大規模スクリーニングにより、成長した口腔バイオフィルムを除去する酵素の組み合わせが同定された

Large-scale screening identifies enzyme combinations that remove grown oral biofilm.

抄録

口腔内の細菌は、う蝕や歯周炎などの歯科疾患の発症に関与しているが、口腔内のマイクロバイオームがヒトの健康にも有益であることが次第に明らかになりつつある。市販されている多くのオーラルケア製品は抗菌性があり、口腔マイクロバイオームの大部分を死滅させるが、病気の原因となるバイオフィルムを除去することはない。その代わりに、殺生物性のないマトリックス分解酵素を用いれば、マイクロバイオーム全体に害を与えることなく、バイオフィルムを選択的に除去することができる。酵素を用いてバイオフィルムを分解する際の課題は、酵素の狭い特異性と、バイオフィルムをつなぎとめる細胞外高分子物質の大きな構造的多様性とを一致させることである。そこで本研究では、単一酵素製剤および複数酵素製剤の大規模スクリーニングを行い、歯科用バイオフィルムを最も効果的に除去する酵素の組み合わせを同定した。ヒトの唾液を接種したバイオフィルムに対して、44種類の酵素を各製剤に最大6種類の酵素を組み合わせて使用し、400種類以上の治療法をテストした。ムタナーゼは、単独でバイオフィルムを除去できる唯一の酵素であった。マルチ酵素製剤はバイオフィルム体積の最大69％を除去し、最も効果的な製剤はすべてムタナーゼを含んでいた。我々は10種類の酵素製剤を候補に挙げ、9人の被験者が装着したデンタルスプリントのガラス板上に形成されたバイオフィルムに対する有効性を調査した。10種類の製剤のうち3種類は、バイオフィルム体積の50％以上を除去した。最適な酵素濃度と暴露時間に達することができれば、これらの酵素の組み合わせは、歯科用バイオフィルム制御のための新しい非殺生性口腔ケア製品に使用できる可能性がある。

Bacteria in the oral cavity are responsible for the development of dental diseases such as caries and periodontitis, but it is becoming increasingly clear that the oral microbiome also benefits human health. Many oral care products on the market are antimicrobial, killing a large part of the oral microbiome but without removing the disease-causing biofilm. Instead, non-biocidal matrix-degrading enzymes may be used to selectively remove biofilm without harming the overall microbiome. The challenge of using enzymes to degrade biofilms is to match the narrow specificity of enzymes with the large structural diversity of extracellular polymeric substances that hold the biofilm together. In this study, we therefore perform a large-scale screening of single and multi-enzyme formulations to identify combinations of enzymes that most effectively remove dental biofilm. We tested >400 different treatment modalities using 44 different enzymes in combinations with up to six enzymes in each formulation, on biofilms inoculated with human saliva. Mutanase was the only enzyme capable of removing biofilm on its own. Multi-enzyme formulations removed up to 69 % of the biofilm volume, and the most effective formulations all contained mutanase. We shortlisted 10 enzyme formulations to investigate their efficacy against biofilms formed on glass slabs on dental splints worn by 9 different test subjects. Three of the ten formulations removed more than 50 % of the biofilm volume. If optimal enzyme concentration and exposure time can be reached , these enzyme combinations have potential to be used in novel non-biocidal oral care products for dental biofilm control.