インプラント周囲炎の発症の起因となる細菌叢活動プロファイルの解明

• 研究課題/領域番号: 20K18567
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分57040:口腔再生医学および歯科医用工学関連
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 渡辺 孝康 日本大学, 歯学部, 講師 (70725514)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: インプラント周囲炎 / 細菌叢 / メタトランスクリプトーム / 機械学習 / ディープラーニング

研究開始時の研究の概要

インプラント治療の普及に伴い増加しているインプラント周囲炎の発症・進行をコントロールするには、細菌叢全体に目を向けて、集団としての活動態様を解明することが喫緊の課題であるが、本研究では、実際に転写されている遺伝子の種類や転写活動性を発揮している細菌の種類を知ることができ、特定の細菌種に絞って抗菌薬投与などで対処してきた従来の炎症治療法に代わる「対細菌叢」医療実現の基盤となる成果が期待される。

研究成果の概要

歯科インプラントを埋入した後のインプラント周囲に形成される細菌叢では、特定の細菌遺伝子の転写発現割合が明瞭に高かったが、その時系列的変化は顕著ではなかった。また、遺伝子発現を主として担う細菌は、検出割合や時系列的変化のパターンが検体により一様ではなかった。このことから、インプラント周囲細菌叢では、細菌の遺伝子発現組成が週単位で時系列的に変化していく一方で、遺伝子発現を担う細菌の種類の時系列的な変化は患者ごとに多様であることが推察された。また、機械学習の適用によって、口腔内の疾患局所の細菌叢検体を属性によって識別し得る応用可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

インプラント周囲に生じる複合感染症であるインプラント周囲炎については、インプラント体を埋入した時点で炎症が生じていなくても、細菌叢において何らかの病的な変化を経ることによって炎症の発症につながることが示唆される。本研究で明らかにした、インプラント周囲細菌叢における細菌の遺伝子転写発現やそれを主体的に担う細菌の種類の時系列的な変化は、細菌叢が将来的に病的変化するとすればそのもととなる状態と位置づけることができ、インプラント周囲炎の発症・進行をコントロールする上での基礎的情報となり得る。

研究成果

• [雑誌論文] Patient‐specific establishment of bacterial composition within the peri‐implant microbiota during the earliest weeks after implant uncovering (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimogishi Masahiro、Watanabe Takayasu、Shibasaki Masaki、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Nemoto Takashi、Ishihara Kazuyuki、Nakano Yoshio、Iwata Takanori、Kasugai Shohei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Journal of Periodontal Research 巻: 56 号: 5 ページ: 964-971
  • DOI: 10.1111/jre.12898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrimination of Bacterial Community Structures among Healthy, Gingivitis, and Periodontitis Statuses through Integrated Metatranscriptomic and Network Analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Nemoto Takashi、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Watanabe Takayasu、Shimogishi Masahiro、Shibasaki Masaki、Koyanagi Tatsuro、Nagai Takahiko、Katagiri Sayaka、Takeuchi Yasuo、Iwata Takanori
  • 雑誌名: mSystems 巻: 6 号: 6
  • DOI: 10.1128/msystems.00886-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discriminating Microbial Community Structure Between Peri-Implantitis and Periodontitis With Integrated Metagenomic, Metatranscriptomic, and Network Analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Keiji、Shiba Takahiko、Takeuchi Yasuo、Watanabe Takayasu、Koyanagi Tatsuro、Nemoto Takashi、Shimogishi Masahiro、Shibasaki Masaki、Katagiri Sayaka、Kasugai Shohei、Iwata Takanori
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 10 ページ: 596490-596490
  • DOI: 10.3389/fcimb.2020.596490
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] インプラント周囲細菌叢を規定するリスク因子の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 下岸将博、渡辺孝康、柴崎真樹、丸川恵理子
  • 学会等名: 第26回日本顎顔面インプラント学会総会・学術大会
• [学会発表] 古代人の歯石DNAを用いた江戸時代と現代の網羅的口腔内細菌叢解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 須藤毅顕、芝多佳彦、駒津匡二、澤藤りかい、佐宗亜衣子、植田信太郎、渡辺孝康、根本昂、加納千博、長井貴彦、大杉勇人、片桐さやか、竹内康雄、小林宏明、岩田隆紀
  • 学会等名: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [学会発表] メタゲノム16S解析法を用いた難治性根尖性歯周炎症例における摘出検体の細菌叢解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐竹和久、下岸将博、渡辺孝康、渡辺聡、興地隆史
  • 学会等名: 第156回日本歯科保存学会学術大会（春季）
• [学会発表] 深層学習による歯周炎・インプラント周囲炎の識別方法の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺孝康，芝多佳彦，中野善夫
  • 学会等名: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] インプラント周囲粘膜における遊離歯肉移植術が及ぼす細菌叢の変化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柴崎真樹，下岸将博，渡辺孝康，丸川恵理子
  • 学会等名: 第25回日本顎顔面インプラント学会総会・学術大会
• [学会発表] メタトランスクリプトーム解析を用いた歯周疾患ステージにおける細菌種間のネットワーク構造と機能組成の比較 (2020)
  • 著者名/発表者名: 根本昂，芝多佳彦，渡辺孝康，小柳達郎，駒津匡二，片桐さやか，竹内康雄，岩田隆紀
  • 学会等名: 第152回日本歯科保存学会学術大会（春季）
• [学会発表] Non-surgical treatment and microbiome of periodontitis and peri-implantitis: seven-year follow-up (2020)
  • 著者名/発表者名: Komatsu K, Shiba T, Watanabe T, Nemoto T, Koyanagi T, Takeuchi Y, Iwata T
  • 学会等名: 106th Annual Meeting of the American Academy of Periodontology in collaboration with the Japanese Society of Periodontology, and the Japanese Academy of Clinical Periodontology
  • 国際学会
• [学会発表] Omics analysis defines differences in microbial community structure between peri-implantitis and periodontitis (2020)
  • 著者名/発表者名: Komatsu K, Takeuchi Y, Shiba T, Watanabe T, Shimogishi M, Shibasaki M, Nemoto T, Koyanagi T, Katagiri S, Iwata T
  • 学会等名: 68th Annual Meeting of Japanese Association for Dental Research
  • 国際学会
• [図書] The Oral Microbiome (2021)
  • 著者名/発表者名: Gopinath D, Menon RK, Hussein H, Tansirichaiya S, Reynolds LJ, Roberts AP, Kabwe M, Brown T, Ku H, Dashper S, Tucci J, Adami GR, Ang MJ, Kim EM, Marotz C, Zuniga C, Zaramela L, Knight R, Zengler K, Moore NE, Weyrich LS, Speicher DJ, Nasir JA, Zhou P, Anderson DE, Goh CE, Bohn B, Demmer RT, Watanabe T et al.
  • 総ページ数: 295
  • 出版者: Springer
• [図書] Polymicrobial Peri-Implant Infection (in Ogata Y [Ed.] "Risk Factors for Peri-implant Diseases") (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiba T, Watanabe T
  • 総ページ数: 120
  • 出版者: Springer