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

In de wereld van de veehouderij zijn bacteriën een constante bedreiging. Wanneer deze microscopische indringers ziekte veroorzaken, wenden boeren zich vaak tot antibiotica om hun koppel te redden. Het overmatig gebruik van deze medicijnen heeft echter geleid tot een groeiend probleem: bacteriën leren terug te vechten, waardoor ze resistent worden tegen de middelen die bedoeld zijn om hen te doden. Deze resistentie is niet alleen een ernstige zorg voor de gezondheid van dieren, maar ook voor de menselijke gezondheid, aangezien resistente bacteriën via de voedselketen kunnen verspreiden. Daarom zoeken wetenschappers naar nieuwe manieren om infecties te beheersen die niet afhankelijk zijn van traditionele antibiotica. Een veelbelovende weg houdt het gebruik in van verbindingen die in de natuur voorkomen, zoals de oliën en extracten van planten zoals kaneel, oregano en granaatappel. Deze natuurlijke stoffen staan al lang bekend om hun antimicrobiële eigenschappen, maar hun effectiviteit tegen specifieke, moeilijk te behandelen bacteriën onder realistische landbouwomstandigheden is nog niet volledig begrepen.

Een team onderzoekers aan de Université de Montréal zette zich scharpe om een commercieel plantaardig product te testen dat ontworpen is om een specifieke soort bacteriën te bestrijden, genaamd aviair pathogeen Escherichia coli, of APEC. Deze bacterie veroorzaakt een ziekte die bekend staat als colibacillose bij leghennen, wat leidt tot aanzienlijke verliezen in de eierproductie en sterfte onder de vogels. De wetenschappers wilden weten of dit plantaardige mengsel de bacteriën in zieke hennen kon doden, zelfs als die bacteriën resistent waren geworden tegen gangbare antibiotica. Ze wilden ook zien hoe het product presteerde in een rommelige, complexe omgeving die lijkt op de darm van een hen, in plaats van alleen in een schone laboratoriumschaal. Ten slotte onderzochten ze of de verschillende ingrediënten in het product beter werkten wanneer ze samen werden gebruikt dan wanneer ze alleen werden gebruikt, waarbij ze zochten naar een coöperatief effect dat de behandeling krachtiger zou maken.

Om te beginnen verzamelden de onderzoekers zestien verschillende stammen van de ziekteverwekkende bacteriën uit leghennen die waren gediagnosticeerd met colibacillose. Ze analyseerden deze bacteriën zorgvuldig om hun resistentieprofielen te begrijpen, waarbij ze controleerden tegen welke standaard antibiotica ze konden overleven. Ze ontdekten dat veel van de bacteriën inderdaad resistent waren tegen verschillende gangbare medicijnen, met name die uit de aminoglycoside- en tetracyclinefamilies, waarbij sommige stammen resistent waren tegen wel drie verschillende klassen antibiotica. Ondanks deze diversiteit in resistentie, testte het team het commerciële plantaardige product tegen alle zestien stammen in een eenvoudige, gecontroleerde vloeibare cultuur. De resultaten waren consistent: het product stopte de groei van elke geteste bacteriestam. De hoeveelheid product die nodig was om de bacteriën te stoppen, was voor de resistente stammen hetzelfde als voor een standaard, niet-resistente laboratoriumstam. Dit suggereerde dat het vermogen van de bacteriën om antibiotica te weerstaan hen niet hielp om dit plantaardige middel te weerstaan.

De onderzoekers namen de experimentele stap vervolgens verder om te zien hoe het product stand zou houden in een meer realistische setting. Ze creëerden een complexe biologische matrix met de werkelijke inhoud van de cecum (blinddarm) van een leghen, een deel van het spijsverteringskanaal dat vol zit met diverse microben. Ze mengden dit met de bacteriën en het plantaardige product om te simuleren wat er in een levende vogel zou gebeuren. In deze drukke, complexe omgeving was het product iets minder effectief en was een hogere concentratie nodig om de bacteriën te stoppen vergeleken met de schone vloeibare cultuur. Desondanks bleef het effectief tegen alle geteste stammen. Deze kleine daling in prestaties komt waarschijnlijk doordat de vetten en eiwitten in de cecale inhoud interactie hadden met de plantaardige verbindingen, waardoor ze iets minder beschikbaar waren om de bacteriën aan te vallen, maar het product werkte nog steeds.

Om te begrijpen welke delen van het mengsel het zware werk deden, testte het team de individuele ingrediënten afzonderlijk. De belangrijkste componenten bestonden uit essentiële oliën van kaneel, oregano en kruidnagel, samen met een extract van granaatappel. Wanneer ze afzonderlijk werden getest, waren de oliën van kaneel en oregano het krachtigst en stopten ze de bacteriegroei bij lagere concentraties dan de kruidnagelolie of het granaatappelextract. De onderzoekers mengden deze ingrediënten vervolgens in paren om te zien of ze elkaars kracht zouden versterken. Ze ontdekten dat hoewel de combinaties geen dramatisch "superkracht"-effect creëerden waarbij het geheel veel groter was dan de som der delen, ze elkaar ook niet tegenwerkten. Sommige mengsels, met name kaneel gecombineerd met granaatappel, vertoonden een bescheiden coöperatief effect, maar over het algemeen werkten de ingrediënten onafhankelijk van elkaar in plaats van synergetisch.

De studie concludeert dat dit plantaardige product een levensvatbare kandidaat is voor het beheer van antibiotica-resistente bacteriën in leghennen. Het werkte consistent tegen een breed scala aan bacteriestammen, ongeacht hun resistentie tegen traditionele medicijnen, en behield zijn activiteit, zelfs in de complexe omgeving van de darm van de vogel. Hoewel het product minder potent was in aanwezigheid van de darminhoud, bleef het effectief. Het onderzoek suggereert dat de sterke prestatie grotendeels voortkomt uit de kaneel- en oreganooliën, die de primaire drijfveren lijken te zijn van de antibacteriële activiteit. Hoewel de studie geen magische synergie tussen de ingrediënten vond, bevestigde het dat de formulering robuust is en niet gemakkelijk wordt verslagen door de resistentiemechanismen van de bacteriën. De auteurs merken op dat hoewel deze laboratoriumresultaten bemoedigend zijn, de volgende stap is om het product in levende hennen te testen om te bevestigen dat het ziekte kan voorkomen en de eierproductie kan verbeteren zonder de vogels of de kwaliteit van de eieren te schaden.