ナイシンおよびナイシンプロバイオティクスは、インプラント周囲炎において、口腔内病原性バイオフィルムを破壊し、そのマイクロバイオーム組成を健康なコントロールレベルに回復させる

Nisin and Nisin Probiotic Disrupt Oral Pathogenic Biofilms and Restore Their Microbiome Composition towards Healthy Control Levels in a Peri-Implantitis Setting.

抄録

インプラント周囲炎は、インプラント支持組織の慢性的な炎症によって特徴付けられ、進行性かつ不可逆的に骨量の減少を引き起こし、その結果、インプラントを喪失する。歯周病と同様に、口腔内のディスバイオーシスがインプラント周囲炎のドライバーと考えられている。しかし、非外科的デブリードメントや外科手術といった従来の治療法でインプラント周囲炎を管理することは、必ずしも成功するとは限りません。そこで、これらの欠点に対処するための新しい戦略が提案されている。戦略の1つは、プロバイオティクスが人体や環境に対して安全であると考えられていることから、抗菌剤として使用することである。具体的には、プロバイオティクスが生産するナイシンは、食品の保存のために世界中で使用されてきた。本研究の目的は、ナイシンと野生型（WT）ナイシン産生プロバイオティクスが口腔病原性バイオフィルムを破壊し、チタンディスク上のこれらの口腔バイオフィルム内でより健康な口腔マイクロバイオームを促進できるかどうかを明らかにすることであった。本研究では，共焦点イメージングと 16S rRNA 配列決定を用いて，ナイシンと WT プロバイオティクスがインプラント周囲炎環境において，in vitro で口腔病原性バイオフィルムを崩壊させることを明らかにした．具体的には，ナイシンは病原体を添加したバイオフィルムの生存率を62.53 ± 3.69% から 54.26 ± 3.35% および 44.88 ± 2.98% へ用量依存的に減少させた．同様に、10CFU/mLのWTは、バイオフィルムの生存率を52.45±3.41%に有意に減少させた。さらに、両処理により、これらのバイオフィルムの組成、相対的存在量、および多様性レベルは、健康なコントロールレベルへとシフトした。合計1μg/mLのナイシンと10CFU/mLのWTは、Proteobacteriaの病原菌による変化を戻すことができた（80.5 ± 2.9% から 75.6 ± 2.0%, 78.0 ± 2.8%, 75.1 ± 5.8%へ）。8%、75.1 ± 5.3%）および固形物（11.6 ± 1.6% から 15.4 ± 1.3%, 13.8 ± 1.8%, 13.7 ± 2.6%） の系統で、病原菌による変化をコントロールレベルまで回復させることができた。このように、ナイシンおよびそのナイシン産生プロバイオティクスは、口腔内のバイオフィルムを健全化することでインプラント周囲炎の治療に有用であり、患者の口腔内の健康増進に役立つ可能性があることが示唆された。

Peri-implantitis is characterized by chronic inflammation of the peri-implant supporting tissues that progressively and irreversibly leads to bone loss and, consequently, implant loss. Similar to periodontal disease, oral dysbiosis is thought to be a driver of peri-implantitis. However, managing peri-implantitis with traditional treatment methods, such as nonsurgical debridement or surgery, is not always successful. Thus, novel strategies have been proposed to address these shortcomings. One strategy is the use of probiotics as antimicrobial agents since they are considered safe for humans and the environment. Specifically, the probiotic produces nisin, which has been used worldwide for food preservation. The objective of this study was to determine whether nisin and the wild-type (WT) nisin-producing probiotic can disrupt oral pathogenic biofilms and promote a healthier oral microbiome within these oral biofilms on titanium discs. Using confocal imaging and 16S rRNA sequencing, this study revealed that nisin and WT probiotic disrupt oral pathogenic biofilms in a peri-implantitis setting in vitro. More specifically, nisin decreased the viability of the pathogen-spiked biofilms dose-dependently from 62.53 ± 3.69% to 54.26 ± 3.35% and 44.88 ± 2.98%, respectively. Similarly, 10 CFU/mL of WT significantly decreased biofilm viability to 52.45 ± 3.41%. Further, both treatments shift the composition, relative abundance, and diversity levels of these biofilms towards healthy control levels. A total of 1 µg/mL of nisin and 10 CFU/mL of WT were able to revert the pathogen-mediated changes in the Proteobacteria (from 80.5 ± 2.9% to 75.6 ± 2.0%, 78.0 ± 2.8%, and 75.1 ± 5.3%, respectively) and Firmicutes (from 11.6 ± 1.6% to 15.4 ± 1.3%, 13.8 ± 1.8%, and 13.7 ± 2.6%, respectively) phyla back towards control levels. Thus, nisin and its nisin-producing probiotic may be useful in treating peri-implantitis by promoting healthier oral biofilms, which may be useful for improving patient oral health.