研究 (Research)
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口腔バイオフィルムの栄養的な連係を強化するFusobacterium nucleatumの代謝特性と歯周病への影響 (Metabolic traits of Fusobacterium nucleatum enhancing nutritional synergy in oral biofilms and their impact on periodontal disease)
講師 坂中 哲人、教授 久保庭 雅恵 (歯学研究科 予防歯科学講座) SAKANAKA Akito, KUBONIWA Masae (Graduate School of Dentistry)
研究の概要
バイオフィルムは多種多様な微生物の共生体であり、人体の中でも口腔との親和性が高く、歯周病の直接的な原因となる。近年、口腔バイオフィルムの「多即一」という二面性、即ち多の振る舞いが一つの機能として統合されるダイナミズムが病因の一つとして注目されている。Fusobacterium nucleatum は豊富な接着因子を介して多くの口腔細菌と結合する特性が知られているが、本研究では同菌が代謝物の交換を通じた異種細菌間の栄養的な相互作用を介して歯周病の発症と増悪に影響する可能性を示した。
研究の背景と結果
我々は過去に、初期定着菌Streptococcus gordonii がアルギニン・オルニチンアンチポーター（ArcD）を利用してオルニチンを排出し、それが cross-feeding 機構によりF. nucleatum のバイオフィルムとしての成長をサポートすることを示した。今回まず、S. gordonii との共培養時のF. nucleatum のメタボローム解析および遺伝子発現解析を行 っ た と こ ろ、F. nucleatum は オ ル ニ チ ン デ カ ル ボ キ シ ラー ゼ（FN0501）という酵素の発現を高め、S. gordonii から供与されたオルニチンをプトレシンへと代謝することがわかった。実際に、S. gordonii の ArcD 欠損株との共培養時にはF. nucleatum のプトレシン産生能は著しく低下することから、この反応はS. gordonii のアルギニン代謝とF. nucleatum のオルニチン代謝が掛け合わさることで生じるシナジー代謝であることを示した。プトレシンを含むポリアミンは、多くの細菌に対して様々な生理反応を引き起こすことが知られている。そこで代表的な歯周病菌であるPorphyromonas gingivalis に対するポリアミンの効果を評価したところ、プトレシンはP. gingivalis のバイオフィルム化を促進するだけでなく、そこからの離脱も促進することで、バイオフィルムとしての生活環を加速させることが示唆された。実際に3菌種を用いた混合バイオフィルム実験の結果、S. gordonii とF. nucleatum によるプトレシンが生じない条件（∆arcD 変異体）では、P. gingivalis のバイオフィルム化とそこからの離脱は有意に抑制された（図1）。さらに102名の歯垢サンプルを用いた解析の結果、歯周病重篤度の高い被験者においてS. gordonii とF. nucleatum のプトレシン産生遺伝子モジュールとP. gingivalis 遺伝子は高い共起関係にあることが確認された（図2）。このことからF. nucleatum を中心とした栄養ネットワークが歯周病発症に関与する可能性が示された（図3）。
研究の意義と将来展望
歯周病が全身に及ぼす影響は口腸連関を中心に論じられるようになり、なかでもF. nucleatum は大腸がんとの関連が指摘され、その多面性に注目が集まっている。この多面性の根底にF. nucleatum の代謝特性が大きく関わっていることは十分考えられ、その特性の解明が待たれる。また歯周病はいったん増悪すると制圧が困難になり、もはや以前の状態に回復させることはできなくなることから、治療よりも予防に重点を置いて考えることが肝要であり、口腔バイオフィルムの栄養的な相互作用が病原性に及ぼす影響を深く理解し、それを基盤とした科学的管理手法の確立が求められる。
担当研究者
講師 坂中 哲人、教授 久保庭 雅恵 (歯学研究科 予防歯科学講座)
キーワード
歯周病／口腔バイオフィルム／メタボライト
応用分野
医療・ヘルスケア
参考URL
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20220901_4
https://researchmap.jp/sknk1022
https://researchmap.jp/MasaeKuboniwa_URL