リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「D-タガトースの口腔プレバイオティクスへの応用に向けた基礎的研究」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

D-タガトースの口腔プレバイオティクスへの応用に向けた基礎的研究

眞弓, 昌大 大阪大学 DOI:10.18910/87967

2022.03.24

概要

希少糖の一つとして知られるD-タガトースは糖尿病の管理や農業,腸内細菌叢へのプレバイオティタスなど,さまざまな場面での応用が期待されている糖質である.一方で,门腔領域においては,Streptococcus mutansへの抑制効果は報告されているものの,他菌種への影響を調べた報告はほとんどない.さらに,メタボロミタスやトランスタリプトミタスなどのオミタス技術を用いて,D-タガトースによって誘発される口腔内細菌の動的変化を網羅的に解析した研究は未だない.本研究では,唾液メタボローム解析を用いた臨床研究によって口腔内の衛生状態が良好な人に特徴的な唾液中の代謝物を探索し,D-タガトースに着目した.さらに,最も代表的な口腔バイオフィルムの初期定着菌である口腔レンサ球菌群において,典型的な口腔常在菌であるStreptococcus oralis,う蝕の原因菌であるS.mutans,歯周病原性細菌叢形成時に"'accessory pathogen”として機能するStreptococcus gordoniiを対象にD-タガトースが及ぼす影響を検討することとし,上述3菌種の表現型,遺伝子発現,代謝プロファイルに及ぼす影響を調べた.

 全身的に健康なボランティア18名の唾液メタボロームを再解析した結果,唾液中のD-タガトースは口腔内の衛生状態を反映した指標である修正プラータ指数と逆相関していることを確認した(Spearman’s相関係数:r=0.603,p=0.008).その後,D-タガトースの供試菌株への影響をin vitroで分析した.0.8%D-タガトースを唯一の糖質源とする化学成分既知培地(CDM)では,S. mutansとS. gordoniiはそれぞれごくわずかなバイオフィルムの形成しか示さなかったが, S.oralisの培養では有意なバイオフィルムの形成を認めた.さらにプランタトニッタな条件下においても,0.2% D-グルコースを含有するCDMに1%もしくは5% D-タガトースを添加して培養した際に, S. mutansとS. gordoniiではD-タガトース濃度依存的に増殖抑制と最終生菌数の減少を示した一方で, S. oralisの増殖及び生菌数に対するD-タガトースの阻害効果は認められなかった.

 今回確認されたD-タガトースによる菌種特異的な抑制効果の分子基盤を検討するために,5% D-タガトースで処理したS. mutans, S. gordonii, S. oralisの菌体サンプルを用いてトランスタリプトームおよびメタボローム解析を実施した.その結果,S.mutansとS.gordoniiでは,フルタトース特異的ホスホトランスフェラーゼシステム(Fru-PTS)関連遺伝子の発現が顕著に亢進しており,同システムを介したD-タガトースのリン酸化を伴う取込みが示唆された.さらに,同菌種において分岐鎖アミノ酸やアラニンといったピルビン酸から代謝されるアミノ酸が5%D-タガトースの存在下で減少し,同じく解糖系下流の代謝物である乳酸が増加傾向にあった.その一方で, S. oralisではFru-PTS遺伝子の発現変動は認めず,D-タガトースの菌体内への輸送に同システムの関与が小さいことが示唆された.また,菌体内メタボロームにおいても,分岐鎖アミノ酸や乳酸のプール量に明らかな変動は認めず,アラニンに関しては有意な増加を示した.これらの各菌種における菌体内メタボローム,特に解糖系最終代謝産物のプロファイルおよびトランスタリプトームの違いは,D-タガトースのFru-PTSを介した取込みに端を発し,資化されることのないリン酸化D-タガトースが細胞内に蓄積し,解糖系およびその下流の代謝を攪乱することで,D-タガトースがS. mutansおよびS. gordoniiに対して菌種選択的に生育阻害効果を発揮したことを示唆している.

 結論として,本研究は,D-タガトースが门腔内の衛生状態が良好な人の唾液に豊富に含まれていることを示し,さらに,D-タガトースが口腔内の病原菌であるS. mutansや“accessory pathogen”であるS. gordoniiの生育を選択的に阻害することを実験的に示した.一方,口腔常在菌であるS. oralisへの影響は限定的であったことから,D-タガトースを口腔プレバイオティタスとして投与することで,二大口腔疾患の発症に関与する口腔レンサ球菌の代謝を選択的に阻害する可能性が示された.

この論文で使われている画像

参考文献

1. Lamont, R. J., and Hajishengallis, G. (2015). Polymicrobial Synergy and Dysbiosis in Inflammatory Disease. Trends Mol. Med., 21 (3), 172–183. doi: 10.1016/j.molmed.2014.11.004

2. Johansson, I., Witkowska, E., Kaveh, B., Lif Holgerson, P., and Tanner, A. C. (2016). The Microbiome in Populations With a Low and High Prevalence of Caries. J. Dent. Res., 95 (1), 80–86. doi: 10.1177/0022034515609554

3. Bernabe, E. , Marcenes, W., Hernandez, C. R., Bailey, J., Abreu, L. G., Alipour, V., et al. (2020). Global, Regional, and National Levels and Trends in Burden of Oral Conditions From 1990 to 2017: A Systematic Analysis for the Global Burden of Disease 2017 Study. J. Dent. Res., 99 (4), 362–373. doi: 10.1177/0022034520908533

4. Lamont, R. J., Koo, H., and Hajishengallis, G. (2018). The Oral Microbiota: Dynamic Communities and Host Interactions. Nat. Rev. Microbiol., 16 (12),745–759. doi: 10.1038/s41579-018-0089-x

5. Mira, A., Simon-Soro, A., and Curtis, M. A. (2017). Role of Microbial Communities in the Pathogenesis of Periodontal Diseases and Caries. J. Clin. Periodontol., 44 (Suppl 18), S23–S38. doi: 10.1111/jcpe.12671

6. Kuboniwa, M., and Lamont, R. J. (2010). Subgingival Biofilm Formation. Periodontol. 2000, 52 (1), 38–52. doi: 10.1111/j.1600-0757.2009.00311.x

7. Periasamy, S., and Kolenbrander, P. E. (2009). Mutualistic Biofilm Communities Develop With Porphyromonas gingivalis and Initial, Early, and Late Colonizers of Enamel. J. Bacteriol., 191 (22), 6804–6811. doi: 10.1128/JB.01006-09

8. Kuboniwa, M., Hendrickson, E. L., Xia, Q., Wang, T., Xie, H., Hackett, M., et al. (2009b). Proteomics of Porphyromonas gingivalis Within a Model Oral Microbial Community. BMC Microbiol., 9:98. doi: 10.1186/1471-2180-9-98

9. Sakanaka, A., Kuboniwa, M., Takeuchi, H., Hashino, E., and Amano, A. (2015). Arginine-Ornithine Antiporter ArcD Controls Arginine Metabolism and Interspecies Biofilm Development of Streptococcus gordonii. J. Biol. Chem., 290 (35), 21185–21198. doi: 10.1074/jbc.M115.644401

10. Selwitz, R. H., Ismail, A. I., and Pitts, N. B. (2007). Dental Caries. Lancet, 369 (9555), 51–59. doi: 10.1016/s0140-6736(07)60031-2

11. Gross, E. L., Beall, C. J., Kutsch, S. R., Firestone, N. D., Leys, E. J., and Griffen, A. L. (2012). Beyond Streptococcus mutans: Dental Caries Onset Linked to Multiple Species by 16S rRNA Community Analysis. PloS One, 7 (10), e47722. doi: 10.1371/journal.pone.0047722

12. Periasamy, S., and Kolenbrander, P. E. (2010). Central Role of the Early Colonizer Veillonella sp. In Establishing Multispecies Biofilm Communities With Initial, Middle, and Late Colonizers of Enamel. J. Bacteriol., 192 (12), 2965–2972. doi: 10.1128/JB.01631-09

13. Hajishengallis, G. (2015). Periodontitis: From Microbial Immune Subversion to Systemic Inflammation. Nat. Rev. Immunol., 15 (1), 30–44. doi: 10.1038/nri3785

14. Thurnheer, T., and Belibasakis, G. N. (2018). Streptococcus oralis Maintains Homeostasis in Oral Biofilms by Antagonizing the Cariogenic Pathogen Streptococcus mutans. Mol. Oral. Microbiol., 33 (3), 234–239. doi: 10.1111/omi.12216

15. Kreth, J., Merritt, J., and Qi, F. (2011). Antagonistic, Synergistic, and Counteroffensive Strategies for Streptococcal Interspecies Interactions. Oral. Microbial Communities, 22, 13. doi: 10.1128/9781555817107.ch22

16. Kreth, J., Zhang, Y., and Herzberg, M. C. (2008). Streptococcal Antagonism in Oral Biofilms: Streptococcus sanguinis and Streptococcus gordonii Interference With Streptococcus mutans. J. Bacteriol., 190 (13), 4632–4640. doi: 10.1128/JB.00276-08

17. Redanz, S., Cheng, X., Giacaman, R. A., Pfeifer, C. S., Merritt, J., and Kreth, J. (2018). Live and Let Die: Hydrogen Peroxide Production by the Commensal Flora and its Role in Maintaining a Symbiotic Microbiome. Mol. Oral. Microbiol., 33 (5), 337–352. doi: 10.1111/omi.12231

18. L, T. (1995). Xylitol: A Review of its Action on Mutans Streptococci and Dental Plaque−its Clinical Significance. Int. Dental J., 45, 16.

19. Makinen, K. K. (2010). Sugar Alcohols, Caries Incidence, and Remineralization of Caries Lesions: A Literature Review. Int. J. Dent., 2010:981072. doi: 10.1155/2010/981072

20. Milgrom, P., Soderling, E. M., Nelson, S., Chi, D. L., and Nakai, Y. (2012). Clinical Evidence for Polyol Efficacy. Adv. Dent. Res., 24 (2), 112–116. doi: 10.1177/0022034512449467

21. Gauthier, L., Vadeboncceur, C., and Mayrand, D. (1984). Loss of Sensitivity to Xylitol by Streptococcus mutans LG-1. Caries Res., 18, 7. doi: 10.1159/000260779

22. Oku, T., and Nakamura, S. (2007). Threshold Transitory Diarrhea Induced by Ingestion of Xylitol and Lactitol in Young Male and Female Adults. J. Nutr. Sci. Vitaminol., 53, 8. doi: 10.3177/jnsv.53.13

23. Donner, T. W., Wilber, J. F., and Ostrowski, D. (1999). D-Tagatose, a Novel Hexose: Acute Effects on Carbohydrate Tolerance in Subjects With and Without Type 2 Diabetes. Diabetes Obes. Metab., 1, 7. doi: 10.1046/j.1463-1326.1999.00039.x

24. Oh, D. K. (2007). Tagatose: Properties, Applications, and Biotechnological Processes. Appl. Microbiol. Biotechnol., 76 (1), 1–8. doi: 10.1007/s00253-007-0981-1

25. Guerrero-Wyss, M., Duran Aguero, S., and Angarita Davila, L. (2018). D-Tagatose Is a Promising Sweetener to Control Glycaemia: A New Functional Food. BioMed. Res. Int., 2018:8718053. doi: 10.1155/2018/8718053

26. Roy, S., Chikkerur, J., Roy, S. C., Dhali, A., Kolte, A. P., Sridhar, M., et al. (2018). Tagatose as a Potential Nutraceutical: Production, Properties, Biological Roles, and Applications. J. Food Sci., 83 (11), 2699–2709. doi: 10.1111/1750-3841.14358

27. Lærke, H. N., Jensen, B. B., and Højsgaard, S. (2000). In Vitro Fermentation Pattern of D-Tagatose Is Affected by Adaptation of the Microbiota From the Gastrointestinal Tract of Pigs. Nutrient Metab., 130, 8. doi: 10.1093/jn/130.7.1772

28. Chahed, A., Nesler, A., Navazio, L., Baldan, B., Busato, I., Ait Barka, E., et al. (2020). The Rare Sugar Tagatose Differentially Inhibits the Growth of Phytophthora infestans and Phytophthora Cinnamomi by Interfering With Mitochondrial Processes. Front. Microbiol., 11, 128. doi: 10.3389/fmicb.2020.00128

29. Corneo, P. E., Nesler, A., Lotti, C., Chahed, A., Vrhovsek, U., Pertot, I., et al. (2021). Interactions of Tagatose With the Sugar Metabolism are Responsible for Phytophthora infestans Growth Inhibition. Microbiol. Res., 247:126724. doi: 10.1016/j.micres.2021.126724

30. Sawada, D., Ogawa, T., Miyake, M., Hasui, Y., Yamaguchi, F., Izumori, K., et al. (2015). Potent Inhibitory Effects of D-Tagatose on the Acid Production and Water-Insoluble Glucan Synthesis of Streptococcus mutans GS5 in the Presence of Sucrose. Acta Med. Okayama, 69 (2), 7. doi: 10.18926/AMO/53339

31. Hasibul, K., Nakayama-Imaohji, H., Hashimoto, M., Yamasaki, H., Ogawa, T., Waki, J., et al. (2018). D-Tagatose Inhibits the Growth and Biofilm Formation of Streptococcus mutans. Mol. Med. Rep., 17 (1), 843–851. doi: 10.3892/mmr.2017.8017

32. Kuboniwa, M., Sakanaka, A., Hashino, E., Bamba, T., Fukusaki, E., and Amano, A. (2016). Prediction of Periodontal Inflammation via Metabolic Profiling of Saliva. J. Dent. Res., 95 (12), 1381–1386. doi: 10.1177/0022034516661142

33. Tsugawa, H., Cajka, T., Kind, T., Ma, Y., Higgins, B., Ikeda, K., et al. (2015). MSDIAL: Data-Independent MS/MS Deconvolution for Comprehensive Metabolome Analysis. Nat. Methods, 12 (6), 523–526. doi: 10.1038/nmeth.3393

34. Sakanaka, A., Kuboniwa, M., Hashino, E., Bamba, T., Fukusaki, E., and Amano, A. (2017). Distinct Signatures of Dental Plaque Metabolic Byproducts Dictated by Periodontal Inflammatory Status. Sci. Rep., 7:42818. doi: 10.1038/srep42818

35. Loo, C. Y., Corliss, D. A., and Ganeshkumar, N. (2000). Streptococcus gordonii Biofilm Formation: Identification of Genes That Code for Biofilm Phenotypes. J. Bacteriol., 182 (5), 9. doi: 10.1128/JB.182.5.1374-1382.2000

36. Kuboniwa, M., Amano, A., Hashino, E., Yamamoto, Y., Inaba, H., Hamada, N., et al. (2009a). Distinct Roles of Long/Short Fimbriae and Gingipains in Homotypic Biofilm Development by Porphyromonas gingivalis. BMC Microbiol., 9:105. doi: 10.1186/1471- 2180-9-105

37. Takahashi, Y., Imazato, S., Russell, R. R. B., Noiri, Y., and Ebisu, S. (2004). Influence of Resin Monomers on Growth of Oral Streptococci. J. Dent. Res., 83 (4), 5. doi: 10.1177/154405910408300406

38. Kakuta, H., Iwami, Y., Mayanagi, H., and Takahashi, N. (2003). Xylitol Inhibition of Acid Production and Growth of Mutans Streptococci in the Presence of Various Dietary Sugars Under Strictly Anaerobic Conditions. Caries Res., 37 (6), 404–409. doi: 10.1159/000073391

39. Wen, Z. T., Browngardt, C., and Burne, R. A. (2001). Characterization of Two Operons That Encode Components of Fructose-Specifc Enzyme II of the Sugar: Phosphotransferase System of Streptococcus mutans. FEMS Microbiol. Lett., 205 (2), 337–342. doi: 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10969.x

40. Yoon, C. K., Kang, D., Kim, M. K., and Seok, Y. J. (2021). Vibrio cholerae FruR Facilitates Binding of RNA Polymerase to the fru Promoter in the Presence of Fructose 1-Phosphate. Nucleic Acids Res., 49 (3), 1397–1410. doi: 10.1093/nar/gkab013

41. Vanderpool, C. K., and Gottesman, S. (2004). Involvement of a Novel Transcriptional Activator and Small RNA in Post-Transcriptional Regulation of the Glucose Phosphoenolpyruvate Phosphotransferase System. Mol. Microbiol., 54 (4), 1076–1089. doi: 10.1111/j.1365-2958.2004.04348.x

42. Maleki, S., Hrudikova, R., Zotchev, S. B., and Ertesvag, H. (2017). Identification of a New Phosphatase Enzyme Potentially Involved in the Sugar Phosphate Stress Response in Pseudomonas fluorescens. Appl. Environ. Microbiol., 83 (2), e02361–16. doi: 10.1128/AEM.02361-16

43. Zeng, L., and Burne, R. A. (2019). Essential Roles of the sppRA Fructose-Phosphate Phosphohydrolase Operon in Carbohydrate Metabolism and Virulence Expression by Streptococcus mutans. J. Bacteriol., 201 (2), e00586–18. doi: 10.1128/JB.00586-18

44. Rooijen, R., Dechering, K. J., Niek, C., Wilmink, J., and Vos, W. (1993). Lysines 72, 80 and 213 and Aspartic Acid 210 of the Lactococcus lactis LacR Repressor are Involved in the Response to the Inducer Tagatose-6-Phosphate Leading to Induction of lac Operon Expression. Protein Engineer Design Selection, 6 (2), 6. doi: 10.1093/protein/6.2.201

45. Santiago, B., Marek, M., Faustoferri, R. C., and Quivey, R. G.Jr. (2013). The Streptococcus mutans Aminotransferase Encoded by ilvE Is Regulated by CodY and CcpA. J. Bacteriol., 195 (16), 3552-3562. doi:10.1128/JB.00394-13

46. Chahed, A., Lazazzara, V., Moretto, M., Nesler, A., Corneo, P. E., Barka, E. A., et al. (2021). The Differential Growth Inhibition of Phytophthora spp. Caused by the Rare Sugar Tagatose Is Associated With Species-Specific Metabolic and Transcriptional Changes. Front. Microbiol., 12, 711545. doi: 10.3389/fmicb.2021.711545

47. Chapot-Chartier, M.-P., and Kulakauskas, S. (2014). Cell Wall Structure and Function in Lactic Acid Bacteria. Microbial Cell Factories., 13(Suppl 1), S9. doi: 10.1186/1475- 2859-13-S1-S9

48. Huang, C., Hernandez-Valdes, J. A., Kuipers, O. P., and Kok, J. (2020). Lysis of a Lactococcus lactis Dipeptidase Mutant and Rescue by Mutation in the Pleiotropic Regulator CodY. Appl. Environ. Microbiol., 86 (8), e02937–19. doi: 10.1128/AEM.02937-19

49. Kaneda, T. (1963). Valine as a Source of the Branched Short Chain Precursor in the Biosynthesis If Iso-C14, Iso-C15, Iso-C16 and Iso-C17 Fatty Acids by Bacillus subtitlis. Biochem. Biophys. Res. Commun., 10 (3), 5. doi: 10.1016/0006-291x(63)90431-5

50. Kaneda, T. (1977). Fatty Acids of the Genus Bacillus: An Example of Branched-Chain Preference. Bacteriol. Rev., 41 (2), 28. doi: 10.1128/br.41.2.391-418.1977

51. Santiago, B., MacGilvray, M., Faustoferri, R. C., and Quivey, R. G.Jr. (2012). The Branched-Chain Amino Acid Aminotransferase Encoded by ilvE is Involved in Acid Tolerance in Streptococcus mutans. J. Bacteriol., 194 (8), 2010–2019. doi: 10.1128/JB.06737-11

52. Sonenshein, A. L. (2007). Control of Key Metabolic Intersections in Bacillus subtilis. Nat. Rev. Microbiol., 5 (12), 917–927. doi: 10.1038/nrmicro1772

53. Dashper, S. G., and Reynolds, E. C. (2000). Effects of Organic Acid Anions on Growth, Glycolysis, and Intracellular pH of Oral Streptococci. J. Dental Res., 79 (1), 7. doi: 10.1177/00220345000790011601

54. Taniai, H., Iida, K., Seki, M., Saito, M., Shiota, S., Nakayama, H., et al. (2008). Concerted Action of Lactate Oxidase and Pyruvate Oxidase in Aerobic Growth of Streptococcus pneumoniae: Role of Lactate as an Energy Source. J. Bacteriol., 190 (10), 3572–3579. doi: 10.1128/JB.01882-07

55. Nagamine, Y., Hasibul, K., Ogawa, T., Tada, A., Kamitori, K., Hossain, A., et al. (2020). D-Tagatose Effectively Reduces the Number of Streptococcus mutans and Oral Bacteria in Healthy Adult Subjects: A Chewing Gum Pilot Study and Randomized Clinical Trial. Acta Med. Okayama, 74 (4), 11. doi: 10.18926/AMO/60369

56. Kim, P. (2004). Current Studies on Biological Tagatose Production Using L-Arabinose Isomerase: A Review and Future Perspective. Appl. Microbiol. Biotechnol., 65 (3), 243– 249. doi: 10.1007/s00253-004-1665-8

57. Shin, K.-C., Lee, T.-E., Seo, M.-J., Kim, D. W., Kang, L.-W., and Oh, D.-K. (2020). Development of Tagaturonate 3-Epimerase Into Tagatose 4-Epimerase With a Biocatalytic Route From Fructose to Tagatose. ACS Catalysis, 10 (20), 12212–12222. doi: 10.1021/acscatal.0c02922

58. Slomka, V., Herrero, E. R., Boon N., Bernaerts K., Trivedi, H. M., Daep, C., Quirynen, M., and Teughels, W. (2018). Oral prebiotics and the influence of environmental conditions in vitro. J. Periodontol., 89 (6), 708–717. doi: 10.1002/JPER.17-0437.

59. Abiko, Y., Sato, T., Mayanagi, G., and Takahashi, N. (2010). Profiling of subgingival plaque biofilm microflora from periodontally healthy subjects and from subjects with periodontitis using quantitative real-time PCR. J. Periodont. Res., 45 (3), 389–395. doi: 10.1111/j.1600-0765.2009.01250.x.

60. Socransky, S. S., Haffajee, A. D., Smith, C., Duff, G. W. (2000). Microbiological parameters associated with IL-1 gene polymorphisms in periodontitis patients. J. Clin. Periodontol., 27 (11), 810–818. doi: 10.1034/j.1600-051x.2000.027011810.x.

61. Pakula, R., and Walczak, W. (1963): On the nature of competence of transformable streptocci. J. Gen. Microbiol., 31, 125-133. doi: 10.1099/00221287-31-1-125.

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文

一発検索!

この論文の関連論文を見る