Streptococcus mutans

כללי

חיידקי S. mutans נפוצים מאוד בחלל הפה, והם נחשבים לגורמים העיקריים לעששת שיניים.
החיידק תואר לראשונה על ידי Kilian Clarke בשנת 1924, אשר בודד את החיידקים מנגעי עששת בבני אדם.
החיידק Streptococcus mutans הוא מין אחד מתוך קבוצת מינים דומים הנקראת mutans streptococci, ואליה שייכים גם Streptococcus sobrinos הנפוץ אף הוא בבני אדם, ומינים נוספים הנפוצים יותר בחיות.
מחקרים רבים התייחסו וזיהו את S. mutans כגורם העששת העיקרי. לכך יש מספר סיבות – ביניהן – ניתן לבודד חיידקים אלו כמעט מכל נגע עששתי. בנוסף, חיידק זה הצליח לגרום לעששת בחיות מעבדה שקיבלו דיאטה עשירה בסוכרוז. לחיידקים אלו יש תכונות כמו אצידוגניות (יצירת חומצות) ואצידוריות (יכולת לגדול בנוכחות חומצה) – מה שחשוב לגבי תהליך העששת. כמו כן – הם יוצרים גלוקנים - פולימרים בלתי מסיסים של מולקולות גלוקוז, שהן מתוצרי הפירוק סוכרוז, מה שעוזר להם להיצמד לשיניים, זה לזה ולחיידקים אחרים. עם זאת, לא תמיד הם מתגלים במספרים גבוהים בנגעים עששתיים, ואז יש תפקיד לחיידקים אצידוגניים ואצידוריים נוספים מסוג – non-mutans streptococci, כמו: Lactobacilli, Actinomyces, ו-Bifidobacterium.

אקולוגיה

בחלל הפה יש כמה מאות מינים של חיידקים, מהם כמה עשרות מינים של סטרפטוקוקים, כאשר לכל אחד מהם העדפות התיישבות שונות והתאמות מיוחדות לנישות השונות בחלל הפה. רק מיעוטם יכולים לגרום לעששת, כשהעיקרי ביניהם S. mutans. החיידקים הנצמדים למשטחי השיניים יוצרים את הרובד הדנטלי, הנקרא גם הביופילם הדנטלי (Dental Plaque/Dental Biofilm). זהו רובד המורכב מחיידקים רבים ותוצריהם, כאשר S. mutans מהווה חלק מרובד זה. הרב-סוכרים (הפוליסכרידים) כמו הגלוקנים השונים, הם תוצרי החיידקים ברובד, שעוזרים להם להיצמד זה לזה ולמשטחי השיניים. כאשר תדירות צריכת הסוכרים גבוהה, התנאים בפה חומציים למשך זמן ארוך בשל פירוק הסוכרים ויצירת חומצות, מה שגורם לתנאים מועדפים לאוכלוסיית החיידקים מפרקי הסוכר ויוצרי החומצות. דבר זה עלול לגרום להפרת האיזון האקולוגי הקיים באוכלוסיית החיידקים של חלל הפה, דבר אשר מוביל לתחילת התהליך העששתי.
 
מחקר משנות ה-70 מצא שלחיידקי S. mutans יש העדפה ברורה למשטחי השיניים בפה, והם היוו כ-40% מכלל הסטרפטוקוקים שהתיישבו בחרירים והחריצים בשיניים. מכלל החיידקים השוכנים בחלל הפה, רק כ-2%-9% מחיידקי S. mutans נמצאו על הרקמות הריריות של הלחיים.

מעורבות בעששת

ל-Streptococcus mutans וגם ל-Streptococcus sobrinos, השייכים לקבוצת ה-mutans streptococci, יש תפקיד מרכזי במעורבות בעששת שיניים. זאת מכיוון שחיידקים אלו מפרקים סוכרים (בייחוד סוכרוז), ובחילוף החומרים שלהם נוצרת חומצה לקטית. כך מתאפשרת הדה-מינרליזציה (המסת מינרלים כמו הסידן) מתוך זגוגית השן, ומתחיל התהליך העששתי. הסוכרוז משמש לחיידקים אלו לייצור של הפוליסכרידים המופרשים אל מחוץ לתא החיידק - הגלוקנים השונים, בעזרת האנזים גלוקן סוכראז (שנקרא גם גלוקוזיל טרנספראז), בתגובה הבאה:
סוכרוז (=גלוקוז+פרוקטוז) ← גלוקן (=פולימר גלוקוז) + פרוקטוז
סוכרוז הוא הסוכר היחיד שהחיידק S. mutans יכול לנצל כדי לייצר את הגלוקנים הדביקים. עם זאת, חיידקי S. mutans יכולים לפרק גם סוכרים רבים אחרים, כמו גלוקוז, פרוקטוז, לקטוז ועוד, ואפילו במידה מסוימת סוכרי כוהלים שבהם משתמשים כתחליפי סוכר במוצרי מזון שונים (כמו סורביטול ומניטול). קסיליטול (Xylitol) הוא תחליף הסוכר היחיד שהחיידקים לא יכולים לפרק, ויש לו גם השפעה מעכבת על גידולם בתרחיף. אך בניגוד לממצאים לגבי השפעת קסיליטול על חיידקים בתרחיף (פלנקטוניים), שגרם לעיכוב גידול על ידי יצירת מעגל גליקוליזה עקר, כשהחיידקים היו בביופילם (כמו מצבם על השיניים) ולא בתרחיף לא הייתה לקסיליטול השפעה מעכבת המוזכרת לעיל.
מחקרים רבים נעשו לגבי המעורבות של S. mutans ו-mutans streptococci נוספים בעששת. המחקרים הראשונים נעשו בתחילת שנות ה-60, במודלים של אוגרים וחולדות על ידי Keyes ,Fitzgerald וחוקרים נוספים, שהראו כי ניתן להדביק בעששת חיות שהן נטולות חיידקים (germ-free) בעזרת S. mutans. רק אחרי כעשור, הושוו הממצאים לתגליות של Clarke בשנות העשרים בבני אדם. 
בנוסף לתכונות שצויינו לעיל, הסיבות שבגללן הסיקו שיש ל-S. mutans מעורבות בעששת קשורות למספר עובדות שנמצאו במחקרים מדעיים. נמצאה קורלציה גבוהה בין נוכחות של החיידק במספרים גבוהים במקרי עששת בילדים ובמבוגרים, ולהפך - מספרים נמוכים (או שהחיידק כלל לא נמצא) במקרים שאין עששת. עובדה נוספת הקשורה למעורבות בעששת, היא היכולת של חיידקי S. mutans לשרוד ולגדול בתנאים חומציים (ב-pH נמוך), הנוצרים בעקבות יצירת החומצות מפירוק הסוכרים.

יכולת יצירת עששת (פוטנציאל קריוגני)

המעורבות של S. mutans בעששת קשורה במספר תכונות שהופכות אותו לחיידק הקריוגני (יוצר העששת) העיקרי. כדי שחיידק יוכל לגרום לעששת שיניים, עליו להיצמד למשטחי השיניים - ואת זאת עושה S. mutans בעזרת מולקולות אדהזיה חלבוניות שנמצאות על פני שטח החיידק וקרויות "אנטיגן" I/II. מולקולה "אנטיגן" I/II, קיימות בכל חיידקי קבוצת ה-mutans streptococci והוא נצמד לגליקופרוטאין מסוים ברוק, הנקרא אגלוטינין, או בשמו המדעי - gp-340 (גליקופרוטאין במשקל מולקולרי של kDa‏340). האגלוטינין שברוק מצפה את משטחי השיניים ומשמש כרצפטור ל-Antigen I/II, וכך נצמדים החיידקים בעזרתו לשיניים.

תכונה נוספת של S. mutans שעוזרת לו בהיצמדות לשיניים ולרובד החיידקים שעל השיניים, היא ייצור הרב-סוכרים החוץ תאיים. תרכובות אלו נוצרות על ידי פירוק הסוכרים בעזרת האנזימים המתאימים, כמו האנזים גלוקן סוכראז, היוצר גלוקנים בלתי מסיסים המשמשים כחומרי דבק. S. mutans מייצר גם פרוקטנים, שהם פולימרים של פרוקטוז, בעזרת האנזים פרוקטן סוכראז (הנקרא גם פרוקטוזיל טרנספראז).
בנוסף לייצור והפרשה של רב-סוכרים חוץ תאיים, S. mutans גם מייצרים רב-סוכרים תוך-תאיים מהסוכרים, לשימוש ואגירה בציטופלסמה של החיידק. הרב-סוכרים התוך-תאיים עוזרים לחיידקים לשרוד גם בתנאים של חוסר מקור מזון חיצוני.
לחיידקים אלו יש גם אנזים בשם Phosphoenolpyruvate sugar:phosphotransferase, שתפקידו לזרז קליטת סוכרים שונים. זוהי תכונה קריטית לניצול הסוכרים לגידול החיידקים ולייצור החומצות הגורמות לתהליך העששת.
תכונה נוספת התורמת לפוטנציאל הקריוגני של החיידק היא עמידותו לתנאים חומציים שהם קטלניים לרוב החיידקים האחרים בפה. אחד המנגנונים המקנה לחיידקים את העמידות לחומצות הוא אנזים מסוג ATPase הנמצא בקרום התא של החיידק ובציטופלסמה שלו. אנזים זה משתמש במולקולת ה-ATP על מנת לשאוב יוני מימן (שהם הגורמים לחומציות) מתוך תא החיידק החוצה וכך להוריד את רמת החומציות בתוכו.

המופע הראשון

מחקרים אפידמיולוגיים הראו שבילדים מופיע S. mutans לראשונה עם בקיעת השיניים הראשונות. מקור החיידקים - ככל הנראה מהאם (או מהגורם הקרוב ביותר המטפל בילד), על ידי הדבקה מהרוק. ילדים יכולים גם להידבק בחיידק מילדים אחרים במסגרות הטיפוליות השונות בהן הם נמצאים.

מעורבות במחלות לב וכלי דם

חלק מהסטרפטוקוקים האוראליים וביניהם S. mutans, נמצא קשור למחלות סיסטמיות כמו מחלות לב וכלי דם (מחלות קרדיו-וסקולריות). חיידקים אלו בודדו גם במקרים של זיהום חיידקי בדם (בקטרמיה), וכן באנדוקרדיטיס זיהומית.
הגעת החיידקים למחזור דם עלולה להתרחש במהלך טיפולי שיניים חודרניים שונים – כמו עקירת שיניים או טיפולי שורש. דרך הדם – החיידקים יכולים להגיע במהירות לאיברים כמו הלב ולגרום לאנדוקרדיטיס זיהומית, מחלה שעלולה להיות קטלנית.

גידול החיידקים במעבדה

ניתן לבודד את חיידקי S. mutans מהפה ולגדלם במעבדה על מצע אגר סלקטיבי מסוג Mitis Salivarius Agar. המצע מכיל את האנטיביוטיקה Bacitracin (המעכבת את יצירת הדופן הפפטידוגליקנית של חיידקים הרגישים לה) וגורמים סלקטיביים נוספים - כמו סוכרוז בריכוז גבוה (10-20%), הצבעים Crystal violet ו-Trypan blue, וכן Potassium Tellurite. חיידקי S. mutans יכולים לגדול על המצע בנוכחות החומרים הנ"ל, אבל חיידקים אחרים מעוכבים במצע זה.
לאחר הדגרת המצע לצורך מתן זמן לגידול, מושבות החיידקים המתקבלות נראות כמו סלעים או גבישים כחולים (ראו תמונה).

היגיינה

הדרך היעילה ביותר להקטנת רמות החיידקים על גבי השיניים היא שמירת היגיינה אוראלית נאותה, הכוללת צחצוח נכון פעמיים ביום ושימוש בחוט דנטלי לניקוי בין השיניים. החיידקים האוראליים חיים בפה כרובד ביופילם על השיניים, ולכן סילוק מכני על ידי צחצוח הוא הדרך היעילה ביותר להיפטר מהחיידקים הקריוגניים דוגמת S. mutans. אם יש צורך – הוספת מי פה ותכשירים עם חומרים ספציפיים הפעילים נגד החיידקים ומעכבים את שגשוגם יכולה לעזור, אך החיידקים בביופילם הרבה יותר עמידים בפני חומרים אנטי-חיידקיים או אנטיביוטיים. עם זאת, יש מספר חומרים יעילים ונפוצים אותם מוסיפים למוצרים הדנטליים השונים לשימוש בחלל הפה בנוסף לצחצוח.

חיסון

מחקרים במעבדות ובמודלים של חיות הראו שחיסונים נגד מרכיבים שונים של mutans streptococci מדכאים התיישבות של החיידקים על השיניים במנגנונים שונים, וכך מפחיתים התפתחות עששת. ישנם מחקרים בחיות ובבני אדם לגבי שימוש ב"אנטיגן" I/II (הנקשר למרכיב גליקופרוטאיני של שכבת הרוק המצפה את השיניים), כגורם מחסן נגד החיידק S. mutans, ובכך נמנעת ההתיישבות (קולוניזציה) שלו על השיניים ותחילת התהליך העששתי. בנוסף לעיכוב ההתיישבות על השיניים, לנוגדנים הנוצרים כנגד "אנטיגן" I/II יש השפעה נוספת - הם גם מעודדים הרג של החיידקים הקריוגניים על ידי נויטרופילים.
אסטרטגיות נוספות הקיימות למניעת התיישבות של S. mutans על השיניים (ודרך זה - מניעת עששת) כוללות: חיסון נגד גלוקוזיל טראנספראז (GTF=Glucosyl transferase) - האנזים המייצר גלוקנים דביקים מפירוק הסוכרים, וכן נגד החלבון הקושר גלוקנים (GbP=Glucan binding protein). גם בצורה זו משובשת היכולת של החיידקים להידבק זה לזה ולמשטחי השיניים. נבדקו סוגי חיסונים שונים בחיות ניסוי, כמו חלבונים שונים של החיידקים, או חיסונים המתבססים על רצפים של חומצות גרעין ועוד. עם זאת, לא קיימים כרגע בשוק חיסונים נגד עששת, מסיבות רבות - ביניהן אי יכולתם של החיסונים להשרות נוגדנים ברמה גבוהה מספיק להגנת חלל הפה.