口腔生態学

口腔生態学は、口の中にいる微生物の微生物生態学です。口腔生態学は、他の生態学の形態と同様に、口腔内にいる生物の研究と、それらの生物同士および環境との相互作用の研究を伴います。口腔生態学は、口腔疾患予防の観点から調査されることが多く、多くの場合、う蝕（または「虫歯」）、カンジダ症（「鵞口瘡」）、歯肉炎、歯周病などの症状に焦点を当てています。しかし、微生物叢と口腔環境との相互作用の多くは、疾患から口腔を守り、健康な口腔をサポートします。微生物とその環境との相互作用は、口腔マイクロバイオームの安定化または不安定化をもたらす可能性があり、不安定化は疾患状態をもたらすと考えられています。マイクロバイオームの不安定化は、食生活の変化、薬物、免疫系障害など、いくつかの要因によって影響を受ける可能性があります。

17世紀後半、オランダの科学者アントン・ファン・レーウェンフックが顕微鏡で自身の健康な人間の口腔サンプルから初めて細菌を検出しました。 ^[1]健康なサンプルにこの技術を使用した後、レーウェンフックは自分の妻の虫歯に自分の道具を当て、そこに存在する微生物がチーズに含まれるものと非常に似ていることに気づきました。^[1]これらはおそらく乳酸菌であったと考えられていますが、細菌の酸産生と虫歯の関係はずっと後になってから明らかになりました。この発見と顕微鏡のさらなる発達の後、19世紀を通じて複数の科学者が歯の空洞内で細菌を発見しました。^{[2] [3] [4] [5] [6] [7]} ウィロビー・ミラーは記録に残る最初の口腔微生物学者であり、彼は著名な微生物学者ロベルト・コッホの研究室で基礎的な微生物学研究の多くを行いました。この時期にミラーは虫歯の化学寄生説（「酸生成説」とも呼ばれる）を生み出し、虫歯は歯の表面で細菌が酸を生成することで始まると提唱した。^[8]この理論は、微生物の活動とそれが非生物的な微視的環境に与える影響との関連を描き出すことで、歯科分野だけでなく口腔生態学の分野の基礎となったと考えられている。^{[2] [9]}

生態学的観点から言えば、口腔微生物学の初期の取り組みは、現在では「還元主義」と表現される微生物研究の範疇にほぼ該当し、一般的には観察や検査の前に個々の微生物を分離することに重点が置かれていたことを意味する。^[10]口腔微生物学に対する「全体論的」アプローチが主流になり、微生物生態学が意図的に研究されるようになったのは 20 世紀後半になってからである。全体論的微生物学では、対象とする生物だけでなく、その生物が自然に生息する生物学的および非生物的状況も考慮する。科学者のフィリップ・マーシュは、1994 年に生態学的歯垢仮説を考案したとされ、バイオフィルム内に存在する微生物群 (または「コンソーシアム」)とその安定性に応じて、歯垢は正常で健康的であると同時に「う蝕原性」(虫歯の原因) でもあるという考え方を提唱した。^[11]さらに、マーシュの理論では、微生物群集に対する非生物的環境の影響への曝露と、う蝕を引き起こす可能性のある微生物成分の選択と変化を結び付けています。

歯、唾液、口腔組織は、口腔マイクロバイオームが存在する口腔環境の主要構成要素です。ほとんどの環境と同様に、歯や唾液などの口腔環境には非生物（非生物）もあれば、宿主の免疫系や宿主の口腔粘膜組織（歯茎、頬（「頬側」）、舌（存在する場合）を含む）などの生物もあります。

唾液は口腔生態学において複数の役割を果たしている。例えば、洗浄作用によって微生物に物理的な撹乱を与える。刺激（ガムを噛むなど）による唾液量の増加は、う蝕原性プラークの形成を減少させることが実証されている。^[12]唾液はまた、環境のpH、水分含有量、栄養素、宿主産生免疫細胞および抗菌剤にも大きく関与している。唾液（および粘液）に含まれる主要な抗菌剤の1つは、細菌細胞を切断する酵素であるリゾチームである。唾液が微視的環境で果たすもう1つの重要な役割は、細菌が歯の表面に付着するために使用する糖タンパク質を供給することである。 ^{[12] [13] [14]}

歯は、口腔生態学に関与する非生物的環境要因のもう一つの例です。細菌は、成長するための固体基質として歯の表面に定着します。唾液中に浮遊している場合と比べて、歯上の細菌は環境的に安定しているため、温度、相対的酸素曝露、栄養密度、物理的外乱などの一貫した環境にさらされます。歯は微生物群集に安定性をもたらしますが、細菌の過剰増殖は、主に糖を消費する発酵代謝による酸生成により、虫歯を引き起こすことが知られています。この状態に関連する生物には、歯のエナメル質を分解する乳酸を生成する乳酸菌があります。その結果、宿主の食事も唾液の pH と栄養含有量を変化させることで、口の生態学に影響を与えます。その結果、微生物の生活は口腔環境と相互作用します。

酸素含有量は、口腔内に存在する微生物叢の種類に影響を与える主要な変数です。この変数は、口腔が宿主の体外に露出しているため、口腔に少し特有です。生態学では、ニッチとは、特定の生物の存在に関連する可能性がある一連の条件です。したがって、口全体の酸素濃度の変化は、この環境内でのニッチの分化の要因になる可能性があります。微視的スケールでは、酸素濃度は、口内のどこで好気性、嫌気性、通性嫌気性、耐気性、または微好気性の微生物が成長またはバイオフィルムを形成するかを決定します。バイオフィルム自体は、酸素への露出を調節し、嫌気性生物を内部に留めておくのに役立ち、口腔内のニッチの複雑さを増しています。

口腔生態学に対するもう一つの非生物的環境の影響としては、薬物、特に抗生物質や経口投与される抗生物質の使用が挙げられる。抗生物質は口腔細菌を死滅させるだけでなく、唾液の減少などの二次的な環境影響を引き起こし、非生物的微小環境のさらなる変化につながる。^[15]マイクロバイオーム内の細菌の不安定化が疾患を引き起こすことは、細菌性腸疾患として知られている。例えば、口腔内の細菌群集の不安定化は真菌群集の急増につながり、カンジダ症などの疾患を引き起こす可能性がある。^[16]さらに、治療に反応して抗生物質耐性菌集団が発生すると、治療完了後に耐性菌の過剰増殖を引き起こし、治療前の相対的な存在量を乱す可能性がある。  

口腔生態学の研究対象となる口腔の宿主も重要です。これは生物的、つまり生きている環境要因の一例です。一般的な宿主の健康と免疫システムの機能は、口腔微生物叢にとって重要です。なぜなら、どの微生物が口の中で生き残ることができるかを決定するからです。病気の有無にかかわらず動物で継続的に機能する自然免疫システムは、健康な宿主と不健康な宿主の両方で口腔生態学において一定の役割を果たしているため、最も重要です。これには、唾液中に存在する浮遊抗体、マクロファージ、およびその他の免疫細胞の生成が含まれます。健康で安定した状態では、宿主の免疫システムは特定の微生物を標的にしないことで、それらの微生物の定着を許可します。これは「免疫平衡」、つまり宿主と口腔マイクロバイオームの微生物叢が共生する状態として説明できます。^[17]

微生物生態学において、優先効果の原理とは、一部の微生物が最初に表面に定着することで競争上の優位性を得ることを指す。 ^[18]一般的に、一次定着は母親やその母乳からの伝播（垂直伝播）と新生児の環境（水平伝播）によって起こると考えられている。^{[18] [19]}口腔内の異なる場所では、異なる微生物が初期定着者であることが判明している。^{[17] [18] [20]}歯の最も初期の定着者は、好気性条件と嫌気性条件の両方で成長できる通常通性嫌気性菌である細菌属である連鎖球菌であると考えられている。これは、口腔全体だけでなく、一日を通して酸素に変動的にさらされる環境では有利である。人間の口には700種を超える細菌が関連しているが、歯垢では、初期の定着者として繰り返し特定されている「主なプレーヤー」は、放線菌、連鎖球菌、ナイセリア、ベイヨネラ種を含むわずか7～9種である。^{[21] [2]}これらの特定の細菌属の定着が、結果として生じる口腔微生物叢の安定性と恒常性に影響を及ぼすと考えられている。^{[22]この定着は、宿主の唾液からの糖タンパク質でできた}ペリクルの構築とそれに付着することによって起こる。^{[12] [13] [14]}ペリクルに付着すると、初期の定着細菌は、コロニーを歯に固定することを目的としたバイオフィルムを作り始める。マイクロバイオームでは一般的であるように、このバイオフィルムは単一の属または種のままではない。実際、関連する微生物の大部分は、バイオフィルム内で共凝集する。^{[23] [20] [24]}しかし、すべての微生物が共凝集するわけではなく、S. mutansとP. gingivalisなどの特定の種の間では共生関係が発生することが分かっています。^[14]細菌間の相互作用だけでなく、宿主の歯、酸素条件、唾液との相互作用が細菌の口腔生態学を構成しています。  

細菌は最も豊富ですが、口腔内に存在する微生物叢は細菌だけではありません。真菌/酵母細胞も存在し、特にカンジダ属が含まれます。酵母種であるカンジダ アルビカンスとカンジダ トロピカリスは、ヒトの口腔内の共生生物として知られており、これは、それらが宿主と相互に有益な関係にある正常なフローラの一部であることを意味します。^[25]これらは、ヒトの口腔から分離された最も豊富な非細菌性微生物です。上記のセクションで説明したように、バイオフィルム内での共凝集は珍しくなく、酵母と細菌の共生も含まれます。^[26] カンジダ アルビカンスは、酵母が細菌細胞表面に実際に付着することにより、特定の種の連鎖球菌との「二重種」バイオフィルムに選択的に関与することが知られています。^{[27] [28]}これにより、酵母を間接的に歯の表面に定着させて安定性を得ることができます。

人間の口の中に存在するその他の非細菌性微生物には、クリプトコッカス属、アスペルギルス属、フザリウム属などがあり、これらはそれほど多くはありませんが存在します。^[29]