Antibacterial activity of plant-derived product against avian pathogenic Escherichia coli isolated from laying hens with colibacillosis: Influence of resistance profiles, synergy assessment, and validation in complex biological matrices

畜産の世界において、細菌は絶え間ない脅威です。これらの微細な侵入者が病気を引き起こすと、農家はしばしば群れを救うために抗生物質に頼ります。しかし、これらの薬の使いすぎは、細菌が反撃する方法を学び、本来それらを殺すための薬に対して耐性を持つようになるという、深刻な問題を引き起こしています。この耐性は、動物の健康だけでなく、耐性菌が食物連鎖を通じて広がる可能性があるため、人間の健康にとっても重大な懸念事項です。このため、科学者たちは従来の抗生物質に依存しない、感染症を管理するための新しい方法を模索しています。有望な一筋の道は、シナモン、オレガノ、ザクロといった植物から得られるオイルや抽出物など、自然界に見られる化合物を利用することです。これらの天然物質は、古くから抗菌特性を持つことが知られていますが、実際の農業環境における特定の治療困難な細菌に対する有効性については、まだ十分に理解されていません。

モントリオール大学の研究チームは、特定の病原性大腸菌である「アビアン・パトジェニック・エシェリヒア・コリ（APEC）」と戦うために設計された、市販の植物由来製品のテストを行いました。この細菌は、採卵鶏においてコリバシロシススとして知られる疾患を引き起こし、卵の生産量の減少や鳥の死亡率の上昇を招きます。科学者たちは、この植物由来の混合物が、たとえ一般的な抗生物質に対して耐性を発達させた細菌であっても、その細菌を殺すことができるのかを知りたいと考えました。また、単なる清潔な実験室のシャーレの中ではなく、病気の鶏の腸内のような、乱雑で複雑な環境において、この製品がどのように機能するかについても確認したいと考えました。最後に、彼らは製品の異なる成分が単独で機能するよりも、どのように組み合わさった方がより効果的に機能するかを調べ、治療をより強力にする可能性のある「協同効果」を調査しました。

実験を開始するために、研究者たちは、コリバシロシスと診断された採卵鶏から採取した16種類の病原性細菌株を集めました。彼らは、これらの細菌がどの標準的な抗生物質に対して生存できるかを確認し、耐性プロファイルを詳細に分析しました。その結果、多くの細菌が、特にアミノグリコシド系やテトラサイクリン系の薬剤に対して耐性を持っていることが分かり、一部の株は最大3つの異なるクラスの抗生物質に対して耐性を示していました。この多様な耐性にもかかわらず、チームは単純で制御された液体培養を用いて、この市販の植物製品をこれら16種類のすべての菌株に対してテストしました。結果は一貫しており、製品はテストされたすべての細菌株の増殖を阻止しました。耐性を持つ菌株を阻止するために必要な製品の量は、標準的な非耐性ラボ株の場合と同じでした。このことは、細菌の抗生物質に対する耐性が、この植物ベースの治療法に対する耐性に影響を与えないことを示唆していました。

研究者たちは、製品がより現実的な設定でどのように耐えうるかを確認するために、実験を一段階進めました。彼らは、多様な微生物がひしめき合う消化管の一部である、採卵鶏の盲腸の実際の内容物を用いて、複雑な生物学的マトリックスを作成しました。そして、生きた鳥の内部で何が起こるかをシミュレートするために、この内容物と細菌、および植物製品を混合しました。この混雑した複雑な環境では、製品の有効性がわずかに低下し、清潔な液体培養と比較して、細菌を阻止するためにより高い濃度が必要となりました。しかし、製品は依然としてテストされたすべての菌株に対して有効でした。この性能のわずかな低下は、盲腸の内容物に含まれる脂肪やタンパク質が植物化合物と相互作用し、細菌を攻撃するための利用可能性をわずかに低下させたためであると考えられますが、それでも製品は機能しました。

どの成分が主要な役割を果たしているのかを理解するために、チームは個々の成分を別々にテストしました。主な構成成分には、シナモン、オレガノ、クローブのエッセンシャルオイルと、ザクロの抽出物が含まれていました。単独でテストした際、シナモンとオレガノのオイルが最も強力であり、クローブオイルやザクロ抽出物よりも低い濃度で細菌の増殖を阻止しました。次に、研究者たちはこれらの成分をペアにして混合し、それらが互いの力を高めるかどうかをテストしました。その結果、組み合わせが「全体が部分の和よりもはるかに大きくなる」ような劇的な「スーパーパワー」効果を生み出すことはありませんでしたが、成分同士が打ち消し合うこともありませんでした。特にシナモンとザプロの組み合わせは、緩やかな協同効果を示しましたが、全体としては、成分は相乗的に作用するというよりは、それぞれ独立して機能していました。

本研究は、この植物由来の製品が、採卵鶏における抗生物質耐性菌を管理するための実行可能な候補であることを結論付けています。この製品は、従来の薬剤に対する耐性に関わらず、幅広い細菌株に対して一貫して機能し、鳥の腸内の複雑な環境においてもその活性を維持しました。鳥の腸の内容物の存在下では効力がわずかに低下したものの、依然として有効でした。研究は、この製品の強力なパフォーマンスは主にシナモンとオレガノのオイルによるものであり、これらが抗菌活性の主要な推進力であると考えています。本研究では成分間の魔法のような相乗効果は見出されませんでしたが、この処方が堅牢であり、細菌の耐性メカニズムによって容易に打破されないことが確認されました。著者らは、これらの実験室での結果は心強いものであるものの、次のステップは、製品が鳥に害を与えたり卵の品質を損なったりすることなく、病気を予防し卵の生産を改善できることを確認するために、生きた鶏を用いてテストすることであると述べています。