Aktivitas antimikroba nanoliposom minyak pohon tee terhadap Escherichia coli
Dalam studi Poultry Science baru-baru ini, para peneliti telah merumuskan tee tree oil nanoliposomes (TTONL) dan menganalisis kemanjuran antibakterinya terhadap Escherichia coli patogen (E. coli) yang secara signifikan mempengaruhi industri unggas. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan obat baru untuk mempromosikan peternakan yang sehat dan berkelanjutan di China.
Infeksi E.coli pada unggas
Meskipun sebagian besar galur E. coli bersifat non-patogen dan terdapat secara alami di usus, beberapa galur yang mematikan dapat menyebabkan penyakit Crohn, gastroenteritis, dan kolitis hemoragik. Selain itu, E. coli patogen menyebabkan colibacillosis, yang merupakan infeksi sistemik atau lokal yang biasa ditemukan pada unggas. Colibacillosis juga dikaitkan dengan lesi multiorgan, seperti peradangan kantung udara, peri-hepatitis, dan peritonitis, menyebabkan kematian yang signifikan pada unggas.
Dinding sel E. coli terutama terdiri dari lipopolisakarida (LPS), dan lisis seluler bakteri ini menyebabkan pelepasan LPS secara masif yang memicu respons peradangan. Dalam konteks ini, NLRP3 ditemukan memainkan peran penting dalam menginduksi respon inflamasi selama infeksi E. coli. Faktor lain yang memediasi peradangan tahap akhir adalah HMGB1.
Tee tree oil (TTO) dan nanoliposom
TTO adalah minyak esensial yang diekstraksi dari daun pohon teh. Minyak atsiri ini berwarna kuning muda hingga bening dan mengandung bau kamper yang segar. Biasanya, pohon teh ditemukan di pesisir selatan Queensland hingga utara New South Wales, Australia.
TTO memiliki banyak aplikasi obat, termasuk pengobatan herpes, jerawat, kudis, gigitan serangga, dan infeksi kulit mikroba. Yang penting, minyak atsiri ini telah menunjukkan minimal inhibitory concentration (MIC) kurang dari 1% terhadap sebagian besar bakteri dan jamur. Oleh karena itu, TTO dianggap sebagai agen antimikroba yang menjanjikan.
Terpinen-4-ol dan α-terpineol adalah komponen utama TTO yang meningkatkan aktivitas antibakteri. Secara mekanis, efek bakterisidal dari komponen ini telah dikaitkan dengan gangguan membran sel mikroba, yang menyebabkan lisis sel.
Selain kelebihannya, beberapa keterbatasan yang membatasi penerapan TTO antara lain tidak larut dalam air, sifatnya yang tidak stabil, dan kecenderungan kuat bahan aktifnya untuk berubah saat terkena udara. Kekurangan ini dapat diatasi dengan menggunakan nanoliposom, sistem pembawa vesikel bilayer yang dibentuk dengan perakitan sendiri dalam media berair.
Nanoliposom yang membawa minyak esensial mencapai situs target melalui interaksi seluler (mis., Fagositosis, adsorpsi, dan fusi). Yang penting, ini telah secara signifikan meningkatkan stabilitas minyak atsiri yang buruk selama penyimpanan dan aplikasi. Pada penelitian ini, TTONL diproduksi secara optimal untuk menghambat penyakit E.coli pada unggas.
Sintesis dan karakterisasi TTONL
TTONL disintesis menggunakan teknik hidrasi film tipis dan sonikasi. Proses pengembangan dioptimalkan menggunakan metode permukaan respons Box-Behnken. Kondisi optimal yang ditentukan untuk sintesis TTONL adalah rasio massa lesitin terhadap kolesterol 3,7:1, pH medium hidrasi 7,4, dan konsentrasi TTO 0,5. Kondisi tersebut menyebabkan laju enkapsulasi TTONL sebesar 80,31 ± 0,56%.
Response surface and contour map. (A-A1) Lecithin to
cholesterol mass ratio vs. hydration medium pH, (B-B1) Lecithin to cholesterol
mass ratio vs. TTO concentration, (C-C1) TTO concentration vs. hydration medium
pH. Abbreviation: TTO, tee tree oil.
Analisis Transmission electron microscope (TEM) mengungkapkan bahwa TTONL berbentuk hampir bulat dan berukuran seragam. Ukuran partikel rata-rata struktur bilayer yang mengandung TTO ini adalah 227,8 ± 25,3 nm dengan muatan negatif. Puncak penyerapan karakteristik TTONL mengungkapkan modifikasi yang tidak signifikan dari kerangka dasar liposom. Yang penting, hasil percobaan menunjukkan bahwa TTONL lebih stabil pada suhu 4oC, dibandingkan dengan suhu kamar, selama 35 hari.
Characterization of TTONL. (A) TEM of ENL (a) and TTONL (b) (100 kV). (B) Mean particle size of ENL and TTONL (n = 3). (C) Mean zeta potential of ENL and TTONL (n = 3). (D) FTIR spectra of TTO, ENL, TTONL, cholesterol, egg yolk lecithin, and Tween-80. Abbreviations: ENL, empty nanoliposomes; TEM, transmission electron microscope; TTO, tee tree oil, TTONL, tee tree oil nanoliposomes.
The stability of TTONL at 4°C and room temperature. (A) Particle size change of TTONL over 35 days (n = 3). (B) PDI change of TTONL over 35 days (n = 3). Abbreviations: TTONL, tee tree oil nanoliposomes.
Khasiat antibakteri TTONL
Kemanjuran antibakteri TTONL dinilai terhadap E. coli melalui percobaan in vitro dan in vivo. Untuk studi in vivo, kemanjuran TTONL diselidiki menggunakan ayam yang terinfeksi colibacillosis.
Temuan uji MIC menunjukkan bahwa nanoliposom meningkatkan kemanjuran antibakteri TTO terhadap berbagai strain E. coli. Setelah 8 jam pengobatan dengan 75 mg/mL TTONL, efek bakterisidal lengkap diamati terhadap galur uji.
Inhibition of growth and damage of E. coli by TTONL. (A) Effect of TTO and TTONL on the growth of ATCC25922. (B) Effect of TTO and TTONL on the growth of 0419-P1B1. (C) SEM results of E. coli treated with different concentrations of TTONL (30KX). (a) Control, (b) 1MIC (0.75 mg/mL), (c) 1/2MIC (0.38 mg/mL), (d) 1/4MIC (0.19 mg/mL). Abbreviations: TTO, tee tree oil, TTONL, tee tree oil nanoliposomes.
Eksperimen in vitro menunjukkan bahwa paparan TTONL menyebabkan berbagai tingkat kerusakan struktural pada galur E. coli. Sebuah studi in vivo mengungkapkan bahwa pemberian oral TTONL secara signifikan mengurangi gejala klinis dan lesi usus ayam yang terinfeksi. Yang penting, pengobatan TTONL sangat menurunkan ekspresi mRNA NLRP3 dan NF-κB di sekum dan duodenum ayam yang terinfeksi E. coli.
TTONL relieved the intestinal damage caused by E. coli 0419-P1B1 in broilers. (A) Histological changes in the cecum (100X). (B) Histological changes in the duodenum (100X). (C) The duodenal villus height. (D) The duodenal crypt depth. (E) The duodenal villus height / crypt depth. The data are expressed as the Mean ± SE (n = 6). * P < 0.05 vs. mod, ⁎⁎ P < 0.01 vs. mod, ⁎⁎⁎P < 0.001 vs. mod, ##P < 0.01 vs. con, ###P < 0.001 vs. con, ns means no significant vs. con/mod. Abbreviation: TTONL, tee tree oil nanoliposomes.
Kesimpulan
TTONL yang baru disintesis menunjukkan tingkat enkapsulasi yang lebih besar, pelepasan lambat, dan peningkatan stabilitas dengan aktivitas antibakteri yang menjanjikan terhadap patogen yang diuji. Mempertimbangkan semua hasil percobaan, penelitian ini sangat merekomendasikan aplikasi profilaksis TTONL untuk mengelola penyakit bakteri unggas.
Journal reference:
Bo, R. et al. (2023) "Tea tree oil nanoliposomes: optimization, characterization, and antibacterial activity against Escherichia coli in vitro and in vivo", Poultry Science, 102(1), p. 102238. doi: 10.1016/j.psj.2022.102238. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003257912200534X?via%3Dihub
No comments