口腔マイクロバイオームの新機能：「副代謝系」の解明による口腔と全身の健康増進戦略

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H03151
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 信博 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60183852)
• 研究分担者: 佐藤 拓一 新潟大学, 医歯学系, 教授 (10303132) ; 鷲尾 純平 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (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)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 口腔マイクロバイオーム / 副代謝系 / 硝酸塩代謝 / アルコール代謝 / ポリアミン代謝

研究実績の概要

近年、口腔マイクロバイオームと全身の健康との関連について多くの知見が集まりつつある。その関連をもたらす因子の一つとして、口腔マイクロバイオームが持つ、主要代謝系とは異なった「副代謝系」の代謝産物が推測されている。そこで本研究では、口腔マイクロバイオームに特異的で、口腔のみならず、「高血圧、がん、老化」等の全身の健康状態に関わる「アルコール代謝、硝酸塩代謝、ポリアミン代謝」といった副代謝系を明らかにし、さらに口腔マイクロバイオームにおける副代謝系を持つ細菌の割合や活性の程度と口腔・全身の健康状態との関連を探り、口腔マイクロバイオーム副代謝系の活用による口腔・全身の健康増進を目指すこととした。
初年度（2021年度）は、「高血圧、がん」にそれぞれ関連する「アルコール代謝、硝酸塩代謝」に着目し、口腔マイクロバイオームとしてヒト・プラークを用いてアルコール代謝として「エタノールからのアセトアルデヒド産生」、硝酸塩代謝として「硝酸塩からの亜硝酸産生」を指標として、当該活性を持つ細菌を分離同定した。その結果、前者ではVeillonella、Actinomyces、Neisseria、Streptococcusなどが、後者ではStreptococcus、Neisseriaなどが主体であることが明らかになった。細菌株毎に活性の有無が異なることから、必ずしもそれぞれの代謝活性を持つ細菌を細菌種レベルで分類できるわけではないことも分かった。さらに、それぞれの代謝経路の推定を行ったところ、アルコール代謝ではアルコール脱水素酵素が、硝酸塩代謝では硝酸還元酵素が責任酵素であることが分かった。但し、酸素濃度やpHに対する感受性はそれぞれ異なっていることも明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新型コロナウイルス感染症によって、当初、研究協力者の事情により、研究の進捗が遅れたが、最終的には、おおむね当初予定していた研究計画通りの進捗となったため。

今後の研究の推進方策

副代謝系を持つ細菌種の分離・同定を進め、代謝責任酵素の同定とともに、酸素濃度やpHによる代謝制御の解明を行う。アルコール代謝（エタノールからのアセトアルデヒド産生）の抑制はがんの発症予防に、硝酸塩代謝（硝酸塩からの亜硝酸塩産生）は高血圧の予防に関係することから、前者に対しては代謝抑制を、後者に対しては代謝促進を行う代謝制御因子を探る。特に、硝酸塩代謝は、コロナ禍における健康志向と相まって、世界的にホットな話題となりつつあり、優先して進める必要性がでてきた。そこで、ポリアミン代謝については可能な範囲で検討を進めることとする。

研究成果

• [国際共同研究] FISABIO Foundation(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: FISABIO Foundation
• [国際共同研究] 四川大学華西口腔医学院(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 四川大学華西口腔医学院
• [雑誌論文] Investigation of drug resistance of caries-related streptococci to antimicrobial peptide GH12 (2022)
  • 著者名/発表者名: Li X, Wang Y, Jiang X, Zeng Y, Zhao X, Washio J, Takahashi N, Zhang L
  • 雑誌名: Front Cell Infect Microbiol. 巻: 12 ページ: 991938
  • DOI: 10.3389/fcimb.2022.991938
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbiota profiles on the surface of non-woven fabric masks after wearing (2022)
  • 著者名/発表者名: Maruyama S, Sano H, Wakui A, Kawachi M, Kaku N, Takahashi N, Miyazawa M, Abe T, Sato A, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Tanaka K, Takahashi N, Sato T
  • 雑誌名: J Oral Biosci. 巻: 64(3) ページ: 376-379
  • DOI: 10.1016/j.job.2022.07.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantification of Porphyromonas gingivalis Bacteria in Final Trimester of Pregnant Women According to Their Oral Health Status (2022)
  • 著者名/発表者名: Roestamadji Retno I, Tedjosasongko Udijanto, Indrastie Nuraini, Diyatri Indeswati, Surboyo Meircurius DC, Sudarmo Subijanto M, Santoso Budi, Takahashi N
  • 雑誌名: Eur Journal of Gen Dent. 巻: 11(3) ページ: 201-206
  • DOI: 10.1055/s-0042-1759755
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A detection and analysis of Fusobacterium utilizing changes in the magnetic properties of magnetic nanoparticles-antibody-antigen aggregates (2022)
  • 著者名/発表者名: Yabukami S, Murayama T, Takahashi S, Ohno S, Washio J, Takahashi N
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 58(8) ページ: 5300306
  • DOI: 10.1109/TMAG.2022.3161508
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Facile Fabrication of All-solid-state Ion-selective Electrodes by Laminating and Drop-casting for Multi-sensing (2022)
  • 著者名/発表者名: Okubo S, Ozeki Y, Yamada T, Saito K, Ishihara N, Yanagida Y, Mayanagi G, Washio J, Takahashi N
  • 雑誌名: Electrochem. 巻: 90(72022) ページ: 77001
  • DOI: 10.5796/ELECTROCHEMISTRY.22-00020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oral Microbiome Profiles and Inflammation in Pregnant Women Who Used Orthodontic Appliances (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurniawan FKD, Roestamadji RI, Takahashi N, Tedjosasongko U, Narmada IB, Surboyo MDC, Diyatri I
  • 雑誌名: Dent J (Basel). 巻: 10(7) ページ: 118
  • DOI: 10.3390/dj10070118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Importance of Nitrate Reduction for Oral Health (2022)
  • 著者名/発表者名: Rosier BT, Takahashi N, Zaura E, Krom BP, Mart?nez-Espinosa RM, van Breda SGJ, Marsh PD, Mira A
  • 雑誌名: J Dent Res. 巻: 101(8) ページ: 887-897
  • DOI: 10.1177/00220345221080982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effectiveness of an actuator-driven pulsed water jet for removal of softened carious dentin (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama-Sato Y, Nishioka T, Naganuma Y, Takahashi M, Nakagawa A, Yoda N, Sasaki K, Takahashi N, Tominaga T, Iikubo M
  • 雑誌名: Dent Mater J. 巻: 42 ページ: 527-533
  • DOI: 10.4012/dmj.2021-234
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of alcohol sensitivity on bone metastases and skeletal-related events in primary operable breast cancer: A retrospective cohort study (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanda N, Tada H, Washio J, Takahashi N, Ishida T, Koseki T
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 17(6) ページ: e0269335
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0269335
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rewired Cellular Metabolic Profiles in Response to Metformin under Different Oxygen and Nutrient Conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu S, Washio J, Sato S, Abiko Y, Shinohara Y, Kobayashi Y, Otani H, Sasaki S, Wang X, Takahashi N
  • 雑誌名: Int J Mol Sci. 巻: 23(2) ページ: 989
  • DOI: 10.3390/ijms23020989
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hypoxically cultured cells of oral squamous cell carcinoma increased their glucose metabolic activity under normoxic conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Y, Washio J, Kobayashi Y, Abiko Y, Sasaki K, Takahashi N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 16(10) ページ: e0254966
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0254966
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A water-soluble glass-based temporary restorative resin inhibited bacteria-induced pH reductions at the bacteria-material interface (2021)
  • 著者名/発表者名: Mayanagi G, Yufang L, Hoshino T, Takahashi N
  • 雑誌名: Dent Mater J. 巻: 41(1) ページ: 95-100
  • DOI: 10.4012/dmj.2021-129
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bifacial biological effects of ethanol: acetaldehyde production by oral Streptococcus species and the antibacterial effects of ethanol against these bacteria (2021)
  • 著者名/発表者名: Tagaino R, Washio J, Otani H, Sasaki K, Takahashi N
  • 雑誌名: J Oral Microbiol 巻: 13(1) ページ: 1937884
  • DOI: 10.1080/20002297.2021.1937884
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effectiveness and safety of a new dental plaque removal device utilizing micro mist spray for removing oral biofilm in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: Hihara H, Tagaino R, Washio J, Laosuwan K, Wicaksono DP, Izumita K, Koide R, Takahashi N, Sasaki K
  • 雑誌名: BMC Oral Health. 巻: 21(1) ページ: 286
  • DOI: 10.1186/s12903-021-01647-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Profiling system of oral microbiota utilizing polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Sano H, Wakui A, Kawachi M, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Yamaki K, Tanaka K, Takahashi N, Sato T
  • 雑誌名: J Oral Biosci. 巻: 63(3) ページ: 292-297
  • DOI: 10.1016/j.job.2021.05.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Profiling of microbiota at the mouth of bottles and in remaining tea after drinking directly from plastic bottles of tea (2021)
  • 著者名/発表者名: Wakui A, Sano H, Hirabuki Y, Kawachi M, Aida A, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Yamaki K, Tanaka K, Takahashi N, Sato T
  • 雑誌名: Dent J (Basel) 巻: 9(6) ページ: 58
  • DOI: 10.3390/dj9060058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green tea-derived epigallocatechin gallate inhibits acid production and promotes the aggregation of Streptococcus mutans and non-mutans streptococci (2021)
  • 著者名/発表者名: Han S, Abiko Y, Washio J, Luo Y, Zheng L and Takahashi N
  • 雑誌名: Caries Res. 巻: 55(3) ページ: 205-214
  • DOI: 10.1159/000515814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bacterial concentration and composition in liquid baby formula and a baby drink consumed with an artificial nipple (2021)
  • 著者名/発表者名: Wakui A, Sano H, Kawachi M, Aida A, Takenaka Y, Yonezawa A, Nakahata N, Moriyama S, Nishikata M, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Yamaki K, Sakashita R, Tanaka K, Takahashi N, Sato T
  • 雑誌名: J Oral Biosci. 巻: 63(2) ページ: 161-168
  • DOI: 10.1016/j.job.2021.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of the COVID-19 pandemic on dental clinical training and future prospects (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishioka T, Mayanagi G, Iwamatsu-Kobayashi Y, Hong G
  • 雑誌名: J Dent Educ. 巻: 10 ページ: 1～2
  • DOI: 10.1002/jdd.12562
  • 査読あり
• [学会発表] New Challenges for Tohoku University Graduate School of Dentistry. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: The Creation of Shoku-gaku (Transdisciplinary Science of Eating, Food, and Nutrition for Health and Wellbeing)
  • 国際学会
• [学会発表] Scardovia wiggsiae の増殖促進因子の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 亀田 真衣，安彦 友希，鷲尾 純平，佐藤 聡子，高橋 信博
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] How oral bacteria contribute to the onset of periodontitis?―Bacterial effects on the glucose metabolic activity of host cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Otani H，Washio J，Liu S，Sasaki S，Yamada S，Takahashi N
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Effectiveness and safety of the Micro Scale Mist spray for removing oral biofilm in vitro (2022)
  • 著者名/発表者名: Hihara H, Tagaino R, Washio J, Izumita K, Koide R, Takahashi N, Sasaki K
  • 学会等名: Interface Summer Seminar 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Rewired cellular metabolic profiles in response to metformin under different oxygen and nutrient conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu S, Washio J, Sato S, Abiko Y, Shinohara Y, Kobayashi Y, Otani H, Sasaki S, Wang X, Takahashi N
  • 学会等名: Interface Summer Seminar 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Oral Environmental Factors Regulated Nitrate/Nitrite Metabolism of Oral Neisseria (2022)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Washio, Kazuko Ezoe and Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: 2022 International Association of Dental Research General Session ＆Exhibition Virtual Experience
  • 国際学会
• [学会発表] 飲みかけのペットボトル飲料物から検出される細菌の量・構成（第 4 報）、緑茶についての解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮沢美里，河内美帆，涌井杏奈，臼田紫乃，今井真奈美，坂井ふたば，佐藤遥菜，加藤優希，佐藤 彩，高橋七瀬，賀来ながら，樋口真由，鷲尾純平，安彦友希，眞柳 弦，高橋信博，佐藤拓一
  • 学会等名: 第11回口腔保健用機能性食品研究会
  • 招待講演
• [学会発表] The antimicrobial properties of green tea derived-catechins and their combined effect with fluoride on Streptococcus mutans (2022)
  • 著者名/発表者名: Han S, Washio J, Abiko Y, Zhang L, Takahashi N
  • 学会等名: 第11回口腔保健用機能性食品研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Metabolic functions of the oral microbiome: How does the oral microbiome function and contribute to our health? (2022)
  • 著者名/発表者名: Washio J, Mayanagi G, Abiko Y, Tagaino R, Dimas Prasetianto Wicaksono, Domon H, Ezoe K, Sato S, Takahashi N
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] Shoku-gaku: Transdisciplinary Science of Eating, Food, and Nutrition? Promoting lifelong health and wellbeing through right eating and right food ? (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi N
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] A novel ECC-related bacterium, Scardovia wiggsiae, has a unique carbohydrate metabolism with fluoride resistance (2022)
  • 著者名/発表者名: Kameda M, Abiko Y, Washio J, Takahashi N
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] Profiling of Microbiota in Sport-Drink and Orange Juice of Plastic Bottle After Drinking Directly From Plastic Bottles (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawachi M, Wakui A, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Takahashi N, Sato T
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] Profiling of Microbiota in Liquid Baby Formula and a Baby Drink Consumed with an Artificial Nipple (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakui A, Kawachi M, Nishikata M, Washio J, Abiko Y, Mayanagi G, Takahashi N, Sato T
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] Bifacial aspects of ethanol: antibacterial effect and carcinogenic effect by metabolism to acetaldehyde depend on ethanol concentration (2022)
  • 著者名/発表者名: Tagaino R, Washio J, Sasaki K, Takahashi N
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of rapid increases in oxygen levels on glucose metabolism of cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Y, Washio J, Kobayashi Y, Abiko Y, Morishima H, Sasaki K, Takahashi N
  • 学会等名: International Symposium for Interface Oral Health Science 2022 (IOHS)
  • 国際学会
• [学会発表] 口腔細菌によるがん性物質アセトアルデヒド”の産生ー飲酒や食事との関連性ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 互野亮
  • 学会等名: 令和4年度第3回『革新的食学拠点』ミーティング
  • 招待講演
• [学会発表] ?腔と全?の健康に関わる?腔バイオフィルムの代謝機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 髙橋信博, 鷲尾純平
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会
  • 招待講演
• [学会発表] Oral microbiome metabolism in oral and systemic health/disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: Kaohsiung Medical University (KMU) Research Day
  • 招待講演
• [学会発表] Oxygen dependent anti-cancer effect of metformin: growth and glucose metabolism (2021)
  • 著者名/発表者名: Shan Liu, Jumpei Washio, Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • 招待講演
• [学会発表] Porphyromonas gingivalis inhibit the glucose metabolic activity of host cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Haruki Otani, Jumpei Washio, Satoru Yamada and Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • 招待講演
• [学会発表] The antimicrobial properties of green tea derived-catechins on Streptococcus mutans (2021)
  • 著者名/発表者名: Han S, Washio J, Abiko Y, Zhang L, Takahashi N
  • 学会等名: The 99h IADR General Session & Exhibition
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 櫻井 泉, 真柳 弦, 山田 聡, 高橋 信博
  • 学会等名: 第63回歯科基礎医学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第63回歯科基礎医学会
• [学会発表] 小児齲蝕の発症機序と 生物学的要因 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋信博
  • 学会等名: 第70回日本口腔衛生学会
  • 招待講演
• [学会発表] Oral Microbiome in Health and Diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Takahashi
  • 学会等名: Zhejiang University International Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 口腔内ビフィズス菌の糖代謝 ーう蝕との関連ー (2021)
  • 著者名/発表者名: 安彦 友希, 馬目 歩実, 亀田 真衣, 鷲尾 純平, 髙橋 信博
  • 学会等名: 令和3年度第3回・『革新的食学拠点』ミーティング
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] ポリフェノールの機能と多角的応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鷲尾純平、安彦友希、髙橋信博
  • 総ページ数: 333
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4781316871