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虫歯防止のためのフッ化物輸出のターゲット

研究によると、フッ素の輸出をブロックすることで、有害なバイ菌を減らせるって。

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フッ素輸出:新しいターゲッフッ素輸出:新しいターゲッなバイ菌を減らせるかもしれない。フッ素の輸出を禁止すると、歯科ケアの有害
目次

虫歯は、世界中で大きな健康問題になってて、24億人以上の大人と6億2100万人の子どもに影響を与えてるんだ。痛みや不快感を引き起こし、場合によっては重い感染症を引き起こして、最悪の場合は命に関わることもあるんだよ。虫歯の主な原因は、歯にできる有害なバイオフィルム。これには、ストレプトコッカス・ミュータンスやカンジダ・アルビカンスなどのいろんなバイ菌や真菌が含まれてて、甘い食べ物をエサにして虫歯を進行させちゃう。

虫歯の進行メカニズム

このバイオフィルムは酸を作って歯のエナメル質を傷めるんだ。人がたくさんの砂糖を摂取すると、S.ミュータンスやC.アルビカンスがバイオフィルムの中で優勢になって、健康的なバイ菌を押し出しちゃう。この変化が口の中の微生物の多様性を減らし、虫歯が起こりやすくなるんだ。

フッ素の口腔健康における役割

フッ素は、歯磨き粉やうがい薬など、多くの歯科ケア製品の重要な成分。歯を修復したり強化したりして、虫歯に対して抵抗力を高めてくれるんだ。歯に対する効果の他にも、フッ素にはバイ菌を殺す性質もあるから、ほとんどの市販の歯科製品には有害な微生物と戦うための効果的な濃度のフッ素が含まれてる。

でも、こういう製品を使った後、口の中のフッ素レベルはすぐに下がっちゃう。ほとんどのバイ菌は細胞からフッ素を取り除けるから、低濃度だと効果がなくなっちゃうんだ。研究によると、特定のバイ菌がフッ素を排出できなくなると、それに対して非常に敏感になることがわかったよ。

バイ菌におけるフッ素排出のターゲット

重要な研究分野は、S.ミュータンスやC.アルビカンスのような有害なバイ菌に対してフッ素の効果を高める方法に焦点を当ててる。いくつかの研究では、これらのバイ菌がフッ素を排出するメカニズムをブロックすることで、フッ素の効果を強化し、虫歯のリスクを下げられるかもしれないって示唆してる。

ここで2つの興味深い要素が関わってくる。まず、フッ素は酸性環境ではこれらのバイ菌にとってより有害なんだ、これは虫歯の状況でよく見られる。次に、さまざまな種類のバイ菌はフッ素を排出するために異なる方法を使ってる。たとえば、S.ミュータンスは特定のタンパク質を使って排出するけど、S.ゴルドニイみたいな他のバイ菌は別のシステムを使ってる。

フッ素排出がバイ菌に与える影響を調査

この研究では、S.ミュータンスとC.アルビカンスのフッ素排出能力を失わせて、混合バイオフィルム内での競争力が減るかどうかを調べたんだ。フッ素排出システムを無効にした時に、これらの病原体を含んだバイオフィルムの構成や有害性がどう変わるかを見たんだ。

結果は、S.ミュータンスからフッ素排出のメカニズムを取り除くと、バイオフィルムにはより多くの有益なバイ菌がいて、全体のバイオマスも少なく、有害な特徴も低下したことを示したよ。さらに、S.ミュータンスは排出システムがないとフッ素に非常に敏感になったんだ。

バイ菌の行動を研究するための方法

実験を行うために、研究者たちはS.ミュータンス、S.ゴルドニイ、C.アルビカンスなどの特定のバイ菌株を使用した。S.ミュータンスを遺伝子操作してフッ素排出に関わる遺伝子を除去したんだ。成長実験やバイオフィルム評価を行って、これらの修正がバイ菌の生存や競争力にどう影響するかを分析したんだ。

バイオフィルムはコントロールされた条件下で形成され、異なるフッ素濃度にさらされた。研究者たちはバイオフィルムの構成を評価して、各バイ菌種の存在量、全体のバイオマス、そして酸性レベルを測定した。

バイ菌の成長とバイオフィルム分析

実験中、研究者たちは改変されたS.ミュータンス株がフッ素の影響を大きく受けるのを観察した。フッ素を排出できないこの株は、低濃度のフッ素のあるバイオフィルムからほぼ完全に排除されてしまった。一方、S.ゴルドニイやC.アルビカンスはあまり影響を受けなかった。

この研究は、S.ミュータンスがフッ素をうまく扱えないと、バイオフィルム全体に悪影響を及ぼすことも示した。S.ミュータンスがあるとC.アルビカンスの成長を助けるけど、S.ミュータンスが弱ればC.アルビカンスの個体数も大幅に減った。

フッ素がバイオフィルム特性に与える影響

実験は、フッ素に敏感な株を含むバイオフィルムが、バイオマスが低く、pHレベルが高く、酸の生成も少ないことを示した。つまり、有害なバイ菌がフッ素を排出できなかったとき、バイオフィルムは酸性が低くて歯に対するダメージが少なくなるってこと。これはバイオフィルムコミュニティにおける異なるバイ菌種の相互関連性を強調してる。

さらに、研究者たちはフッ素に敏感なバイ菌を含むバイオフィルムがフッ素をより多く保持することを確認した。これらの株はフッ素の貯蔵庫として機能し、徐々にフッ素を放出して虫歯の場所でその存在を維持できるかもしれない。

フッ素排出のメカニズムを調査

この研究は、S.ミュータンスのフッ素排出に関わる遺伝子を明らかにすることも目的にしてた。以前の研究では、2つの特定の遺伝子の役割について矛盾する結果が出てたけど、この研究では1つの遺伝子がフッ素輸送に重要で、もう1つはあまり影響しないことが示されたんだ。

研究者たちは、各遺伝子の寄与を個別に評価する実験を行った。1つの遺伝子がバイ菌のフッ素耐性に必要不可欠であることがわかり、これらのバイ菌がフッ素を扱うためのメカニズムが彼らの生存やバイオフィルム内での競争に大きく影響することが確認されたよ。

結論:歯の健康への影響

この研究の結果は、歯の健康においてフッ素排出の重要性を強調してる。フッ素を排出する有害なバイ菌のメカニズムをターゲットにすることで、フッ素治療の効果を高めることができるかもしれない。これによって、虫歯の発生を減らしつつ口の中の有益なバイ菌を保つ新しい戦略が生まれる可能性があるんだ。

全体的に見て、この研究は、虫歯を引き起こすバイ菌のフッ素排出システムに干渉することで、口腔健康を維持し、虫歯を防ぐための的を絞った治療の開発の可能性を示してる。結果は期待できるもので、将来の歯科ケア改善と虫歯対策に焦点を当てた研究の道を拓いてるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Fluoride export is required for competitive fitness of pathogenic microorganisms in dental biofilm models

概要: Microorganisms resist fluoride toxicity using fluoride export proteins from one of several different molecular families. Cariogenic species Streptococcus mutans and Candida albicans extrude intracellular fluoride using a CLCF F-/H+ antiporter and FEX fluoride channel, respectively, whereas commensal eubacteria, such as Streptococcus gordonii, export fluoride using a Fluc fluoride channel. In this work, we examine how genetic knockout of fluoride export impacts pathogen fitness in single-species and three-species dental biofilm models. For biofilms generated using S. mutans with genetic knockout of the CLCF transporter, exposure to low fluoride concentrations decreased S. mutans counts, synergistically reduced the populations of C. albicans, increased the relative proportion of commensal S. gordonii, and reduced properties associated with biofilm pathogenicity, including acid production and hydroxyapatite dissolution. Biofilms prepared with C. albicans with genetic knockout of the FEX channel also exhibited reduced fitness in the presence of fluoride, but to a lesser degree. Imaging studies indicate that S. mutans is highly sensitive to fluoride, with the knockout strain undergoing complete lysis when exposed to low fluoride for a moderate amount of time, and biochemical purification the S. mutans CLCF transporter and functional reconstitution establishes that the functional protein is a dimer encoded by a single gene. Together, these findings suggest that fluoride export by oral pathogens can be targeted by specific inhibitors to restore biofilm symbiosis in dental biofilms, and that S. mutans is especially susceptible to fluoride toxicity. ImportanceDental caries is a globally prevalent condition that occurs when pathogenic species, including Streptococcus mutans and Candida albicans, outcompete beneficial species, such as Streptococcus gordonii, in the dental biofilm. Fluoride is routinely used in oral hygiene to prevent dental caries. Fluoride also has antimicrobial properties, although most microbes possess fluoride exporters to resist its toxicity. This work shows that sensitization of cariogenic species Streptococcus mutans and Candida albicans to fluoride by genetic knockout of fluoride exporters alters the microbial composition and pathogenic properties of dental biofilms. These results suggest that the development of drugs that inhibit fluoride exporters could potentiate the anticaries effect of fluoride in over-the-counter products like toothpastes and mouth rinses. This is a novel strategy to treat dental caries.

著者: Randy B. Stockbridge, A. Banerjee, C.-Y. Kang, M. An, B. B. Koff, S. Sunder, A. Kumar, L. M. A. Tenuta

最終更新: 2024-01-18 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.18.576223

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.18.576223.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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