歯周病患者の歯垢微生物抵抗性とスケーリング・ルートプレーニング治療後の変化について

Dental Plaque Microbial Resistomes of Periodontal Health and Disease and Their Changes after Scaling and Root Planing Therapy.

抄録

ヒトの口腔内微生物群は、抗生物質耐性の貯蔵庫と考えられている。現在、歯周炎やスケーリング・ルートプレーニング（SRP）治療が、歯垢微生物群の抗生物質耐性遺伝子（ARG）や金属耐性遺伝子（MRG）の性能に及ぼす影響については、十分に明らかにされていない。そこで，Sequence Read Archive（SRA）データベースに登録されているデンタルプラークのメタゲノムデータの中から，健康状態（HS）48件，歯周炎状態（PS：治療前）40件，解決状態（RS：SRP治療後）24件を抽出した。NetShift解析により、歯周炎の進行に伴う歯垢微生物叢の変化の鍵を握るものとして、Fretibacterium fastidiosum、Tannerella forsythia、Campylobacter rectusを同定した。歯周炎とSRPの治療により、歯垢中のARGとMRGの数が増加し、ARGとMRGのプロファイルの構成が大きく変化した。デンタルプラークの微生物叢では，バシトラシン，β-ラクタム，マクロライド-リンコサミド-ストレプトグラミン（MLS），テトラサイクリン，多剤耐性遺伝子が相対的に多く存在するARGの主な種類であり，多価金属，鉄，クロム，銅耐性遺伝子がMRGの主な種類であった．ARG、MRG、移動性遺伝要素（MGE）が共存していることから、歯垢微生物群のレジストームには共選択現象が存在することがわかった。今回のデータは、歯周炎患者の口腔内細菌叢におけるARGおよびMRGの分布の立ち位置について新たな知見を与えるとともに、微生物、レジストーム、MGEの複雑な相関関係の理解に貢献することができたと考えられる。 歯周病原菌の抗生物質に対する耐性の出現と発展は、歯周炎の治療の成功率に影響を与えている。歯周病の制御と治療のためには、新しい抗菌戦略の開発が急務であり、歯垢マイクロバイオーム研究は有望な新しい切り口を提供している。本研究では，歯周病の健康状態と疾患状態におけるデンタルプラークマイクロバイオータとレジストームを調査し，SRP治療後の変化を調べた。歯垢中の微生物群集と抗生物質や金属の耐性遺伝子のプロファイルをメタゲノムアプローチで解析したのは，我々の知る限り初めてのことである。これらのレジストームのプロファイルをモニタリングすることは、抗生物質の適切な使用のための基準値を提供し、歯周炎治療における新しい抗菌戦略を開発することで、実際の治療法の効果を向上させる大きな可能性を秘めている。

The human oral microbial community has been considered a reservoir of antibiotic resistance. Currently, the effects of periodontitis and the scaling and root planing (SRP) treatment on the performance of antibiotic-resistant genes (ARGs) and metal-resistant genes (MRGs) in the dental plaque microbiota are not well characterized. To explore this issue, we selected 48 healthy-state (HS), 40 periodontitis-state (PS; before treatment), and 24 resolved-state (RS; after SRP treatment) metagenomic data of dental plaque samples from the Sequence Read Archive (SRA) database. NetShift analysis identified Fretibacterium fastidiosum, Tannerella forsythia, and Campylobacter rectus as key drivers during dental plaque microbiota alteration in the progression of periodontitis. Periodontitis and SRP treatment resulted in an increase in the number of ARGs and MRGs in dental plaque and significantly altered the composition of ARG and MRG profiles. Bacitracin, beta-lactam, macrolide-lincosamide-streptogramin (MLS), tetracycline, and multidrug resistance genes were the main classes of ARGs with high relative abundance, whereas multimetal, iron, chromium, and copper resistance genes were the primary types of MRGs in dental plaque microbiota. The cooccurrence of ARGs, MRGs, and mobile genetic elements (MGEs) indicated that a coselection phenomenon exists in the resistomes of dental plaque microbiota. Overall, our data provide new insights into the standing of the distribution of ARGs and MRGs in oral microbiota of periodontitis patients, and it was possible to contribute to the understanding of the complicated correlations among microorganisms, resistomes, and MGEs. The emergence and development of resistance to antibiotics in periodontal pathogens have affected the success rate of treatment for periodontitis. The development of new antibacterial strategies is urgently needed to help control and treat periodontal disease, and dental plaque microbiome studies offer a promising new angle of attack. In this study, we investigated the dental plaque microbiota and resistomes in periodontal health and disease states and their changes after SRP therapy. This is the first analysis of the profile of the microbial community and antibiotic and metal resistance genes in dental plaque by the metagenomic approach, to the best of our knowledge. Monitoring the profile of these resistomes has huge potential to provide reference levels for proper antibiotics use and the development of new antimicrobial strategies in periodontitis therapy and thereby improve actual efficacy of the treatment regimens.