口腔マイクロバイオーム代謝。彼らは誰なのか」から「何をしているのか」へ

Oral Microbiome Metabolism: From "Who Are They?" to "What Are They Doing?".

抄録

近年の分子生物学の進歩により、口腔マイクロバイオームの解析は容易になったが（「彼らは何者か」）、その機能（代謝活動など）については十分に理解されていない（「彼らは何をしているのか」）。本総説は、口腔内細菌群の代謝に関する現在の理解を要約することを目的とする。Streptococcus属、Actinomyces属、Lactobacillus属などの糖質分解菌は、Embden-Meyerhof-Parnas経路およびその分岐経路を経て糖質を有機酸に分解し、う蝕の原因となるが、アルギニンデイミナーゼ系、ウレアーゼなどによるアルカリ化や酸中和が酸性化に対抗している。Prevotella属やPorphyromonas属などのタンパク質・アミノ酸分解菌は、タンパク質やペプチドをアミノ酸に分解し、さらに特定の経路で分解して短鎖脂肪酸、アンモニア、硫黄化合物、インドール/スカトールなどを生成し、歯周炎や口腔悪臭の病原因子や改質因子として作用している。さらに、エタノール由来のアセトアルデヒドは口腔癌の原因となり、硝酸塩由来の亜硝酸塩はう蝕予防や全身の健康に役立つことが示唆されている。微生物の代謝活動は口腔内環境の影響を受けますが、口腔内環境を改変したり、細菌の病原性を高めたり、より病原性の高いマイクロバイオームを作り出すための微生物選択を誘導したりすることもあります。メタボロミクス的なアプローチで口腔内マイクロバイオームを解析することは、口腔内マイクロバイオームの機能に対する理解を深めるために非常に重要です。

Recent advances in molecular biology have facilitated analyses of the oral microbiome ("Who are they?"); however, its functions (e.g., metabolic activities) are poorly understood ("What are they doing?"). This review aims to summarize our current understanding of the metabolism of the oral microbiome. Saccharolytic bacteria-including Streptococcus, Actinomyces, and Lactobacillus species-degrade carbohydrates into organic acids via the Embden-Meyerhof-Parnas pathway and several of its branch pathways, resulting in dental caries, while alkalization and acid neutralization via the arginine deiminase system, urease, and so on, counteract acidification. Proteolytic/amino acid-degrading bacteria, including Prevotella and Porphyromonas species, break down proteins and peptides into amino acids and degrade them further via specific pathways to produce short-chain fatty acids, ammonia, sulfur compounds, and indole/skatole, which act as virulent and modifying factors in periodontitis and oral malodor. Furthermore, it is suggested that ethanol-derived acetaldehyde can cause oral cancer, while nitrate-derived nitrite can aid caries prevention and systemic health. Microbial metabolic activity is influenced by the oral environment; however, it can also modify the oral environment, enhance the pathogenicity of bacteria, and induce microbial selection to create more pathogenic microbiome. Taking a metabolomic approach to analyzing the oral microbiome is crucial to improving our understanding of the functions of the oral microbiome.