinoso y es soluble en agua. Se considera que puede servir de base para la síntesis de mutano.12,13

Mutano

El mutano está constituido por un 67 % de uniones alfa (1-3), en un esqueleto contiguo al restante 33 %, que se presenta con uniones alfa (1-6), posiblemente como residuos lineales que se extienden desde los puntos de ramificación alfa (1-6).

De los residuos, 14 % son puntos de ramificación que aparecen como promedio cada 10 unidades de glucosa y la relación de residuos lineales alfa (1-3) en el esqueleto: residuos alfa (1-6) en la cadena lateral es de 5:2. El predominio de uniones alfa (1-3) y el alto grado de ramificación, le confiere aspecto fibrilar y lo hace insoluble en agua. 12,13,14 Así, la habilidad del E. mutans de sintetizar mutano, es esencial para la colonización eficiente y el desarrollo de la caries.14

Síntesis de los glucanos extracelulares bacterianos

Este proceso se produce por la acción de enzimas extracelulares sintetizadas por las bacterias, denominadas glucosiltransferasas (EC.2.4.1.5), que constituyen un factor de virulencia significativo en el inicio de la caries dental.8

Tipos de glucosiltransferasas (GTFs)

Una clasificación para las GTFs se basa en las características de solubilidad en agua del glucano que producen. 15 Según este criterio el E. mutans produce 3 formas diferentes de glucosiltransferasas, cada una de las cuales sintetiza un polímero de glucano a partir de la sacarosa. 16

Estas son:

1. La GTF-I (GTFB) produce al glucano insoluble en agua denominado mutano, rico en uniones glicosídicas alfa (1-3).

2. La GTF-S (GTFD) produce un glucano

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