健全な口腔マイクロバイオームとは何か？ 代謝的復元力に基づく口腔健康指標の提案

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04420
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 信博 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60183852)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 拓一 新潟大学, 医歯学系, 教授 (10303132) ; 泉福 英信 国立感染症研究所, 細菌第一部, 室長 (20250186) ; 鷲尾 純平 東北大学, 歯学研究科, 講師 (20400260) ; 坂本 光央 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (50321766)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 口腔マイクロバイオーム / 代謝活性 / メタボローム解析 / 硝酸塩／亜硝酸塩 / エタノール／アセトアルデヒド / Scardovia属 / Neisseria属 / Veillonella属

Outline of Annual Research Achievements

本年度はコロナ禍の影響を受けて研究試薬等の納品が大幅に遅れ、研究計画の繰り越しのもと、最終年度の研究を行った。
当初予測していた糖代謝による酸産生に対抗するタンパク質・アミノ酸代謝によるアルカリ産生を、主な代謝的復元力と想定していたが、本研究の結果、糖代謝vsタンパク質・アミノ酸代謝による環境pH調整といったシンプルな代謝的復元力だけではなく、口腔マイクロバイオームの多彩な代謝による代謝産物が口腔マイクロバイオームの代謝活性をフードバック的に制御していることが明らかになった。一例として口腔Veillonellaをあげる。口腔Veillonella属は乳酸をエネルギー源と炭素源として利用し増殖するが、乳酸の代謝分解に伴って産生する還元力によって硝酸塩を亜硝酸塩に還元することが明らかになった。さらに、亜硝酸塩は抗菌効果（糖代謝抑制、増殖抑制）があり、とくにミュータンスレンサ球菌に代表される齲蝕関連レンサ球菌の感受性が高いことが私どもの研究結果で明らかになった。すなわち、ミュータンスレンサ球菌に代表される齲蝕関連細菌が産生した乳酸を分解して酸性化を抑制するだけではなく、食物のみならず唾液に常時含まれる硝酸塩を乳酸分解時に亜硝酸塩に還元することで、ミュータンスレンサ球菌等の齲蝕関連細菌の糖代謝および増殖を抑制しているものと考えられる。加えて、亜硝酸塩は腸管から吸収され降圧効果を示すことが知られており、全身の健康増進にも貢献するものと思われる。
これらの知見は「代謝的復元力」という2方向的な概念を越えた「多角的代謝相互作用」であり、口腔マイクロバイオーム全体の代謝機能の理解を深化させ「生態学的プラーク説」を進化されるものと思われる。さらに、口腔マイクロバイオームの多彩な代謝産物は全身の健康と関わっており、口腔マイクロバイオームと全身の健康との関係の解明への貢献が期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 四川大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 四川大学
• [Int'l Joint Research] Airlangga University(インドネシア)
  • Country Name: INDONESIA
  • Counterpart Institution: Airlangga University
• [Journal Article] Profiling of Microbiota at the Mouth of Bottles and in Remaining Tea after Drinking Directly from Plastic Bottles of Tea (2021)
  • Author(s): Wakui Anna、Sano Hiroto、Hirabuki Yuka、Kawachi Miho、Aida Ayaka、Washio Jumpei、Abiko Yuki、Mayanagi Gen、Yamaki Keiko、Tanaka Kaori、Takahashi Nobuhiro、Sato Takuichi
  • Journal Title: Dentistry Journal Volume: 9 Pages: 58～58
  • DOI: 10.3390/dj9060058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Green Tea-Derived Epigallocatechin Gallate Inhibits Acid Production and Promotes the Aggregation of Streptococcus mutans and Non-Mutans Streptococci (2021)
  • Author(s): Han Sili、Abiko Yuki、Washio Jumpei、Luo Yufang、Zhang Linglin、Takahashi Nobuhiro
  • Journal Title: Caries Research Volume: 55 Pages: 205～214
  • DOI: 10.1159/000515814
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bacterial concentration and composition in liquid baby formula and a baby drink consumed with an artificial nipple (2021)
  • Author(s): Wakui Anna、Sano Hiroto、Kawachi Miho、Aida Ayaka、Takenaka Yuta、Yonezawa Akane、Nakahata Nana、Moriyama Sachie、Nishikata Mayumi、Washio Jumpei、Abiko Yuki、Mayanagi Gen、Yamaki Keiko、Sakashita Reiko、Tanaka Kaori、Takahashi Nobuhiro、Sato Takuichi
  • Journal Title: Journal of Oral Biosciences Volume: 63 Pages: 161～168
  • DOI: 10.1016/j.job.2021.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bifacial biological effects of ethanol: acetaldehyde production by oral Streptococcus species and the antibacterial effects of ethanol against these bacteria (2021)
  • Author(s): Tagaino Ryo、Washio Jumpei、Otani Haruki、Sasaki Keiichi、Takahashi Nobuhiro
  • Journal Title: Journal of Oral Microbiology Volume: 13 Pages: 9;13(1):1937884
  • DOI: 10.1080/20002297.2021.1937884
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effectiveness and safety of a new dental plaque removal device utilizing micro mist spray for removing oral biofilm in vitro (2021)
  • Author(s): Hihara Hiroki、Tagaino Ryo、Washio Jumpei、Laosuwan Kittipong、Wicaksono Dimas Prasetianto、Izumita Kuniyuki、Koide Rie、Takahashi Nobuhiro、Sasaki Keiichi
  • Journal Title: BMC Oral Health Volume: 21 Pages: 4;21(1):286
  • DOI: 10.1186/s12903-021-01647-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nitrite-producing oral microbiome in adults and children (2020)
  • Author(s): Sato-Suzuki Yuria、Washio Jumpei、Wicaksono Dimas Prasetianto、Sato Takuichi、Fukumoto Satoshi、Takahashi Nobuhiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 6;10(1):16652
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73479-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electrochemical evaluation of the hydrogen peroxide- and fluoride-induced corrosive property and its recovery on the titanium surface (2020)
  • Author(s): Furiya-Sato Satoko、Fukushima Azusa、Mayanagi Gen、Sasaki Keiichi、Takahashi Nobuhiro
  • Journal Title: Journal of Prosthodontic Research Volume: 64 Pages: 307～312
  • DOI: 10.1016/j.jpor.2019.09.002
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 口腔と全身の健康に関わる口腔バイオフィルムの代謝機能 (2021)
  • Author(s): 髙橋信博, 鷲尾純平
  • Organizer: 第94回日本細菌学会
  • Invited
• [Presentation] Oral microbiome metabolism in oral and systemic health/disease (2021)
  • Author(s): Nobuhiro Takahashi
  • Organizer: Kaohsiung Medical University (KMU) Research Day
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Oxygen dependent anti-cancer effect of metformin: growth and glucose metabolism (2021)
  • Author(s): Shan Liu, Jumpei Washio, Nobuhiro Takahashi
  • Organizer: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Porphyromonas gingivalis inhibit the glucose metabolic activity of host cells (2021)
  • Author(s): Haruki Otani, Jumpei Washio, Satoru Yamada and Nobuhiro Takahashi
  • Organizer: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The antimicrobial properties of green tea derived-catechins on Streptococcus mutans (2021)
  • Author(s): Han S, Washio J, Abiko Y, Zhang L, Takahashi N
  • Organizer: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 根面う蝕モデル 酸による根面内在性タンパク分解酵素の活性化(Root caries model: Acid-induced activation of endogenous proteases embedded in root surfaces) (2021)
  • Author(s): 櫻井 泉, 真柳 弦, 山田 聡, 高橋 信博
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会
• [Presentation] 口腔Neisseria属による亜硝酸産生活性と環境因子による影響(The Nitrite producing activity of oral Neisseria and the effect of environmental factors) (2021)
  • Author(s): 鷲尾 純平, 江副 和子, 佐藤 聡子, 安彦 友希, 小峰 英也, 柴田 怜, 田花 航平, 毛 雪竹, 高橋 信博
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会
• [Presentation] 小児齲蝕の発症機序と生物学的要因 (2021)
  • Author(s): 高橋信博
  • Organizer: 第70回日本口腔衛生学会
  • Invited
• [Presentation] Oral Microbiome in Health and Diseases (2021)
  • Author(s): Nobuhiro Takahashi
  • Organizer: Zhejiang University International Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 口腔内ビフィズス菌の糖代謝 ーう蝕との関連ー (2021)
  • Author(s): 安彦 友希, 馬目 歩実, 亀田 真衣, 鷲尾 純平, 髙橋 信博
  • Organizer: 令和3年度第3回・『革新的食学拠点』ミーティング
  • Invited
• [Presentation] 『食学拠点の形成』の概要 (2020)
  • Author(s): 高橋信博
  • Organizer: 『食学拠点の形成』キックオフシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 「口腔マイクロバイオームの細菌叢・代謝解析を基盤とした「食からのヘルスプロモーション」」 (2020)
  • Author(s): 鷲尾純平, 互野亮, 真柳弦, 安彦友希, 江副和子, Dimas Prasetianto Wicaksono, 韓思理, 大竹知菜, 柳田保子, 髙橋信博
  • Organizer: 『食学拠点の形成』キックオフシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Periodontitis-associated bacterial culture supernatants inhibit the glucose metabolic activity of host cells (2020)
  • Author(s): Otani H, Washio J, Yamada S and Takahashi N
  • Organizer: International Joint Symposium 2020 ( The 15th International Workshop on Biomaterials in Interface Science / The 11th Symposium on Innovative Dental-Engineering Alliance (IDEA))
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Involvement of oral bacterial metabolism in oral health and diseases- Importance of analyzing bacterial metabolic activity (2020)
  • Author(s): Washio J, Takahashi N
  • Organizer: The 2nd International Cooperation Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Metabolism of Oral Microbiome: From Its Fundamentals to the Latest Metabolome Analysis (2020)
  • Author(s): Takahashi N
  • Organizer: Airlangga University STOVIT
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Profiling of Microbiota of Baby-Drinks after Drinking with Artificial Nipples (2020)
  • Author(s): Wakui A, Sano H, Kawachi M, Masuda N, Maruyama S, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Yamaki K, Takahashi N, Okada Y, Sato T
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] The antimicrobial properties of green tea-derived epigallocatechin gallate on Streptococcus mutans (2020)
  • Author(s): Han S, Abiko Y, Washio J, Luo Y, Zhang L, Takahashi N
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Effect of nitrate (NO3-) and nitrite (NO2-) on the growth and NO2- producing activity of oral Veillonella species (2020)
  • Author(s): Wicaksono D. P., Washio J, Takahashi N
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 口腔内環境モニタリングに向けた全固体イオン選択電極センサアレイの開発と多変量解析アルゴリズムの検討 (2020)
  • Author(s): 大久保信吾, 石原昇, 山田哲也, 栁田保子, 真柳弦, 鷲尾純平, 高橋信博
  • Organizer: 日本化学会第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] Metformin inhibits oral cancer cell growth by altering glucose metabolism (2020)
  • Author(s): Liu S., Washio J., Takahashi N
  • Organizer: The 68th Annual meeting of Japanese Association for Dental Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 飲みかけのペットボトル飲料物（お茶、スポーツ飲料、コーラ、オレンジジュース）および飲み口から検出された細菌の量・構成の解析（第 3 報） (2020)
  • Author(s): 河内美帆，丸山伸吾，枡田菜々子，涌井杏奈，佐野拓人，鷲尾純平，安彦友希，石黒和子，真柳 弦，高橋信博，佐藤拓一
  • Organizer: 第10回口腔保健用機能性食品研究会
• [Presentation] 口腔内細菌叢解析システム PCR-RFLP法によるプロファイリング (2020)
  • Author(s): 河内 美帆, 丸山 伸吾, 枡田 菜々子, 佐野 拓人, 涌井 杏奈, 八巻 惠子, 鷲尾 純平, 高橋 信博,佐藤 拓一
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 飲酒を想定した中から高濃度エタノール環境下におけるStreptococcus属によるアセトアルデヒド産生 (2020)
  • Author(s): 互野 亮, 鷲尾 純平, 佐々木 啓一, 高橋 信博
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Effect of Nitrate (NO3-) and Nitrite (NO2-) on the Growth and NO2- Producing Activity of Oral Veillonella Species (2020)
  • Author(s): Wicaksono DP, Washio J, Takahashi N
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] The Antimicrobial Properties of Green Tea-Derived Epigallocatechin Gallate on Streptococcus mutans (2020)
  • Author(s): Han S, Abiko Y, Washio J, Luo Y, Zhang L, Takahashi N
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Profiling of Microbiota of Baby-Drinks after Drinking with Artificial Niples (2020)
  • Author(s): Wakui A, Sano H, Kawachi M, Masuda N, Maruyama S, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G,Yamaki K, Takahashi N, Okada Y, Sato T
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会