口腔の健康を改善するプロバイオティクスの多機能スクリーニングとラット歯周炎モデルにおける有効性の評価

Multi-function screening of probiotics to improve oral health and evaluating their efficacy in a rat periodontitis model.

抄録

口腔は人体で2番目に微生物が豊富な部位であり、微生物と口腔の健康には強い関連があることが多くの研究で示されている。一部の病原性細菌は、口腔内でバイオフィルムや有害な代謝産物を産生し、口腔内の悪臭、歯周炎、う蝕などの口腔内問題を引き起こす可能性がある。プロバイオティクスの使用により口腔内細菌叢を変化させれば、口腔の健康問題を緩和できる可能性がある。そこで、多機能スクリーニングを用いて、口腔の健康を著しく改善できるプロバイオティクスを同定することを目的とした。主なパラメーターは、病原性細菌の増殖抑制、バイオフィルム形成の抑制、口臭の原因となるインドール、HS、NHの代謝産物の産生低下、有害細菌と闘うHOの産生増加、病原体の口腔内への付着やコロニー形成を防ぐための病原体との共凝集であった。また、コール酸とコリンに対する耐性も評価された。 ZK-77、ZK-88およびZK-102は抗菌活性を有し、バイオフィルム産生を阻害してう蝕を予防した。また、口腔内の悪臭パラメータ、HS、NH、インドール産生も改善した。選択されたプロバイオティクス（特にZK-88）は、歯周炎ラットの口腔内の炎症を緩和した。プロバイオティクス介入後の歯肉溝液マイクロバイオームの解析から、ZK-77は口腔内微生物叢の回復と口腔内マイクロエコロジーの維持に役立つ可能性が高いことが示された。次に、効果を向上させた製剤を得るために、各候補プロバイオティクスに最適なプレバイオティクスを決定した。そして、プロバイオティクスとプレバイオティクスの組み合わせ（ZK-77、ZK-88、フラクトオリゴ糖）が、猫の口臭と歯の色を有意に改善することを検証した。全ゲノムシークエンシングと2つのプロバイオティクスを用いた急性毒性マウス実験により、どちらのプロバイオティクスも病原性遺伝子を持たず、マウスの成長や発育に有意な影響を及ぼさなかったことから、安全性が示された。これらの結果を総合すると、ZK-77とZK-88は、口腔内の健康を改善することができることが、実験によって検証された。この研究は、臨床研究の参考となるとともに、プロバイオティクスの口腔保健効果に関する新たな証拠を提供するものである。

The oral cavity is the second most microbially rich region of the human body, and many studies have shown that there is a strong association between microorganisms and oral health. Some pathogenic bacteria produce biofilms and harmful metabolites in the mouth that may cause oral problems such as oral malodor, periodontitis, and dental caries. Altering the oral microbiota by using probiotics may alleviate oral health problems. Thus, using multi-function screening, we aimed to identify probiotics that can significantly improve oral health. The main parameters were the inhibition of pathogenic bacteria growth, inhibition of biofilm formation, reduction in the production of indole, HS, and NH metabolites that cause halitosis, increase in the production of HO to combat harmful bacteria, and co-aggregation with pathogens to prevent their adhesion and colonization in the oral cavity. Tolerance to cholic acid and choline was also assessed. ZK-77, ZK-88, and ZK-102 had antibacterial activity and inhibited biofilm production to prevent caries. They also improved the oral malodor parameter, HS, NH, and indole production. The selected probiotics (especially ZK-88) alleviated the inflammation in the oral cavity of rats with periodontitis. The analysis of the gingival crevicular fluid microbiome after probiotic intervention showed that ZK-77 likely helped to restore the oral microbiota and maintain the oral microecology. Next, we determined the best prebiotics for each candidate probiotic in order to obtain a formulation with improved effects. We then verified that a probiotics/prebiotic combination ( ZK-77, ZK-88, and fructooligosaccharides) significantly improved halitosis and teeth color in cats. Using whole-genome sequencing and acute toxicity mouse experiments involving the two probiotics, we found that neither probiotic had virulence genes and they had no significant effects on the growth or development of mice, indicating their safety. Taking the results together, ZK-77 and ZK-88 can improve oral health, as verified by and experiments. This study provides a reference for clinical research and also provides new evidence for the oral health benefits of probiotics.