口腔生態学

口腔生態学とは、口腔内に生息する微生物の生態学です。あらゆる生態学と同様に、口腔生態学は口腔内に生息する生物、そしてそれらの生物同士、そして環境との相互作用を研究します。口腔生態学は口腔疾患予防の観点から研究されることが多く、齲蝕（う蝕）、カンジダ症（鵞口瘡）、歯肉炎、歯周病などの病態に焦点を当てることが多いです。しかし、微生物叢と口腔環境との相互作用の多くは、疾患から口腔を守り、健康な口腔を支えています。微生物とその環境との相互作用は、口腔マイクロバイオームの安定化または不安定化をもたらし、不安定化は疾患状態につながると考えられています。マイクロバイオームの不安定化は、食生活の変化、薬物、免疫系疾患など、いくつかの要因によって影響を受ける可能性があります。

歴史

17世紀後半、オランダの科学者アントン・ファン・レーウェンフックが自身の健康な口腔サンプルを顕微鏡で調べ、初めて細菌を検出した。 ^[1]健康なサンプルにこの技術を用いた後、レーウェンフックは妻の虫歯にもこの装置を当て、そこに存在する微生物がチーズに含まれるものと非常によく似ていることに気づいた。^[1]これらは乳酸菌であった可能性が高いと考えられているが、細菌による酸の生成と虫歯の関係はずっと後になってから明らかになった。この発見と顕微鏡のさらなる発達の後、19世紀を通じて多くの科学者が歯の空洞内で細菌を発見した。^{[2] [3] [4] [5] [6] [7]} ウィロビー・ミラーは記録に残る最初の口腔微生物学者であり、彼は著名な微生物学者ロベルト・コッホの研究室で基礎的な微生物学研究の多くを行った。この時期に、ミラーは虫歯の化学寄生説（「酸生成説」とも呼ばれる）を提唱しました。この説は、虫歯は歯の表面における細菌の酸産生によって引き起こされるというものです。^[8]この理論は、微生物の活動とそれが非生物的な微視的環境に与える影響との関連性を示唆しており、歯科分野だけでなく口腔生態学においても基礎的な理論と考えられています。^{[2] [9]}

生態学的観点から見ると、口腔微生物学における初期の研究は、現在では「還元主義的」と表現される微生物研究の範疇に大きく属します。これは一般的に、観察や検査の前に個々の微生物を分離することに重点が置かれていたことを意味します。^[10]口腔微生物学に対する「全体論的」アプローチが主流となり、微生物生態学が意図的に研究されるようになったのは20世紀後半になってからのことです。全体論的微生物学は、対象となる生物だけでなく、その生物が自然に存在する生物学的および非生物的状況も考慮します。科学者フィリップ・マーシュは1994年に生態学的プラーク仮説を提唱しました。この仮説では、歯垢はバイオフィルム内に存在する微生物群集（または「コンソーシアム」）とその安定性に応じて、正常で健康な状態であると同時に「う蝕原性」（虫歯を引き起こす）状態にもなり得るという考え方を提唱しました。^[11]さらに、マーシュの理論では、微生物群集に対する非生物的環境の影響と、う蝕を引き起こす可能性のある微生物成分の選択と変化が結びついていると主張している。

口腔環境

歯、唾液、そして口腔組織は、口腔マイクロバイオームが存在する口腔環境の主要な構成要素です。ほとんどの環境と同様に、口腔環境には、歯や唾液のように非生物的（非生物的）なものもあれば、宿主の免疫系や、歯肉、頬（「頬側」）、舌（存在する場合）などの口腔 粘膜組織のように生物的なものもあります。

非生物的

唾液は口腔生態学において様々な役割を果たしています。例えば、洗浄作用によって微生物に物理的な撹乱を与えます。刺激（例えばガムを噛むこと）によって唾液量が増えると、う蝕性プラークの形成が減少することが示されています。^[12]唾液はまた、環境のpH、水分量、栄養素、そして宿主が産生する免疫細胞や抗菌物質にも大きく関与しています。唾液（および粘液）に含まれる主要な抗菌物質の一つは、細菌細胞を切断する酵素であるリゾチームです。唾液が微視的環境において果たすもう一つの重要な役割は、細菌が歯の表面に付着するために使用する糖タンパク質を供給することです。 ^{[12] [13] [14]}

歯は口腔生態学に関与する非生物的環境要因のもう一つの例です。細菌は歯の表面に固い基質として定着し、そこで増殖します。唾液中に浮遊している場合と比べて、歯上の細菌は環境的に安定しているため、温度、相対的酸素曝露量、栄養密度、物理的擾乱など、一定の環境にさらされます。歯は微生物群集に安定性をもたらしますが、細菌の過剰増殖は、主に糖を消費する発酵代謝による酸産生が原因で、虫歯を引き起こすことが知られています。この状態に関連する微生物には、歯のエナメル質を分解する乳酸を生成する乳酸菌などがあります。結果として、宿主の食事も唾液の pH や栄養分を変化させることで口腔生態学に影響を与えます。結果として、微生物は口腔環境と相互作用します。

酸素含有量は、口腔内に存在する微生物叢の種類に影響を及ぼす主要な変数です。この変数は、口腔が宿主の体外に露出しているため、口腔に若干特有です。生態学では、ニッチとは特定の微生物の存在に関連する可能性のある一連の条件のことです。したがって、口腔全体の酸素濃度の変化は、この環境内でのニッチ分化の要因となり得ます。微視的スケールでは、酸素濃度によって、口腔内のどこで好気性、嫌気性、通性嫌気性、耐気性、または微好気性の微生物が成長したりバイオフィルムを形成したりするかが決定されます。バイオフィルム自体は、酸素への露出を調節し、嫌気性微生物を口腔内に留めておくのに役立ち、口腔内のニッチの複雑さを増しています。

口腔生態に対するもう一つの非生物的環境的影響としては、薬物、特に抗生物質の使用と経口投与される抗生物質が挙げられる。抗生物質は口腔内細菌を死滅させるだけでなく、唾液の減少などの二次的な環境影響を引き起こし、非生物的微小環境のさらなる変化につながる。^[15]マイクロバイオーム内の細菌の不安定化が疾患を引き起こす現象は、細菌性ディスバイオーシスとして知られている。例えば、口腔内の細菌群集の不安定化は真菌群集の急増につながり、カンジダ症などの疾患を引き起こす可能性がある。^[16]さらに、治療に対する反応として抗生物質耐性菌集団が発達すると、治療完了後に耐性菌の過剰増殖を引き起こし、治療前の相対的な存在量を乱す可能性がある。  

生物的（非細菌性）

口腔生態学の研究対象となる口腔の宿主もまた重要です。これは生物的、すなわち生きた環境要因の一例です。宿主の一般的な健康と免疫系の機能は、口腔微生物叢にとって極めて重要であり、口腔内でどの微生物が生存できるかを決定します。動物において、疾患の有無にかかわらず継続的に機能する自然免疫系は、健康な宿主と不健康な宿主の両方において口腔生態学において常に役割を果たしているため、最も関連性が高いと言えます。これには、唾液中に存在する遊離抗体、マクロファージ、その他の免疫細胞の産生が含まれます。健康で安定した状態では、宿主の免疫系は特定の微生物を標的とせず、その定着を許容します。これは「免疫平衡」、すなわち宿主と口腔マイクロバイオーム内の微生物叢が共生する状態と説明できます。^[17]

人間

細菌性

微生物生態学において、優先効果の原理とは、一部の微生物が最初に表面に定着することで競争上の優位性を得ることを指す。 ^[18]一般的に、一次定着は母親や母乳からの伝播（垂直伝播）と新生児の環境（水平伝播）によって起こると考えられている。^{[18] [19]}口腔内の異なる場所では、異なる微生物が初期定着者であることが判明している。^{[17] [18] [20]}歯の最も初期の定着者は、通常好気性条件と嫌気性条件の両方で成長できる通性嫌気性菌である細菌属であるストレプトコッカスであると考えられている。これは、口腔全体だけでなく、一日を通して酸素に変化する環境では有利である。ヒトの口腔には700種以上の細菌が関連しているにもかかわらず、歯垢においては、初期の定着菌として繰り返し同定されている「主要菌種」は、放線菌、連鎖球菌、ナイセリア、ベイヨネラなど7～9種に過ぎません。^{[21] [2]これらの特定の細菌属の定着は、結果として生じる口腔内微生物叢の安定性と}恒常性に影響を与えると考えられています。^[22]この定着は、宿主の唾液由来の糖タンパク質からなるペリクルの構築と付着によって起こります。 ^{[12] [13] [14]}ペリクルに付着すると、初期の定着菌は歯に定着するためのバイオフィルムを形成し始めます。マイクロバイオームに共通する通り、このバイオフィルムは単一の属または種に留まりません。実際、関連する微生物の大部分はバイオフィルム内で共凝集します。^{[23] [20] [24]}しかし、すべての微生物が共凝集するわけではなく、S. mutansとP. gingivalisなどの特定の種の間では共生関係が起こることが分かっています。^[14]細菌間の相互作用だけでなく、宿主の歯、酸素条件、唾液との相互作用が細菌の口腔生態学を構成しています。  

非細菌性

口腔内に存在する微生物叢の中で最も豊富なのは細菌ですが、それだけではありません。真菌／酵母細胞も存在し、特にカンジダ属が挙げられます。酵母菌種であるカンジダ・アルビカンスとカンジダ・トロピカリスは、ヒトの口腔内で共生菌として知られており、宿主と相互に有益な関係を築く正常なフローラの一部です。^[25]これらは、ヒトの口腔から分離された非細菌性微生物の中で最も豊富です。前述のように、バイオフィルム内での共凝集は珍しくなく、酵母と細菌の共生もその例外ではありません。^[26] カンジダ・アルビカンスは、特定の連鎖球菌種と「二種共生」バイオフィルムを形成することが知られており、これは酵母が細菌細胞表面に実際に付着することによって行われます。^{[27] [28]}これにより、酵母は間接的に歯の表面に定着し、安定性を獲得します。

人間の口の中に存在する他の非細菌性微生物には、クリプトコッカス属、アスペルギルス属、フザリウム属などがあり、これらはそれほど多くはありませんが、数では圧倒的に少ないです。^[29]

参考文献

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さらに読む

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