Wirkung oraler Probiotika auf Streptococcus mutans hinsichtlich einer Inhibition, Adhäsionskompetition und der Kariogenität in vitro

Abstract

Probiotika sind besonders in den letzten Jahren in einigen Studien hinsichtlich ihrer antikariogenen Eigenschaften geprüft worden. Grundlage war dabei die Annahme, dass orale Probiotika zu einer Adhäsion an dentalen Oberflächen und zu einer Inhibition kariogener Keime, allen voran Streptococcus mutans (SM), fähig sind. Vermutet wird, dass sie auf diese Weise einen reduktiven Effekt auf die Demineralisierung von Schmelzoberflächen erzielen können. Wir nahmen ein In-vitro-Screening von 8 probiotischen Stämmen vor. Deren inhibitorische Fähigkeiten wurden auf zwei experimentelle Streptococcus mutans–Stämme (ATCC 20523/ 25175) auf Brain-Heart-Infusion-Agar hinsichtlich einer Exklusion (Kultivierung von SM, danach Kultivierung des Probiotikums) und einer Verdrängung (Kultivierung des Probiotikums, danach Kultivierung von SM) untersucht. Die Versuche waren als Bi- und Monospeziesmodelle aufgebaut. Eine anschließende Auswertung wurde visuell vorgenommen. Wir nahmen weitere Untersuchungen vor, in denen die Exklusions- oder Verdrängungskapazitäten der Probiotika gegenüber den experimentellen Streptococcus mutans-Stämmen auf bovinem Zahnschmelz getestet wurden. Der Test erfolgte in einem eigens für die Versuche erstellten Kontinuitätsflussbiofilmmodell. Zwei Stämme stellten sich als wirksamste Probiotika heraus, FDL (Lactobacillus acidophilus), mit einer hohen inhibitorischen Fähigkeit und LC-11 (Lactobacillus casei) mit hoher Adhäsionskapazität. Beide Stämme wurden jeweils mit S. mutans ATCC 25175 in einem artifiziellen Mundmodell kokultiviert. Der Mineralverlust (ΔZ) an bovinem Zahnschmelz wurde mittels Transversaler Mikroradiografie ermittelt. Da sich nur unwesentliche Unterschiede in der Ergebnisdarstellung der Exklusions- und Verdrängungsversuche sowie der Inhibition von ATCC 20523 oder 25175 ergaben, fassten wir diese zusammen. FDL war der einzige probiotische Stamm, der beide experimentelle Streptococcus mutans–Stämme im Rahmen eines Exklusionsassays nachhaltig inhibieren konnte. Allerdings konnte ihm keine starke Inhibitionskapazität im Rahmen des Verdrängungsassays nachgewiesen werden. Beide Biofilmmodelle, in denen LC-11 eingesetzt wurde, zeigten eine hohe probiotische Last, während sich dessen Inhibitionskapazität nicht maßgeblich von der anderer Probiotika unterschied. Der durch experimentelle Streptococcus mutans–Stämme verursachte Mineralverlust an bovinem Zahnschmelz betrug ∆Z(Median; Q25./Q75.)=9772; 6277/13558 Vol% × µm und stieg in Kokultivierung mit FDL ∆Z=24578; 19081/28768 Vol% × µm sogar an, während er in Kombination mit LC-11 signifikant sank ∆Z=4835; 263/7865 Vol% × µm. Die Anzahl der Bakterien war in dem Streptococcus mutans-Monospeziesbiofilm am geringsten und in den bikultivierten Biofilmen am höchsten. Eine Inhibition kariogener Bakterien durch Probiotika führt nicht zwangsweise zu einer Reduktion der Kariogenität in den resultierenden Bispeziesbiofilmen. Im Gegensatz dazu scheinen die Exklusions- und Verdrängungskapazitäten relevant zu sein.

To exert anticaries effects, probiotics are described to inhibit growth and biofilm formation of cariogenic bacteria such as Streptococcus mutans (SM). We screened 8 probiotics and assessed how SM growth or biofilm formation inhibition affects cariogenicity of probiotic-SM mixed-species biofilms in vitro. Growth inhibition was assessed by cocultivating probiotics and 2 SM strains (ATCC 20523/25175) on agar. Probiotics were either precultured before SM cultivation (exclusion), or SM precultured prior to probiotic cultivation (displacement). Inhibition of SM culture growth was assessed visually. Inhibition of SM biofilm formation on bovine enamel was assessed using a continuous-flow short-term biofilm model, again in exclusion or displacement mode. The cariogenicity of mixed-species biofilms of SM with the most promising growth and biofilm formation inhibiting probiotic strains was assessed using an artificial mouth model, and enamel mineral loss (ΔZ) was measured microradiographically. We found limited differences in SM growth inhibition in exclusion versus displacement mode, and in inhibition of SM 20532 versus 25175. Results were therefore pooled. Lactobacillus acidophilus FDL inhibited significantly more SM culture growth than most other probiotics. L. casei LC-11 inhibited SM biofilm formation similarly to other alternatives but showed the highest retention of probiotics in the biofilms (p < 0.05). Mineral loss from SM monospecies biofilms (ΔZ = 9,772, 25th/75th percentiles: 6,277/13,558 vol% × µm) was significantly lower than from mixed-species SM × FDL biofilms (ΔZ = 24,578, 25th/75th percentiles: 19,081/28,768 vol% × µm; p < 0.01) but significantly higher than from SM × LC-11 biofilms (ΔZ = 4,835, 25th/75th percentiles: 263/7,865 vol% × µm; p < 0.05). Probiotics inhibiting SM culture growth do not necessarily reduce the cariogenicity of SM-probiotic biofilms. Nevertheless, SM biofilm formation inhibition may be relevant in the reduction of cariogenicity [Schwendicke et al., 2017].