2018_Almaguer_Flores__Villagomez_Olea_Ecologia_Oral

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Ecología oral
 
Ecología oral
 
 
 
Dra. Argelia Almaguer Flores
Cirujana Dentista con Especialidad en Periodoncia egresada de la Facultad de
Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Doctorado en
Ciencias en el área de Biología Oral, Universidad Nacional Autónoma de México.
Estancia doctoral en el Departamento de Periodontología del Forsyth Institute,
USA. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), nivel I, CONACYT.
Miembro Evaluador del Consejo Nacional de Educación Odontológica
(CONAEDO). Tutora a nivel Maestría y Doctorado del Programa en Ciencias
Médicas, Odontológicas y de la Salud, Universidad Nacional Autónoma de México.
Fue Presidenta de la División Mexicana de la International Association for Dental
Research (IADR). Profesor Asociado C, de Tiempo Completo, Facultad de
Odsontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
 
Mtro. José Guillermo Villagómez Olea
Licenciado en Estomatología, egresado de la Facultad de Estomatología de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestría en Ciencias, en el área de
Biología Oral, Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia de
investigación en la Facultad de Medicina de University of Washington, USA.
Candidato a Doctor por el King’s College London Insitute, Inglaterra. Profesor
Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
 
 
Editor responsable:
Dr. José Manuel Valera Bermejo
Editorial El Manual Moderno
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Nos interesa su opinión, comuníquese con nosotros:
Editorial El Manual Moderno S.A. de C.V.
 
Av. Sonora 206, Col. Hipodromo, Deleg. Cuauhtémoc. 06100 Ciudad de México, México
 
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Ecología oral
D.R. © 2018 por Editorial El Manual Moderno, S.A. de C.V.
ISBN: 978-607-448-662-9 (versión electrónica)
 
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. núm.
39
 
Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser
reproducida, almacenada o transmitida sin permiso previo por escrito de la
Editorial.
 
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Preliminares
Contenido
Prefacio
Colaboradores
 
1. Historia de la ecología microbiana oral y las hipótesis sobre la etiología de la
caries dental y la enfermedad periodontal
Etapa precientífica (hasta 1675)
Etapa de 1676 a 1883: El nacimiento de la microbiología general y oral
Etapa de 1884-1930: El nacimiento de las primeras hipótesis científicas
búsqueda de un microorganismo casual
Etapa de 1931 a 1975: El empleo de una perspectiva básica para entender las
enfermedades orales
Etapa de 1976-1990: El nacimiento de las hipótesis de la placa
Etapa de 1991-2000: El nacimiento de las hipótesis ecológicas y una visión
integradora
Etapa de 2001 hasta el día de hoy: El fruto de la revolución genómica y la era
postgenómica
Conclusiones
 
2. Aspectos bioquímicos de los tejidos dentales y del periodonto
Introducción
Biomineralización
Mecanismos de biomineralización
Estructura inorgánica de los tejidos dentales y del periodonto
Composición de la hidroxiapatita
Estructura orgánica del esmalte dental y la dentina
Proteínas del esmalte dental
Amelogenina
Ameloblastina
Enamelina
Proteínas de la dentina
Colágena
Proteína de la matriz dentinaria 1 (DMP1)
Sialoproteína dentinaria (DSP) y fosfoproteína dentinaria (DPP)
Proceso de desmineralización del esmalte y la dentina
Asociado a la presencia de ácidos de origen bacteriano
Asociado a ácidos de origen no bacteriano (erosión)
Proceso de remineralización del esmalte dental
Estructura orgánica de los tejidos periodontales
Proteínas del hueso alveolar
Sialoproteína ósea (BSP)
Osteocalcina (OCN)
Proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs)
Proteínas del cemento radicular
Factor de crecimiento derivado del cemento (CGF)
Proteína del cemento 1 (CEMP1)
Proteína de adhesión del cemento (HACD1/CAP o CAP)
Proteínas del ligamento periodontal
Células troncales en el ligamento periodontal
Mecanismos de homeostasis del periodonto
Regulación hormonal: paratohormona, calcitonina y vitamina D
 
3. Papel de la saliva en el ecosistema oral
Introducción
Generalidades de anatomía y fisiología de la secreción salival
Flujo salival
Composición de la saliva
Proteínas y péptidos salivales
Amilasa salival
Proteínas ricas en prolina (PRPs)
Lisozima salival
Lactoferrina
Histatinas
Mucinas
Aglutinina salival
Inmunoglobulina A secretoria (sIgA)
Estaterina
Cistatinas
Defensinas
Peroxidasas salivales
Anhidrasas carbónicas
Sistemas amortiguadores
Sistema ácido carbónico-bicarbonato
Sistema fosfatos
Sistema proteínas
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Iones y otras moléculas presentes en saliva
Alteraciones en el flujo salival
Hiposalivación farmacológica y patológica
Avances en la investigación de la saliva
Conclusiones
 
4. Biopelículas en el medio ambiente oral
Introducción
Propiedades generales de las biopelículas
Formación de las biopelículas
Impacto de las biopelículas en la salud humana
Biopelículas orales
Placa dentobacteriana, una biopelícula
Composición de las biopelículas en diversos sitios de la cavidad oral
Diferencias entre la biopelícula subgingival y supragingival
Composición de las biopelículas en diferentes superficies de tejidos
blandos
Enfermedad periodontal y biopelículas dentales
Etiología de las enfermedades periodontales
Conclusiones
 
5. Metabolismo bacteriano de la biopelícula dental y bioquímica de la caries
dental
Introducción
Transporte de azúcares
Etapas de glucólisis
Fase de inversión
Fase de generación de energía
Fermentación y destinos del piruvato
Expulsión de los protones
Metabolismo específico de distintos azúcares
Metabolismo de la sacarosa
Metabolismo de la lactosa
Metabolismo del sorbitol
Metabolismo del xilitol
Síntesis de polisacáridos
Polisacáridos intracelulares
Polisacáridos extracelulares
Efectos del flúor en el metabolismo de las bacterias orales
Metabolismo de las bacterias que conduce a la formación de bases
Metabolismo de la urea
Sistema arginina desiminasa
Sistema agmatina desiminasa
Mecanismos de regulación medioambiental que participan en la homeostásis de
la biopelícula dental
Cambios en el paradigma sobre la comprensión del ecosistema oral
 
6. Etiología microbiana de la caries
Introducción
Especies bacterianas relacionadas con la caries
Iniciación de la caries
Caries severa de la infancia
Progresión de la caries
Caries del adulto
Terapias preventivas contra la caries dental
Conclusiones
 
7. Hongos en el ecosistema oral
Introducción
Características y morfología celular de los hongos
Formación de esporas
Enfermedades orales causadas por hongos
Género Candida
Candidiasis orales
Candidiasis pseudomembranosa
Candidiasis eritematosa
Candidiasis hiperplásica crónica (en placa/ nodular)
Otras lesiones asociadas a Candida
Relación de C. albicans con la caries dental y la enfermedad periodontal
Infecciones fúngicas poco comunes en cavidad oral
Aspergilosis
Criptococcosis
Histoplasmosis
Blastomicosis
Paracoccidioidomicosis
Mucormicosis
Tratamientos farmacológicos de las infecciones por hongos
Polienos
Nistatina
Anfotericina B
Natamicina
Azoles: imidazoles y triazoles
5-fluorocitosina
Futuros tratamientos
 
8. Participación del sistema inmunológico en el ecosistema oral
Introducción
Relación del sistema inmunológico y la salud de la cavidad oral
Saliva e inmunidad en las mucosas
Inmunoglobulina A secretora (s-IgA)
Inmunidad en el surco gingival
Homeostasis de neutrófilos
Relación del sistema inmunológicoy Candida albicans
Relación del sistema inmunológico y la caries
Inmunidad en contra de caries
Relación del sistema inmunológico y la enfermedad periodontal
Participación de la respuesta inmunológica en la resorción ósea
Respuestas específicas de los anticuerpos
Perspectivas de tratamiento inmunológico contra enfermedades orales
 
9. Biopelículas orales en dispositivos biomédicos y biomateriales
Introducción
Infecciones asociadas a biopelículas en dispositivos biomédicos
Infecciones por biopelículas en dispositivos orales y craneofaciales
Mecanismos de adhesión bacteriana a superficies debiomateriales y
dispositivos biomédicos
Características superficiales del biomaterial o dispositivo que afectan la
formación de las biopelículas
Formación de biopelículas en diversos biomateriales utilizadosen la cavidad
oral
Biopelículas en dispositivos implantables
Biopelículas en resinas acrílicas
Biopelículas en restauraciones con amalgama
Biopelículas en restauraciones cerámicas
Biopelículas en resinas compuestas
Estrategias para la regulación de la formación de biopelículas en superficies de
dispositivos y biomateriales de restauración
Conclusiones
 
10. Control del crecimiento de las biopelículas orales
Introducción
Control mecánico de la biopelícula dental
Control químico de la biopelícula dental
Clorhexidina
Triclosán
Aceites esenciales
Cloruro de cetilpiridino
Delmopinol
Fluoruro de amina y fluoruro de estaño
Consideraciones importantes para la selección de agentes químicos para el
control de la biopelícula dental
Control de la biopelícula dental con productos naturales
Polifenoles
Otros compuestos
Control de la biopelícula dental utilizando productos biológicos
Probióticos
Utilización de péptidos antimicrobianos para el control de la biopelícula dental
Conclusiones y direcciones futuras
 
11. Relación de la microbiota oral con diferentes condiciones sistémicas
Introducción
Síndrome metabólico (metS)
Metabolismo en diabetes mellitus tipo 2
Microbiota periodontal en diabetes mellitus tipo 2
Metabolismo en obesidad
Microbiota periodontal en obesidad
VIH/SIDA. Características clínicas
Microbiota oral en VIH/SIDA
Cáncer
Cáncer de cabeza y cuello
Microbiota oral relacionada al cáncer
Conclusiones
 
Glosario
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La Ecología es la ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos que habitan en
un medio ambiente determinado y que conforman un ecosistema. El estudio de un
ecosistema requiere del conocimiento de los componentes bióticos y abióticos que
lo constituyen, incluyendo las condiciones físicas y químicas del medio ambiente o
hábitat en el que se desarrolla.
La cavidad oral es un ecosistema complejo y fascinante en donde los grandes
protagonistas son la gran diversidad de microorganismos que pueden habitar en ella.
Una boca sana, es el resultado del perfecto equilibrio entre todos sus componentes
anatómicos, fisiológicos, biológicos y no biológicos.
En la ecología microbiana, el término “nicho” no hace referencia a su localización
en el medio, sino que se refiere al papel que juega un microorganismo en un
determinado hábitat. Esto quiere decir que un mismo microorganismo puede tener
un “nicho” benéfico o perjudicial para los demás componentes del ecosistema,
dependiendo de las características del medio ambiente en el que esté presente. Algo
particularmente interesante de la ecología microbiana de la cavidad oral es que
podemos encontrar microorganismos ubicuos, los cuales se pueden encontrar en una
gran diversidad de hábitats formando diferentes nichos.
Los microorganismos residentes en un medio ambiente natural como la piel, el
intestino o la cavidad oral se pueden considerar como el componente microbiano
normal de ese sitio. Este tipo de microbiota ha sido llamada también flora endógena
o indígena, y por definición se considera compatible con la homeostasis del medio
en el cual se desarrolla. Este tipo de microbiota residente, normalmente juega un
papel benéfico o “nicho protector” en el medio. Sin embargo, existen factores que
pueden modificar o alterar su equilibrio, ocasionando cambios en el medio ambiente
y favoreciendo el desarrollo de enfermedades. En la cavidad oral, el ejemplo más
claro cuando este desbalance ocurre, es la presencia de enfermedades como la caries
y la enfermedad periodontal, ambas patologías causadas por los mismos
microorganismos residentes en ella.
La elaboración de este libro surge como respuesta a la necesidad de que los
estudiantes de odontología puedan comprender desde un enfoque interdisciplinario,
la relación entre el equilibrio ecológico oral y los factores etiológicos que inciden en
la patogénesis de la caries dental, la enfermedad periodontal y la periimplantitis,
principalmente. El entendimiento de esta relación permitirá que las estrategias
terapéuticas y preventivas que empleen para tratar y prevenir estas enfermedades,
sean las más adecuadas considerando de manera integral todos los aspectos del
ecosistema oral.
 
Argelia Almaguer Flores
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Mtra. Santa Rita Arroyo Cruz
Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Maestría en Ciencias, candidata al grado de Doctor
en Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de
México. Profesora Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional
Autónoma de México.
Capítulo 5
 
Dr. Victor Irahuen García Pérez
Cirujano Dentista egresado de la Facultad de Odontología de la Universidad
Autónoma de Sinaloa. Maestría y Doctorado en Ciencias en el área de Biología Oral
por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el
Departamento de Ingeniería Biomédica en Virginia Commonwealth University,
USA. Profesor Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma
de México.
Capítulo 9 y Capítulo 11
 
Mtra. Miryam Martínez Hernández
Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad
Veracruzana. Especialista en Periodoncia e Implantología. Maestría y Doctorado en
Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de
México. Estancia doctoral en el Departamento de Periodoncia y Odontología
Preventiva en Saarland University, Alemania.
Capítulo 10
 
Dr. Gonzalo Montoya Ayala
Cirujano Dentista egresado de la Facultad de Odontología de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en el área de Biología Oral
por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el
Departamento de Bioquímica en Western Ontario University, Canadá. Profesor
Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 2
 
Dra. Adriana Pérez Soria
Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en el área de Biología Oral
por la Universidad Nacional Autónoma de México. Profesora Titular, Facultad de
Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 3
 
C.D. Gilberto José Ríos Ferrer
Cirujano Dentista egresado de la Universidad Tecnológica de México. Profesor
Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 1
 
Mtra. Adriana Patricia Rodríguez Hernández
Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Maestría en Ciencias y candidata al grado de
Doctor Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma
de México. Estancia doctoral en el Forsyth Institute, USA. Profesora Titular,
Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 6 y capítulo 11
 
Dr. Carlos Rosales Ledezma
Químico Farmacéutico Biólogo y Maestro en Ciencias, egresado de la Facultad de
Química de la Universidad NacionalAutónoma de México. Doctorado en
Inmunología por la Washington University, USA. Investigador Nacional Nivel II,
CONACYT. Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Investigador Titular
C, Instituto de InvestigacionesBiomédicas, Universidad Nacional Autónoma de
México.
Capítulo 8
 
Dra. Eileen Uribe Querol
Licenciada en Investigación Biomédica Básica, Maestría en Ciencias y Doctora en
Ciencias Biomédicas por la Universidad Nacional Autónoma de México.
Posdoctorado en el Departamento de Biología Celular, Molecular y del Desarrollo
de Yale University, USA. Profesora de Titular, Facultad de Odontología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 8
 
Dra. Laurie Ann Ximénez Fyvie
Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Doctorado en Ciencias Médicas en el área de
Biología Oral y Microbiología por la Harvard University, USA. Profesora Titular y
Coordinadora del Laboratorio de Genética Molecular, DEPeI, Facultad de
Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo 6
 
Dr. Víctor Javier Zaldívar Machorro
Químico Farmacéutico Biólogo egresado de la Facultad de Estudios Superiores
Zaragoza, Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en
Ciencias Bioquímicas por la Universidad Nacional Autónoma de México. Técnico
Académico en la Unidad de Servicios de Apoyo a la Investigación y la Industria de
la Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México.
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La historia de la ecología microbiana oral se remonta al nacimiento de la
microbiología general y al de la microbiología oral, ambas han permanecido
íntimamente ligadas debido a que sus avances científicos y tecnológicos se
retroalimentan. Sin embargo, por ecología microbiana oral se entiende como el
estudio de los microorganismos y sus interacciones, con el medio ambiente
dinámico en el que viven, en este caso, la cavidad oral; integrando aspectos de
diferentes disciplinas como bioquímica, biología molecular, genética e inmunología.
Han existido varios hallazgos que han marcado hitos importantes y el fruto de este
conocimiento obtenido permite hoy día comprender que la perturbación del
ecosistema oral conduce a afecciones y alteraciones orales, y así también, ha
moldeado el raciocinio de las aproximaciones clínicas que se utilizan tanto en la
prevención como en la terapéutica.
A lo largo de la historia se han realizado investigaciones principalmente desde un
enfoque reduccionista, es decir, mediante el aislamiento y estudio individual de
aquellas especies posibles de cultivar, y por lo tanto, de identificar. Sin embargo,
con el desarrollo de herramientas que permiten el estudio de los microorganismos
no cultivables y el análisis masivo de datos, estos paradigmas están cambiando y
ahora se trata de pasar a una visión general que tome en cuenta todas las partes
involucradas y sus interacciones resultantes, tanto entre microorganismos de una
misma especie, como de diferentes, y el medio en el que se encuentran.
En este capítulo se expone de qué manera se fue dando, durante diferentes etapas
históricas, la construcción de las hipótesis científicas que buscan explicar la
etiología de las enfermedades orales, enfocándonos principalmente en la caries
dental y la enfermedad periodontal (cuadro 1-1).
 
general
Cuadro 1-1. Descripción comparativa de los principales eventos que dieron lugar a la ecología microbiana oral y a la microbiología
Ecología microbiana oral Año(s) Microbiología general
 
1686
1676-
primera vez y se lo comunica a la Royal Society
van Leeuwenhoek observa a los microorganismos por
 1688 Redi publica su trabajo sobre la generación espontánea
Fauchard publica su obra “El cirujano dentista o tratado sobre los
dientes”
1728 
 1765-
1776
Spallanzani rechaza la teoría de la generación espontánea
 1786 Müller describe la primera clasificación bacteriana
 1798 Jenner desarrolla vacuna contra viruela humana
 1838-
1839
Schwann y Schleiden desarrollan la teoría celular
Robert Ficinus (1847) sugiere que la caries y enfermedad
periodontal es causada por los animálculos de van Leeuwenhoek
1847-
1850
Semmelweis demuestra que la fiebre puerperal es
transmitida por la mala higiene de los médicos
G. Gros identifica a Entamoeba gingivalis en la cavidad oral 1849 Snow realiza estudio epidemiológico del cólera en
Londres
 1857 Pasteur demuestra la fermentación acidoláctica por
microorganismos
 1858 Virchow afirma que las células provienen de otras células
 1861 Pasteur demuestra que los microorganismos no provienen
por generación espontánea
 1867 Lister publica su trabajo sobre antisepsia
 1869 Mischer descubre los ácidos nucleicos
 1876-
1877
Koch demuestra que el ántrax es causado por Bacillus
anthracis
 1880 Pasteur desarrolla método para atenuar un patógeno
virulento del coléra de gallina
 1881 Robert Koch logra cultivar bacterias en gelatina,
consiguiendo un medio sólido y más práctico.
Pasteur desarrolla vacuna contra el ántrax
Friedrich Witzel reporta la presencia de microorganismo en
lesiones periodontales
1882 Koch descubre a Mycobacterium tuberculosis, causante de
la enfermedad
Black publica “La formación de venenos por microorganismos. Un
estudio biológico de la teoría de la enfermedad causada por
gérmenes”
1884 Se publican los postulados de Koch
 1884 Se desarrolla la tinción de Gram
 1885 Pasteur desarrolla vacuna contra la rabia.
Escherich descubre a la bacteria E. coli.
Fraenkel descubre a la bacteria S. pneumoniae
 1887 Richard Petri diseña la placa que lleva su apellido
Miller propone la teoría quimioparasitaria de las enfermedades
orales
1889 
 1890 von Behring y Kitasato producen suero antitóxina de la
difteria
 1891 Paul Ehrlich propone que los anticuerpos son los
responsables de la inmunidad
 1896 Van Ermengem descubre a Clostridium botulinum, bacilo
que causa botulismo
 
 
La historia de la ecología microbiana oral se remonta al nacimiento de la
microbiología general y al de la microbiología oral, ambas han permanecido
íntimamente ligadas debido a que sus avances científicos y tecnológicos se
retroalimentan. Sin embargo, por ecología microbiana oral se entiende como el
estudio de los microorganismos y sus interacciones, con el medio ambiente
dinámico en el que viven, en este caso, la cavidad oral; integrando aspectos de
diferentes disciplinas como bioquímica, biología molecular, genética e inmunología.
Han existido varios hallazgos que han marcado hitos importantes y el fruto de este
conocimiento obtenido permite hoy día comprender que la perturbación del
ecosistema oral conduce a afecciones y alteraciones orales, y así también, ha
moldeado el raciocinio de las aproximaciones clínicas que se utilizan tanto en la
prevención como en la terapéutica.
A lo largo de la historia se han realizado investigaciones principalmente desde un
enfoque reduccionista, es decir, mediante el aislamiento y estudio individual de
aquellas especies posibles de cultivar, y por lo tanto, de identificar. Sin embargo,
con el desarrollo de herramientas que permiten el estudio de los microorganismos
no cultivables y el análisis masivo de datos, estos paradigmas están cambiando y
ahora se trata de pasar a una visión general que tome en cuenta todas las partes
involucradas y sus interacciones resultantes, tanto entre microorganismos de una
misma especie, como de diferentes, y el medio en el que se encuentran.
 1917
 1916 Se introduce el cultivo anaerobio y se desarrolla la bomba
McCIntosh (contenedor anaerobio)
 1921 Fleming descubre la lisozima
Clarke aisla al Streptococcus mutans 1924 
 1928 Frederick Griffith caracteriza el fenómeno de
transformación bacteriana.
Rebeca Lancefield propone clasificación para
Streptococcus
 1929 Fleming publica su hallazgo seminal sobre la penicilina
 1933 Ruska desarrolla el microscopio electrónico de
transmisión
 1937 Chatton clasifica a los organismos vivos en procariota y
eucariota
Robert Stephan publica su trabajo que da lugar a la curva de
Stephan y al valor de pH crítico
1940-
1944
 
 1941 Beadle y Tatum establecen la hipótesis <<un gen - una
enzima>>
 1943 Luria y Delbrunck demuestran que la herencia bacteriana
sigue los principiosde evolución darwiniana
Gottleib propone la teoría proteolítica de la caries dental 1944 Avery, MacLeod y McCarty demuestran que el DNA es
una molécula que transfiere información.
Schatz, Bugie y Waksman descubren la estreptomicina
McClure y Hewitt inhiben la caries dental con penicilina 1946 Lederberg y Tatum descubren la conjugación bacteriana
 1949 Enders, Weller y Robbins desarrollan técnica para cultivar
y estudiar a los virus
 1953 Watson y Crick proponen el modelo de doble hélice del
DNA
Mitchell y Johnson inhiben la periodontitis con penicilina 1956 
Keyes y Fitzgerald demuestran que la caries dental es una
enfermedad infecciosa y transmisible
1960 
 1961 Jacob, Monod, Perrin y Sánchez proponen el modelo
operón como mecanismo de regulación de expresión
genética bacteriana
 1961 Sydney Brenner, Francois Jacob y Matthew Meselson
demuestran que los ribosomas es el sitio de síntesis de
proteínas
 1961-
1966
Marshall Nirenberg, Khorana y J.H.Matthaei dilucidan el
código genético
Löe y Theilade realizan experimentos de gingivitis en humanos 1965 
Experimentos de Lindhe sobre periodontitis en perros 1975 Kohler y Milstein desarrollan técnica para producir
anticuerpos monoclonales
Listgarten observa por microscopía electrónica las diferencias en
microorganismos presentes en enfermedad periodontal
Loesche propone las hipótesis de la placa (específica e
inespecífica)
1976 
 1688 Redi publica su trabajo sobre la generación espontánea
Fauchard publica su obra “El cirujano dentista o tratado sobre los
dientes”
1728 
 1765-
1776
Spallanzani rechaza la teoría de la generación espontánea
 1786 Müller describe la primera clasificación bacteriana
 1798 Jenner desarrolla vacuna contra viruela humana
 1838-
1839
Schwann y Schleiden desarrollan la teoría celular
Robert Ficinus (1847) sugiere que la caries y enfermedad
periodontal es causada por los animálculos de van Leeuwenhoek
1847-
1850
Semmelweis demuestra que la fiebre puerperal es
transmitida por la mala higiene de los médicos
G. Gros identifica a Entamoeba gingivalis en la cavidad oral 1849 Snow realiza estudio epidemiológico del cólera en
Londres
 1857 Pasteur demuestra la fermentación acidoláctica por
microorganismos
 1858 Virchow afirma que las células provienen de otras células
 1861 Pasteur demuestra que los microorganismos no provienen
por generación espontánea
 1867 Lister publica su trabajo sobre antisepsia
 1869 Mischer descubre los ácidos nucleicos
 1876-
1877
Koch demuestra que el ántrax es causado por Bacillus
anthracis
 1880 Pasteur desarrolla método para atenuar un patógeno
virulento del coléra de gallina
 1881 Robert Koch logra cultivar bacterias en gelatina,
consiguiendo un medio sólido y más práctico.
Pasteur desarrolla vacuna contra el ántrax
Friedrich Witzel reporta la presencia de microorganismo en
lesiones periodontales
1882 Koch descubre a Mycobacterium tuberculosis, causante de
la enfermedad
Black publica “La formación de venenos por microorganismos. Un
estudio biológico de la teoría de la enfermedad causada por
gérmenes”
1884 Se publican los postulados de Koch
 1884 Se desarrolla la tinción de Gram
 1885 Pasteur desarrolla vacuna contra la rabia.
Escherich descubre a la bacteria E. coli.
Fraenkel descubre a la bacteria S. pneumoniae
 1887 Richard Petri diseña la placa que lleva su apellido
Miller propone la teoría quimioparasitaria de las enfermedades
orales
1889 
Leon Williams describe a la placa dentobacteriana 1897 Buchner prepara extracto de levadura que realiza
fermentación
 1903 Wright y colaboradores descubren anticuerpos en suero de
animales inmunizados
1915- D´Herelle y Twort descubren virus que infectan bacterias
 
del DNA
Gilbert y Sanger desarrollan técnica para la secuenciación
identificar al arquea como uno independiente
1977 Woese y Fox proponen los tres dominios de la vida, al
 1978 Costerton acuña el término biopelícula
 1979 Se sintetiza la insulina por DNA recombinante
Kleinberg caracteriza bacterias orales productoras de bases 1980 Desarrollo del microscopio de barrido con efecto de túnel
 1982 Se desarrolla una vacuna recombinante contra la hepatitis
B
 1983-
1984
Gallo y Montaigner identifican al virus de la
inmunodeficiencia humana
 1984 Kary Mullis desarrolla la técnica de reacción en cadena de
la polimerasa (PCR)
Se lanza el Proyecto del Genoma Humano
Theilade propone la hipótesis de la placa no específica actualizada 1986 Se aprueba el uso de la primera vacuna producida
mediante ingeniería genética (vs. hepatitis B) en humanos
Marsh propone la hipótesis de la placa ecológica 1994 
 1995 Se secuencia el genoma de Haemophilus influenzae
 1996 Se secuencia el genoma de Methanococcus jannaschii
 1997 Se secuencia el genoma de Escherichia coli
Se proponen los complejos bacterianos de Socransky 1998 
Se publica la secuencia completa de bacterias orales (F. nucleatum
y S. mutans)
2002 
 2003 Se publica el genoma humano
Takahasi propone la hipótesis de la placa extendida 2008 Se establece el proyecto del microbioma humano
Se publica el microbioma oral humano 2010 
Hajishengallis propone la hipótesis del patógeno piedra angular 2012 
Mira propone la hipótesis de la caries tejido-dependiente 2013 
Takahasi y Nyvard proponen la modificación a la hipótesis de la
placa ecológica
2016 
 
 
 1917
 1916 Se introduce el cultivo anaerobio y se desarrolla la bomba
McCIntosh (contenedor anaerobio)
 1921 Fleming descubre la lisozima
Clarke aisla al Streptococcus mutans 1924 
 1928 Frederick Griffith caracteriza el fenómeno de
transformación bacteriana.
Rebeca Lancefield propone clasificación para
Streptococcus
 1929 Fleming publica su hallazgo seminal sobre la penicilina
 1933 Ruska desarrolla el microscopio electrónico de
transmisión
 1937 Chatton clasifica a los organismos vivos en procariota y
eucariota
Robert Stephan publica su trabajo que da lugar a la curva de
Stephan y al valor de pH crítico
1940-
1944
 
 1941 Beadle y Tatum establecen la hipótesis <<un gen - una
enzima>>
 1943 Luria y Delbrunck demuestran que la herencia bacteriana
sigue los principios de evolución darwiniana
Gottleib propone la teoría proteolítica de la caries dental 1944 Avery, MacLeod y McCarty demuestran que el DNA es
una molécula que transfiere información.
Schatz, Bugie y Waksman descubren la estreptomicina
McClure y Hewitt inhiben la caries dental con penicilina 1946 Lederberg y Tatum descubren la conjugación bacteriana
 1949 Enders, Weller y Robbins desarrollan técnica para cultivar
y estudiar a los virus
 1953 Watson y Crick proponen el modelo de doble hélice del
DNA
Mitchell y Johnson inhiben la periodontitis con penicilina 1956 
Keyes y Fitzgerald demuestran que la caries dental es una
enfermedad infecciosa y transmisible
1960 
 1961 Jacob, Monod, Perrin y Sánchez proponen el modelo
operón como mecanismo de regulación de expresión
genética bacteriana
 1961 Sydney Brenner, Francois Jacob y Matthew Meselson
demuestran que los ribosomas es el sitio de síntesis de
proteínas
 1961-
1966
Marshall Nirenberg, Khorana y J.H.Matthaei dilucidan el
código genético
Löe y Theilade realizan experimentos de gingivitis en humanos 1965 
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ETAPA PRECIENTÍFICA (HASTA 1675)
De tiempo atrás, antiguas civilizaciones realizaron los primeros intentos por dar una
explicación causal para enfermedades orales. En éstos se estableció la teoría del
gusano dental, el cual, al infectar los dientes, la encía y el hueso, lograba roerlos y
perforarlos. En realidad, dicha conjetura corresponde a la categoría de mitos y
leyendas de las creencias humanas, la cual fue popular, pues se encuentra descrita
en diversos sitios, como en un texto sumerio de cinco mil años antes de Cristo y en
fuentes históricas de China, India, Egipto y Japón.1
Durante la Ilustración europea, conforme se adoptó una visión científica del
mundo, se fue rechazando de manera gradual la existencia de dicho gusano y se
empezaron a dar registrosde observaciones formales que hicieron patente que el
consumo de azúcares actúa en detrimento de la salud de los dientes y la encía.
 
ETAPA DE 1676 A 1883: EL NACIMIENTO DE LA
MICROBIOLOGÍA GENERAL Y ORAL
El nacimiento de ambas disciplinas ocurre a finales del siglo XVII, con Anton van
Leeuwenhoek (1632-1723), quien observa por primera vez en 1676, al utilizar lentes
para microscopio diseñados por el mismo, los microorganismos provenientes de
muestras de agua obtenidas en estanques de lluvia y los denomina animálculos o
“pequeños animales”.3 Posteriormente, en 1683, informa las primeras
identificaciones realizadas sobre microorganismos de la cavidad oral. Sus hallazgos
los escribe en cartas en holandés, su lengua nativa, y que hace traducir al inglés,
generalmente acompañandolas con dibujos que el mismo realizaba
meticulosamente, y las envía a The Royal Society of London for Improving Natural
Knowledge, o simplemente la Royal Society. Hoy en día se conoce que dichos
dibujos corresponden a bacterias de tipo cocos, espiroquetas y fusiformes.4 A pesar
de estos descubrimientos seminales, por un largo tiempo se ignoró el estudio de los
microorganismos y su relación en la cavidad oral.5
El cirujano francés Pierre Fauchard (1678-1761), reconocido como el padre de la
odontología moderna por publicar en 1728 la primera obra enciclopédica en
odontología: Le chirurgien dentiste, ou Traité des dents (El cirujano dentista o
tratado sobre los dientes), fue uno de los primeros en rechazar la existencia de dicho
gusano pues afirmó que el establecimiento de enfermedades como la caries dental se
debía a las modificaciones en la dieta de las personas y que específicamente eran los
azúcares, los causantes de las afectaciones de los dientes y las encías,2 aunque no
mencionaba en sustitución del gusano, la existencia de microorganismo alguno.
En 1847, Robert Ficinus (1809-1852) publica en una revista oftalmológica, Über
das Ausfallen der Zähne und das Wesen der Zahnkaries (acerca de la pérdida de los
dientes y la naturaleza de la caries dental), donde sugiere que los animálculos
descritos por van Leeuwenhoek son responsables de la caries dental y también de la
enfermedad periodontal, pues menciona que “…estos animales fuerzan su camino
dentro de las fibras, entre la gingiva y el cemento, aflojando a la primera y
formando el cálculo que a su vez afloja los dientes...”6
Los protozoarios, los cuales son microorganismos cien veces más grandes que las
bacterias, también fueron de los primeros microorganismos en identificarse como
presentes en la cavidad oral. En 1849, G. Gros identificó una ameba parásita
presente en este sitio, obtenida de pacientes con periodontitis y a la cual llamó
“Endamoeba gingivalis”, y que más tarde fue renombrada como Entamoeba
gingivalis. Sin embargo, no se le dio ninguna importancia al hallazgo hasta la
década de 1980, cuando Trevor Lyons propusó que podría estar involucrada en
algunos tipos de enfermedad periodontal.7
Fue Adolf Friedrich Witzel (1847-1906), quien en 1882 reporta por primera vez el
hallazgo de microorganismos en lesiones periodontales, al asociarlos como causa
probable la enfermedad periodontal (a la que denomina alveolitis infecciosa) que -
afirma- se caracteriza por recesión gingival, formación de bolsas periodontales,
depósitos de cálculo y supuración. También observa bacterias al microscopio y
“micrococci” provenientes del pus que obtiene presionando la encía de los alvéolos
afectados, señalando que estos encuentran en dicho sitio enfermo las condiciones
favorables para desarrollarse, y además, que la pérdida de hueso puede ser resultado
ya sea de la exposición a los microorganismos o por atrofia senil.6
 
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ETAPA DE 1884-1930: EL NACIMIENTO DE LAS
PRIMERAS HIPÓTESIS CIENTÍFICAS Y LA
BÚSQUEDA DE UN MICROORGANISMo CAUSAL
A casi dos siglos de las primeras observaciones hechas por van Leeuwenhoek, las
obras de tres científicos con formación en ciencias naturales y odontología,
proporcionan las bases que marcan el inicio formal de la microbiología oral.
Greene Vardiman Black (1836-1915) publica en 1884 su libro The Formation of
Poisons by Microorganisms. A Biological Study of the Germ Theory of Disease (La
formación de venenos por microorganismos. Un estudio biológico de la teoría de la
enfermedad causada por gérmenes), donde propone que dicha teoría da una
explicación causal de que son los microorganismos los responsables de la caries
dental, por medio de la producción de ácidos. Asimismo, afirma que esto lo sustenta
tomando en cuenta las investigaciones que en ese momento realizaba un científico,
de apellido Miller, que se encontraba trabajando en el laboratorio del célebre Robert
Koch.8
Willoughby Dayton Miller (1853-1907), físico, matemático y odontólogo al que se
considera como el “padre de la microbiología oral”, a lo largo de su vida científica
publicó más de 150 trabajos científicos y en 1889 su obra magna (primero en
alemán y al año siguiente en ingles) The Micro-organisms of the Human Mouth. The
Local and General Diseases which are Caused by Them (Los microorganismos de
la boca humana. Las enfermedades locales y generales que son causadas por éstos).
En ella propone, basado en los resultados de sus investigaciones, la teoría
quimioparasitaria, la cual es una hipótesis que explica que los ácidos orgánicos
(quimio-) producidos por la fermentación realizada por bacterias orales (-
parasitaria) son los que conducen al colapso del mineral que constituye a los
dientes, y eventualmente, al establecimiento de la caries dental (cuadro 1-2).9
 
Cuadro 1-2. ¿Por qué llamaron teorías y no hipótesis a las primeras explicaciones de las enfermedades orales?
Durante los siglos pasados aún no se formalizaban muchos aspectos de la ciencia, como lo sistemas de evaluación y publicación. Esto
condujo a que muchas hipótesis científicas fuesen presentadas como teorías a pesar de que carecían del cuerpo de evidencia que
normalmente constituye a una. Hoy en día cuando surge una nueva explicación científica de fenómenos tan complejos (como lo son la
caries dental y enfermedad periodontal), se suelen denominar hipótesis porque normalmente sólo se tiene evidencia que demuestra
parcialmente la explicación propuesta.
 
 
En 1897, James Leon Williams (1852-1932) describe las presencia en las
superficies dentales de masas similares a “lienzo grueso” donde están presentes
microorganismos formadores de ácidos y que éste…”protege al esmalte pero al
mismo tiempo evita que el ácido segregado se elimine, ejerciendo su efecto
protector sobre el..” es decir ejerce un efecto dual, tanto en detrimento como de
defensa.10 Esta es la primera descripción de lo que posteriormente se conocería
como placa dentobacteriana (hoy en día, también conocida como biopelícula
dental). A pesar de que estos hallazgos complementan su hipótesis, Miller se mostró
escéptico sobre la verdadera existencia de estas estructuras.10
Por estos años, y debido a las limitantes tecnocientíficas de la época, los
investigadores trataron infructuosamente de identificar al que consideraban el
microorganismo causante de la caries dental. Y fue hasta 1924 que James Kilian
Clarke (1886-1950), logra aislar por primera vez, de una lesión cariosa, una especie
bacteriana a la cual denomina Streptococcus mutans. Este microorganismo era
capaz de fermentar varios tipos de azúcares y modificar el pH hacia uno más ácido,
cuando se cultivaba en caldo de glucosa. Sin embargo, Clarke no pudo demostrar su
relación directa con la enfermedad.11
 
ETAPA DE 1931 A 1975: EL EMPLEO DE UNA
PERSPECTIVA BÁSICA PARA ENTENDER LAS
ENFERMEDADES ORALES
A comienzos de la década de 1930, se vive un vacío en el interés de los científicos
odontológicos por área de la microbiología oral, pero hacia finales de la misma se
empezaron a retomar las investigaciones en el área esto se reflejó en la
caracterización de nuevos microorganismos productores de ácidos orgánicos como
los lactobacilos. Su descubrimiento producegran impacto y se popularizan hasta
señalarlos como los principales responsables de la caries dental, en sustitución del S.
mutans,12 pues se pensaba que sólo sería uno el microorganismo o especie causal de
la enfermedad, al seguir tanto la tendencia de la época de caracterizar
microorganismos específicos causantes de infecciones particulares como buscando
cumplir los postulados clásicos de Koch.
Entre 1940 y 1944 Robert M. Stephan, publica sus investigaciones sobre la
producción de ácidos in vitro de la placa dentobacteriana, al emplear métodos
sofisticados a través del uso de microelectrodos para medir in situ el cambio de pH
en múltiples superficies dentales, posterior a la realización de enjuagues con glucosa
(azúcar). Estos trabajos lo llevan a la construcción de un gráfico, al que hoy se
conoce como Curva de Stephan, la cual desempeño durante esa época, un papel
dominante en la investigación sobre caries dental, y que sirvió para el
reconocimiento de conceptos como el de pH crítico, que es aquel valor por debajo
del cual se da el proceso de desmineralización.13
En el año de 1944 se propone la teoría proteolítica, la cual es una hipótesis que
iba contracorriente de las ideas de ese tiempo y que representaba una alternativa a la
disminución en el pH como el principal factor que conduce a la desmineralización
de los tejidos dentales. Ésta es propuesta por Bernhard Gottleib (1885-1950), quien
afirma que el cambio determinante era la destrucción primaria por acción
enzimática del componente orgánico (proteínico) del esmalte y que esto es lo que en
realidad conduce al colapso del mineral y al establecimiento de la enfermedad.14
Frank McClure (1896-1979) y William Lane Hewitt (1916-1993), publican en
1946, que la penicilina inhibe el desarrollo de caries dental en ratas, lo que reafirma
el origen bacteriano de esta enfermedad.12 Por su parte, diez años después, David F.
Mitchell (1918-1975) y Marilyn Johnson, suman sus estudios a la evidencia de la
relación bacteriana con la salud del periodonto pues mediante la administración
también de penicilina logran inhibir desarrollo de periodontitis en hámsteres,15 por
lo que también se suma evidencia sobre el papel fundamental de las bacterias en la
patogénesis de esta enfermedad.
Hasta finales de esta década (1950) existía la idea generalizada que las
enfermedades orales se daban como resultado del crecimiento de la “masa”
bacteriana, y que la presencia de la enfermedad obedecía más a razones
cuantitativas que cualitativas.12,16 Asimismo, persistía la idea, que la enfermedad
periodontal podía ser debida a un defecto constitucional, resultado de un
traumatismo por oclusión, atrofia o por la combinación de dichas características.
En 1960, Paul Hathaway Keyes (1917-2017) publica dos artículos clásicos de la
microbiología oral, resultado de su trabajo en conjunto con Robert James Fitzgerald
(1918-2007). Mediante el uso de modelos murinos demuestran la naturaleza
infecciosa y transmisible de la caries dental y además que era un tipo particular de
estreptococo el responsable, irónicamente, sin darse cuenta que se trataba del S.
mutans caracterizado por Clarke.12,17,18
También en los años 1960 se buscaban microorganismos causantes de la
enfermedad periodontal. Uno de los grandes catalizadores que condujo al avance en
la identificación de potenciales microorganismos periodontopatógenos, fue el
mejoramiento de los cultivos en condiciones de anaerobiosis.16 Esto permitió que
Arden Howell Jr. (1910-1966) y colaboradores llegaran a la conclusión, en 1963,
que las bacterias anaerobias del género Actinomyces estaban relacionadas al
desarrollo de la enfermedad,19 aunque hoy se sabe que dichas especies son de las
más abundantes en las biopelículas orales y que, en cambio, están más relacionadas
con estados de salud periodontal.
Por su parte, Harold Löe (1926-2008) y Else Theilade (1934-) publican en 1965
los resultados de su estudios sobre la acumulación de placa dentobacteriana
causando gingivitis experimental en humanos.20 Después, en 1975, Jan Lindhe y su
grupo en Suecia, demostraron por medio de un estudio longitudinal de cuatro años,
que la acumulación de placa dentobacteriana inducía la pérdida irreversible del
periodonto, al emplear un modelo experimental con perros Beagle.21
 
ETAPA DE 1976-1990: EL NACIMIENTO DE LAS
HIPÓTESIS DE LA PLACA
Para 1976, Max A. Listgarten (1935-) logra identificar por microscopía electrónica,
diferentes especies bacterianas entre sujetos sujetos periodontalmente sanos y
enfermos, al observar muestras de placa dentobacteriana supra y subgingival. Esto
desafió el concepto de que el cambio cuantititavo más que cualitativo era el
determinante en la patogénesis de la enfermedad.22
Walter Joseph Loesche (1935-2012), en una búsqueda por categorizar e integrar el
conocimiento acumulado hasta entonces (1976), toma retrospectivamente la
evidencia acumulada en microbiología oral para establecer dos hipótesis
contrincantes. A la primera la denomina como hipótesis de la placa inespecífica, la
cual afirma que la acumulación y actividad global de la placa dentobacteriana es la
responsable de las enfermedades orales (caries dental y enfermedad periodontal) sin
ser relevantes aspectos como bacterias específicas o sus niveles de virulencia bajo
dicha concepción, una mezcla heterogénea de microorganismos son los causantes de
dichas patologías. Al mismo tiempo propone la hipótesis de la placa específica
que, de manera opuesta, establece que de toda la población bacteriana presente en la
placa dentobacteriana, sólo unas cuantas son las responsables o involucradas
activamente en las enfermedades.23
A finales de 1970 y principios de 1980, Israel Kleinberg (1930-) aportó evidencia
acerca de la existencia de microorganismos en la cavidad oral capaces de sintetizar
y secretar sustancias alcalinas (básicas), y que esto quizás contribuye a la
homeostasis de la cavidad oral24 al hacer frente y neutralizar los ácidos producidos
por bacterias fermentativas. Estos estudios fueron ignorados, pero recientemente se
ha replanteado su papel en la homeostasis del ecosistema oral y se busca explotar su
potencial como medida terapeútica (véase capítulo 5: Metabolismo bacteriano de la
biopelícula dental y bioquímica de la caries dental).
En 1986, Theilade retoma los conceptos de las hipótesis de la placa no específica
y específica haciendo una comparación y actualizando a la primera, donde reafirma
que es la actividad general de la microbiota la responsable de las enfermedades,
pero la enriquece al reconocer que existen diferencias entre la virulencia bacteriana
que deben ser tomada en cuenta, por lo tanto, a esta la redenomina como hipótesis
placa no específica actualizada.25
 
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ETAPA DE 1991-2000: EL NACIMIENTO DE LAS
HIPÓTESIS ECOLÓGICAS Y UNA VISIÓN
INTEGRADORA
En 1994, Philip D. Marsh (1949-), propone la hipótesis de la placa ecológica
donde reconoce e integra elementos claves tanto de la hipótesis de la placa
específica como de la inespecífica, pues afirma que la caries dental y enfermedad
periodontal son resultado de la pérdida del balance de los microorganismos
residentes de la biopelícula, debido a fenómenos de “estrés” en el ecosistema oral,
lo que resulta en el enriquecimiento de sólo algunos patógenos orales o
microorganismos relacionados a la enfermedad.26
Sigmund S. Socransky (1934-2011) y Anne D. Haffajee (1947-2013), junto con
otros colegas del Forsyth Dental Center (hoy Forsyth Institute) publican en 1998 un
artículo donde -utilizando una técnica molecular llamada de checkerboard para
hibridaciones de DNA-DNA (desarrollada por el mismo Socranksky) y analizando
más de 13 000 muestras de placa dentobacteriana subgingival-, determinan que
existen asociaciones específicas entre las bacterias presentes en las biopelículas
dentales, las cuales denominaron “complejos bacterianos principales de la placa
dentobacteriana subingival”27 o también conocidos como los “complejos de
Socransky” (véase capítulo4: Biopelículas en el medio ambiente oral).
Otro aspecto importante a considerar es lo poco que ha sido estudiado el papel de
los virus en la homeostasis del ecosistema oral pues básicamente sólo se les ha dado
importancia como entidades relacionadas con patologías particulares. Sin embargo,
investigaciones realizadas en la década de 1990 han propuesto que estos forman
parte normal del ecosistema oral y que asimismo pueden tener una potencial
participación en la etiopatogénesis de la enfermedad periodontal, al formar un
consorcio patógeno en conjuntos con bacterias.28,29
 
ETAPA DE 2001 HASTA EL DÍA DE HOY: EL FRUTO
DE LA REVOLUCIÓN GENÓMICA Y LA ERA
POSTGENÓMICA
En 2002 se publicó por primera vez, la secuencia genética completa de una bacteria
oral, Fusobacterium nucleatum,30 y unos meses más tarde la de Streptoccocus
mutans.31Al siguiente año se publica la secuencia completa de Porphyromonas
gingivalis,32 a partir de una cepa aislada desde 1950 y que se mantenía guardada en
el Instituto Pasteur. Aunque hoy en día, obtener la secuencia genética completa de
un microorganismo es un proceso rutinario, estos primeros reportes marcaron el
inicio de una nueva etapa para la ecología microbiana oral.
Debido al impulso dado por el Proyecto del Genoma Humano (empezado en 1984
y declarado completo en 2003) y otras iniciativas mundiales, fue que posterior al
inicio del nuevo milenio se tenían disponibles nuevas tecnologías y se
conceptualizaron nuevas formas de realizar investigación científica, como el estudio
global u “ómico” de las moléculas que conforman a los seres vivos. La era
postgenómica (después del año 2004) ha permitido avances significativos en la
identificación y análisis de genomas, proteomas, metabolomas, metagenomas, así
como las interacciones entre los microorganismos y sus moléculas.33 Esto dio un
fuerte impulso en favor de las hipótesis ecológicas, pues los datos han mostrado que
es probable que las enfermedades orales resultan de un estado de disbiosis, es decir,
de la pérdida del balance o de adaptación de microbiana, donde puede participar
más de una especie particular (comunidades o consorcios microbianos).16,34
“En 2008, Nobuhiro Takahasi (1959- ) en conjunto con Bente Nyvard proponen la
hipótesis de la placa ecológica extendida, la cual es una modificación a la de
Marsh.35 En esta indican que a partir de la actividad metabólica bacteriana se
regulan las adaptaciones y selección en los ecosistemas orales bacterianos, y que es
su perturbación lo que conduce o participa en la etiología de procesos patológicos o
alteraciones, además de caries dental y enfermedad periodontal, otros como halitosis
y cáncer oral. Asimismo, a finales de 2016, proponen cambios a su hipótesis para
explicar la caries radicular y dentinaria, rescatando e integrando elementos de la
teoría proteolítica de Gottleib.36
En 2008 se lanza la iniciativa del microbioma humano para caracterizar la diversa
microbiota que cohabita al ser humano, y en 2010 se publica la base de datos del
microbioma oral humano (Human Oral Microbiome Database: HOMD). El objetivo
de esta es proveer información tanto fenotípica, filogenética, clínica y bibliográfica
de alrededor de 700 especies procarióticas presentes en la cavidad oral
(www.homd.org).37 Con la ayuda de este tipo de herramientas, se preveé que será
más fácil comprender a profundidad cómo son los cambios en la microbiota oral en
salud y enfermedad.
En 2012, George N. Hajishengallis (1964-) junto con sus colaboradores proponen
la hipótesis del patógeno piedra angular, donde establecen que ciertos
http://www.homd.org
microorganismos presentes, incluso en poca abundancia, formando parte de una
microbiota determinada, pueden orquestar respuestas inflamatorias en el huésped, lo
que de manera eventual conducirá a una modificación pasando de una microbiota
normal a una disbiótica. Esta hipótesis plantea que P. gingivalis es un tipo
microorganismo “angular” en la enfermedad periodontal, y también afirma que su
hipótesis explica la naturaleza de otras patologías como la enfermedad inflamatoria
intestinal.38
En 2013, el grupo de investigación dirigido por Alex Mira Obrador (1972-) han
desarrollado una nueva hipótesis sobre la formación y avance de la caries dental,
basada en el estudio del metagenoma de lesiones cariosas; la denominada hipótesis
tejido-dependiente de la caries dental afirma que la caries dental es un proceso de
etiología polimicrobiana variable, donde las bacterias productoras de ácidos son el
vehículo que penetra el esmalte dental para permitir que otros microorganismos que
degradan la dentina puedan expandirse en la lesión en formación.39
Por otra parte, al igual que en el caso de los virus y otros microorganismos, los
hongos han permanecido poco estudiados con relación al ecosistema oral. Sin
embargo, dos estudios prominentes de metagenómica publicados en 2010 y 2014,
surgieren que la cavidad oral sana tiene un grupo mucho más diverso y enriquecido
de especies de hongos que lo que previamente se pensaba y asimismo existe
evidencia sobre que también podrían estar involucrados a enfermedades, como
caries dental, diferentes a las micosis comúnmente señaladas.40,41
 
CONCLUSIONES
Las observaciones de van Leeuwenhoek marcan el inicio de la microbiología
general pero también de la oral, al observar por primera vez los microorganismos
provenientes de la placa dentobacteriana. A pesar de esto, fue la suma del trabajo de
Black, Williams y Miller, lo que constituyó la formalización de la microbiología
oral al estudiar los mecanismos por los cuales se da el establecimiento de
enfermedades orales por parte de microorganismos y al lograr identificar a la placa
dentobacteriana (hoy denominada biopelícula dental).
A lo largo de la historia de la ecología microbiana oral se han propuesto diferentes
hipótesis que tratan de explicar la etiología de las enfermedades orales, pero son las
hipótesis contemporáneas las que toman en cuenta los componentes globales e
interacciones entre los elementos que conforman al ecosistema oral. Sin embargo, es
probable que aún se modifiquen y surgan nuevas hipótesis pues los estudios
“ómicos” están permitiendo analizar el papel de microorganismos previamente no
reconocidos o identificados como parte normal de la dinámica en el ecosistema oral.
 
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INTRODUCCIÓN
El esmalte, dentina, cemento y hueso alveolar son tejidos mineralizados naturales,
compuestos tanto de material inorgánico a base de sales de calcio (hidroxiapatita),
como de proteínas que tienen una función relevante en la formación y crecimiento
de los tejidos. El ligamento periodontal es un tejido importante para la
autorregulación de la integridad del mismo. La diferencia en cantidad y variedad de
proteínas en cada tejido, proporciona características fisicoquímicas particulares que
pueden ser alteradas por diversos factores presentes en el medio bucal.
El objetivo de este capítulo es revisar los avances en los conocimientos de
procesos bioquímicos y moleculares que participan activamente en la formación y
homeostasis de los tejidos que conforman la estructura de los dientes, así como de
sus tejidos de soporte que mantienen la integridad y el estado de salud de la cavidad
oral.
El entendimiento de estos procesos, ha permitido la identificación de moléculas
clave para el diseño de estrategias terapéuticas novedosas en el área clínica. Y en un
futuro con los avances científicos y tecnológicos actuales, será posible implementar
terapias más predecibles y exitosas para el tratamiento de dos de las patologías más
importantes y prevalentes que afectan la cavidad oral; la enfermedad periodontal y
la caries.
 
BIOMINERALIZACIÓN
Los tejidos mineralizados de los seres humanos se forman gracias a un proceso
fisiológico regulado por interacciones de minerales y moléculas extracelulares
llamado biomineralización.
Tanto el hueso como los órganos dentarios son tejidos calcificados compuestos
principalmente de fosfato de calcio, en forma de hidroxiapatita, dicho mineral es
depositado por células diferenciadas, a través de la interacción de las células del
ectomesénquima sobre las células epiteliales.1
El mecanismo molecular de la mineralización tiene lugar dentro de las vesículas
de matriz, las cuales son liberadas a partir de la superficie de condrocitos,
osteoblastos, odontoblastos y cementoblastos. Los iones de fosfato de calcio se
acumulan dentro de las vesículas, donde eventualmente precipitan y forman cristales
de hidroxiapatita. Estos cristales atraviesan la membrana de las vesículas y dan
lugar a los nódulos de calcio en el fluido extracelular. Dichos cristales crecen dentro
de la estructura de las fibras de colágena. El grado de maduración y crecimiento de
los cristales está determinado por las condiciones extracelulares presentes y donde
influyen de manera importante; el pH, la concentración de iones de fosfato, calcio y
la presencia de proteoglicanos y proteínas no colagénicas de la matriz extracelular
de cada tejido (figura 2-1).
 
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Figura 2-1. Mineralización en vesículas de matriz.
 
En el caso del esmalte, dichas vesículas están ausentes, por lo que la matriz del
mismo es secretada y delimitada por la lámina basal, producida por los
ameloblastos, e inmediatamente después es mineralizada. Una vez que el esmalte ha
alcanzado su grosor final, los ameloblastossecretan proteasas específicas que
degradan las proteínas presentes, dando como resultado cristales de hidroxiapatita
organizados en un tejido mineral denso.1
La función esencial de las moléculas que participan en el proceso de
mineralización se atribuye a su interacción con los iones de calcio, que permiten el
crecimiento cristalino y a posibles interacciones con otras moléculas. Los
glucosaminoglucanos con carga negativa, el ácido γ-carboxiglutámico y otros
aminoácidos (glutamato Glu, aspartato Asp, y fosfo-serina) son capaces de quelar
iones de calcio que permiten la cristalización o la inhibición de la mineralización
(como el caso de la proteína de la matriz Gla, MGP). La adsorción de las distintas
moléculas sobre caras cristalinas preferenciales, puede bloquear la adición de más
iones e influir en la forma y/o tamaño del cristal. Por otro lado, si la interacción
estabiliza el núcleo cristalino, facilitará la mineralización.1
El término “mineral” de acuerdo con la Asociación Internacional de Mineralogía
(IMA, por sus siglas en inglés) se define como “un elemento o compuesto químico
que es normalmente cristalino y que ha sido formado como resultado de un proceso
geológico”.2 Posteriormente, Skinner en el año 2005, propuso el término
“biomineral”, describiéndolo como “un elemento o compuesto que puede ser
amorfo o cristalino y que es formado mediante un proceso biogeoquímico.”3 Sin
embargo, aún no existe un consenso internacional aceptado, acerca de estas
definiciones.
Estudios cristalográficos revelan que los biominerales son estructuras con un alto
grado de ordenamiento y con propiedades magnéticas o eléctricas, producto de la
interacción de la fase mineral con la fase orgánica. Dichos estudios demuestran que
las proteínas determinan la fase mineral, nucleación, crecimiento y morfología de
los cristales, en donde, las fibras de colágena juegan un papel importante, al brindar
el andamio necesario para la precipitación de iones. Se sabe que el crecimiento de
los biocristales está determinado por la existencia de un núcleo preformado el cual
posiblemente es de naturaleza amorfa, y que se transformará en un mineral
cristalino, mediante la transformación de estado sólido.1
 
Mecanismos de biomineralización
El término biomineral se refiere a los minerales producidos bajo condiciones
controladas en sistemas biológicos. Dichos biominerales poseen características de
tamaño, forma y cristalinidad que son distintas de sus equivalentes abióticamente
formados. Esta notable capacidad, está codificada en los genomas de los organismos
biomineralizantes, que son capaces de producir biomoléculas que inducen la
nucleación de minerales polimorfos específicos y que controlan su crecimiento.1
Un cristal, es un cuerpo sólido que posee una disposición de repetición regular de
moléculas consistentes, átomos o iones. La nucleación es el evento inicial durante la
precipitación de un cristal inorgánico a partir de los iones disueltos. El proceso se
produce a través de la agregación de iones en fase, desde soluciones individuales
para formar un grupo pequeño, conocido como núcleo.
La formación de un núcleo cristalino sigue las leyes de Ostwald-Lussac, quienes
propusieron que la vía para obtener un estado cristalino final requiere pasar por
estadios menos estables para incrementar su estabilidad. La estabilidad de un núcleo
depende de su tamaño, que a su vez, es dependiente del nivel de sobresaturación de
la solución; ya que núcleos más grandes que el radio crítico tienden a un
crecimiento más grande, mientras que aquellos por debajo del límite inferior del
radio crítico tienden a disolverse. La formación de un núcleo en una solución pura
se conoce como nucleación homogénea.
En contraste, los organismos facilitan la biomineralización, a través de nucleación
heterogénea, en núcleos preexistentes o semillas de cristales (el núcleo recién
formado tiene una composición similar pero diferente al resto). Esto ocurre debido a
la presencia de impurezas y otras moléculas orgánicas en solución, lo que reduce la
barrera de energía libre.4,5
Después de la formación de un núcleo, la tasa de crecimiento de un cristal en una
solución sobresaturada es dependiente de la velocidad de transporte o difusión de
iones de la red a la superficie del cristal.
Hay dos maneras para que se logre el crecimiento del cristal. El primer método
implica el crecimiento de un núcleo de 2 dimensiones en una superficie pre-
existente, que, aunque más favorable que la creación de un núcleo 3-dimesional, el
crecimiento es menor que el producido en soluciones altamente supersaturadas. Por
tanto, el crecimiento se logra aumentando el nivel de sobresaturación de los iones
primarios.
El segundo mecanismo de mineralización implica el uso de macromoléculas
biológicas, tales como proteínas o polisacáridos, como plantillas que imitan la red
cristalina de una cara cristalina particular, compensando así la entropía desfavorable
asociado con la transición de fase de solución sólida. Por lo general, el crecimiento
cristalino se da en arreglos de espiral que se crean en las dislocaciones de la red
cristalina (roturas en la red cristalina), conocidos como dislocaciones de tornillo o
montículos de crecimiento. Al crecer en forma de espiral, proporcionan una fuente
perpetua de láminas de crecimiento.4
Para que la precipitación de cristales se lleve a cabo, es necesario que la energía
libre de la solución inicial sea mayor que la suma de la energía libre, tanto de la fase
cristalina como de la solución final. Por tanto, las moléculas de agua juegan tienen
una función relevante, pues su interacción con iones, moléculas y partículas
coloidales son un factor importante en la entalpía y entropía del sistema. El efecto
sobre la entalpía depende de la fuerza de unión del agua con las moléculas del
soluto y la fuerza de los enlaces que forman el cristal. En el caso del efecto de la
entropía, tiene que ver con el comportamiento de las moléculas de soluto para
cambiar la energía libre durante la cristalización.4
La cristalización no es un proceso estático, ya que las moléculas constantemente
se unen y liberan de la estructura cristalina. La probabilidad de que las moléculas se
desprendan de la estructura cristalina depende de la fuerza de sus enlaces, los cuales
pueden ser influenciados por la temperatura. El balance entre las moléculas
adheridas y las libres determinan otro factor importante en la cinética de
crecimiento, la solubilidad. Un cristal altamente soluble, puede crecer más rápido
que cristales menos solubles, incluso en condiciones de supersaturación. Además, la
temperatura y el pH también son factores determinantes en el grado de solubilidad
de un cristal, debido a los posibles enlaces que puedan establecerse en la solvatación
de las moléculas.4
 
ESTRUCTURA INORGÁNICA DE LOS TEJIDOS
DENTALES Y DEL PERIODONTO
Composición de la hidroxiapatita
Las sales de fosfato de calcio con importancia biológica incluyen el fosfato de
calcio amorfo, así como también una variedad de formas cristalinas las cuales se
resumen en el (cuadro 2-1).
 
Cuadro 2-1. Compuestos minerales de sales de calcio
Fosfato de calcio Mineral Fórmula química Relación Ca/P
Fosfato dicálcico (DCPA) Monetita CaHPO4 1
Fosfato de calcio dihidratado (DCPD) Brushita CaHPO4•2H2O 1
Fosfato β-tricálcico (TCP) Whitlockita Ca3(PO4)2 1.5
Fosfato octacálcico (OCP) - Ca8H2(PO4)6 5H2O 1.33
Hidroxiapatita Apatita Ca10(OH)2(PO4)6 1.67
Fluorapatita - Ca10F2(PO4)6 1.67
 
 
La hidroxiapatita (HAP) ha sido uno de los biominerales más estudiados, ya que
es el principal componente inorgánico del hueso y órganos dentarios de humanos, y
de mamíferos, en general.
Este biocristal, pertenece al grupo de las apatitas y está constituido por átomos de
calcio, fósforo, oxígeno e hidrógeno (Ca10 (PO4)6 (OH)2).
Tiene una estructura cristalina hexagonal, cuya celda unitaria está caracterizada
por poseer un plano rico en iones calcio con carga positiva, y otro plano rico en
iones fosfatos e hidroxilos con carga negativa,ambos planos son altamente
específicos para la adsorción de diversas moléculas orgánicas que participan en la
regulación de la morfología del cristal.
Dependiendo del tejido mineralizado, los cristales de hidroxiapatita pueden
adoptar distintas orientaciones, las cuales le brindarán características anisotrópicas
como absorción, biocompatibilidad y solubilidad.
La hidroxiapatita pura, contiene 39.68 wt % de calcio (Ca) y 18 wt % de fósforo
(P), que dan lugar a la relación Ca/P de 1.67.
La hidroxiapatita en los tejidos mineralizados del humano no es un cristal
estequiométrico, ya que presenta cantidades traza de otros iones (CO32-, Na+, Mg2+,
Fe2+, F-, Zn2+). Uno de los iones que cobran mayor importancia es el flúor (F-), el
cual es un elemento esencial para el crecimiento dental y óseo. El ion F- tiene la
capacidad de estimular la proliferación y diferenciación de osteoblastos. El flúor
puede integrarse a la estructura de la hidroxiapatita sustituyendo al ion hidroxilo
(OH-), su presencia, incrementa la cristalinidad y el tamaño del cristal
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disminuyendo su solubilidad. De esta manera puede superar las propiedades
mecánicas de resistencia a la fractura y módulo elástico de la hidroxiapatita, dando
como resultado fluorapatita y fluorhidroxiapatita.
La hidroxiapatita es un cristal biocompatible que ha sido empleado en
aplicaciones médicas y dentales en forma de gránulos, discos y como revestimiento
en la regeneración de tejidos (figura 2-2).6,7,8,9,10
 
 
Figura 2-2. Disposición atómica en la celda unitaria hexagonal de la hidroxiapatita, en la cual se muestran las
posiciones atómicas de Ca, P, O y H.
 
ESTRUCTURA ORGÁNICA DEL ESMALTE DENTAL Y
LA DENTINA
Los organismos son capaces de modular la rigidez de los biominerales para
adaptarse a funciones particulares. Por ejemplo, la flexibilidad de huesos está
relacionada con la proporción de agua y material orgánico que abarcan alrededor de
masas iguales de agua/materia orgánica y mineral. Los tipos más comunes de
macromoléculas biológicas capaces de modular el crecimiento de cristales son
polisacáridos ácidos y proteínas de la matriz extracelular (MEC). Se ha propuesto
que las proteínas de la MEC altamente ácidas, controlan la precipitación y el
crecimiento de minerales en el esqueleto de los vertebrados.8-9
Las proteínas con residuos neutros o cargados positivamente, por lo general
presentan una baja afinidad a la superficie de los cristales de HAP. Mientras que las
proteínas salivales con residuos negativos en regiones específicas de la molécula
tienen una alta afinidad por la HAP y tienen la capacidad de adsorberse a la
superficie del esmalte dental.
Dentro de los sistemas biológicos, las moléculas orgánicas capaces de modificar la
cristalización inorgánica son una clase de proteínas polianiónicas. Éstas poseen
proporciones altas de ácido aspártico, ácido glutámico, serina y residuos
fosforilados.8,9
Se sabe que residuos poli-Glu permiten que las macromoléculas se adsorban de
forma inespecífica a las caras de los cristales, probablemente debido a las
características estructurales. En un pH fisiológico, el poli-Asp es desordenado,
mientras que el poli-Glu persiste como una hélice extendida. La fosforilación
postraduccional de ciertas proteínas también participa en la regulación de la
biomineralización ya que, aumenta las propiedades inhibitorias de varias proteínas.
La combinación de residuos ácidos y la fosforilación postraduccional en la
adsorción biomineral, indican que la carga negativa de estas proteínas es
imprescindible para que puedan llevar a cabo su función. La agrupación de estas
cargas negativas sugiere que la alta afinidad de las proteínas ricas en ácido aspártico
hacia minerales ricos en calcio, se deriva de su capacidad para interactuar
electrostáticamente con iones de calcio. La adsorción de estas moléculas acídicas de
la matriz extracelular en ciertas caras de un cristal, podrían bloquear la adición de
más iones a esa superficie influyendo en el tamaño y crecimiento cristalino.8,9
Diversos estudios se han enfocado en evaluar la estructura secundaria de proteínas
y su papel en la nucleación. De manera previa se demostró que la presencia de
estructuras β-laminar de poli-aspartato permiten un tipo de interacción entre las
cadenas laterales de los aminoácidos y componentes de los cristales debido a un
correcto espacio y distancia determinado por la estructura periódica plana.11 Y
recientemente se ha propuesto la hipótesis de flexibilidad poli-electrolítica sobre la
interacción de minerales y componentes orgánicos, basada en estudios de dinámica
molecular, donde las interacciones electrostáticas se dan gracias a la flexibilidad
estructural presente en proteínas o moléculas “desorganizadas”.12
 
Proteínas del esmalte dental
El esmalte dental es el material más duro encontrado en los mamíferos. Tiene una
alta organización y densidad mineral, y a su vez presenta un alto módulo elástico y
otras propiedades mecánicas que le permiten prevenir ciertas fracturas. La clave
para alcanzar tan precisa organización en su arquitectura, se da gracias al alto
control de las proteínas y sus interacciones en la formación del mineral.
En la formación del esmalte dental, los ameloblastos depositan la matriz del
esmalte sobre la predentina formada, este proceso dinámico ocurre en el espacio
extracelular entre el ameloblasto pre-secretor y la dentina mineralizada. Este tejido
crece continuamente con la secreción de matriz extracelular del esmalte, hasta que
el ameloblasto ha secretado todo el espesor de la matriz. En esta fase, los
ameloblastos producen y secretan la mayor cantidad de proteínas que determinarán
el grosor final del esmalte, aunque la matriz orgánica no se encuentra mineralizada
en su totalidad. Una vez terminada esta fase, las células incrementan la síntesis de
proteínas; mismas que participan en la degradación y resorción de la lámina basal
que las separa de la dentina. En esta fase de maduración, se produce la degradación
casi completa de proteínas y un rápido crecimiento cristalino, gracias a que los
ameloblastos regulan el transporte de iones (calcio, fosfato, carbonato) y el pH,
hasta alcanzar la mineralización completa del tejido.
La matriz extracelular del esmalte está compuesta por diferentes proteínas y
proteasas. Dentro de las proteínas secretadas por ameloblastos están la amelogenina,
enamelina, ameloblastina, tuftelina y las proteinasas (metaloproteinasa-20 o MMP-
20 y Kalikreina-4 o KLK4).13
A continuación se describen las tres proteínas principales presentes en el esmalte
dental; la amelogenina, la ameloblastina y la enamelina.
 
Amelogenina
Es la principal proteína estructural de la matriz orgánica del esmalte, ya que
constituye alrededor del 90% de su contenido proteico. El gen que la codifica se
localiza tanto en el cromosoma X como en el Y, está conformado por 7 exones,
siendo el exón 6 el más largo. El RNA mensajero de la amelogenina está sujeto a
una gran cantidad de procesos de splicing (proceso donde se eliminan los intrones
de los genes), dando como resultado distintas secuencias peptídicas. Esta proteína
regula la organización y crecimiento de los cristales y su presencia es crítica para
formación normal de esmalte.
La amelogenina da lugar a una isoforma (péptido rico en Leucinas) que cumple
con funciones de señalización celular, interactuando con células óseas promoviendo
su diferenciación. Presenta una región central concentrada de prolina, histidina y
glutamina, mientras que en el extremo amino-terminal hay una secuencia rica en
tirosinas.
En general, la amelogenina pertenece a un grupo de proteínas conocidas como
“intrínsecamente desordenadas”, ya que no presentan una estructura secundaria
determinada por la naturaleza de sus aminoácidos. La proteína amelogenina se
autoensambla en nanoesferas que se agregan de manera dependiente de la
temperatura, del pH y de su interacción con otras proteínas. Por lo que se considera
una proteína que promueve