ヒト唾液は口腔内連鎖球菌の増殖、バイオフィルム構造、競争行動を変化させる

Human Saliva Modifies Growth, Biofilm Architecture and Competitive Behaviors of Oral Streptococci.

抄録

歯肉縁上バイオフィルム内の細菌は、同じニッチに生息する他の微生物と複雑な相互作用を行っている。その一例が、虫歯の発生に関与するミュータンス群連鎖球菌（s）や、その他の健康関連常在菌である連鎖球菌種である。以前、我々の研究グループは、口腔内細菌と数種類の細菌との間の相互作用をトランスクリプトームで解析した。しかし、これらの実験はヒトの唾液を含まない培地で行われた。自然環境をよりよく模倣するため、まず唾液が8種の連鎖球菌の増殖とバイオフィルム形成にどのような影響を与えるかを個別に評価したところ、唾液は増殖率にはプラスに働くが、バイオマスの蓄積や空間配置の変化にはマイナスに働くことがわかった。これらの結果は、様々な種の唾液由来分離株29株の評価でも引き継がれた。驚くべきことに、唾液を添加すると、常在連連鎖球菌に対する共培養での競争行動が増加し、バイオフィルムのマイクロコロニー量が増加することもわかった。唾液を添加した場合と添加しない場合の単培養と共培養をトランスクリプトームで解析した結果、各菌種は混合培養下で栄養ニッチを形成し、炭水化物の取り込みと利用経路がアップレギュレートされる一方、ペプチドの取り込みと糖鎖の採食に関連するゲノム機能がアップレギュレートされることがわかった。今回の報告は、環境や宿主から供給される資源を活用することで、微生物の行動に観察可能な変化が見られることを明らかにした。

The bacteria within supragingival biofilms participate in complex exchanges with other microbes inhabiting the same niche. One example are the mutans group streptococci ( s), implicated in the development of tooth decay, and other health-associated commensal streptococci species. Previously, our group transcriptomically characterized intermicrobial interactions between and several species of oral bacteria. However, these experiments were carried out in a medium that was absent of human saliva. To better mimic their natural environment, we first evaluated how inclusion of saliva affected growth and biofilm formation of eight streptococci species individually, and found saliva to positively benefit growth rates while negatively influencing biomass accumulation and altering spatial arrangement. These results carried over during evaluation of 29 saliva-derived isolates of various species. Surprisingly, we also found that addition of saliva increased the competitive behaviors of in coculture competitions against commensal streptococci that led to increases in biofilm microcolony volumes. Through transcriptomically characterizing mono- and cocultures of and with and without saliva, we determined that each species developed a nutritional niche under mixed-species growth, with upregulating carbohydrate uptake and utilization pathways while upregulated genome features related to peptide uptake and glycan foraging. also upregulated genes involved in oxidative stress tolerance, particularly manganese uptake, which we could artificially manipulate by supplementing in manganese to give it an advantage over its opponent. Our report highlights observable changes in microbial behaviors via leveraging environmental- and host-supplied resources over their competitors.