オイゲノール、トランス-シンナムアルデヒド、シトロネロール、およびテルピネオールの培養依存性および非依存性の方法で評価されたバイオフィルム制御への効果

The Effects of Eugenol, Trans-Cinnamaldehyde, Citronellol, and Terpineol on Biofilm Control as Assessed by Culture-Dependent and -Independent Methods.

• Magdalena A Olszewska
• Astrid Gędas
• Manuel Simões

抄録

細菌のバイオフィルムは食品衛生上の問題を引き起こし、食品業界で使用されている従来の介入方法を危うくしている。したがって、バイオフィルム制御に有効な精油（EO）化合物を使用するアプローチは、かなりのメリットがあり、詳細な研究に値する。本研究では、選択されたEO化合物（オイゲノール、トランスシンナムアルデヒド、シトロネロール、およびテルピネオール）のバイオフィルム制御に対する効果を、プレートカウント、レザズリンアッセイ、およびフローサイトメトリー（FCM）および共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）と結合したSyto 9/PI（-/ヨウ化プロピジウム）染色によって評価した。選択したEO化合物は3～5mMの低濃度でプランクトンの生育を効果的に阻害し，高い抗菌活性を示した。EO化合物はバイオフィルムにも顕著に干渉し、トランスシンナムアルデヒドが最も顕著な効果を示した。その抗菌活性は、細胞代謝活性の高い低下（60％以上）とバイオフィルム細胞培養性のほぼ完全な低下によって示された。また、全細胞の90％近くが細胞膜の障害を受けていた。トランスシンナムアルデヒドはさらに、細胞の形態に影響を与え、その結果、フィラメントが形成され、その結果、細胞の網目状のネットワークが形成された。シトロネロールは、観察された効果の深刻さの点で2番目のスコアを獲得しました。しかし、最も重要なのは、それがネイティブマイクロコロニーの形成を強く阻害したことである。オイゲノールとテルピネオールもまた、典型的なバイオフィルム構造の形成に影響を与えたが、依然として小さな細胞の集合体が繰り返し見られた。全体的に、オイゲノールは細胞膜に最も軽度の障害をもたらし、全細胞の50％が健康な細胞と結合してSyto 9+/PI-パターンを示し、さらに48％が損傷を受けた細胞と結合していた（Syto 9+/PI+）。テルピネオールについては、健康な細胞の割合が同じであるにもかかわらず、さらに45％が中等度（Syto 9+-PI+）と重度（Syto 9-PI+）の損傷を受けた細胞の間で共有されていた。この結果は、バイオフィルムに対するEO化合物の作用を正確に評価するためのマルチメソッドアプローチの重要性を強調しており、食品産業におけるEO化合物の効果的な使用のためのより良い戦略の開発に役立つ可能性がある。

Bacterial biofilms contribute to problems with preserving food hygiene, jeopardizing any conventional intervention method used by the food industry. Hence, the approach of using essential oil (EO) compounds effective in biofilm control has considerable merit and deserves in-depth research. In this study, the effect of selected EO compounds (eugenol, trans-cinnamaldehyde, citronellol, and terpineol) was assessed on biofilm control by plate count, resazurin assay, and Syto 9/PI (-/propidium iodide) staining coupled with flow cytometry (FCM) and confocal laser scanning microscopy (CLSM). The selected EO compounds effectively inhibited the growth of planktonic at low concentrations of 3-5 mM, revealing a high antimicrobial activity. EO compounds markedly interfered with biofilms too, with trans-cinnamaldehyde causing the most prominent effects. Its antibiofilm activity was manifested by a high reduction of cell metabolic activity (>60%) and almost complete reduction in biofilm cell culturability. In addition, almost 90% of the total cells had perturbed cell membranes. Trans-cinnamaldehyde further impacted the cell morphology resulting in the filamentation and, thus, in the creation of a mesh network of cells. Citronellol scored the second in terms of the severity of the observed effects. However, most of all, it strongly prevented native microcolony formation. Eugenol and terpineol also affected the formation of a typical biofilm structure; however, small cell aggregates were still repeatedly found. Overall, eugenol caused the mildest impairment of cell membranes where 50% of the total cells showed the Syto 9+/PI- pattern coupled with healthy cells and another 48% with injured cells (the Syto 9+/PI+). For terpineol, despite a similar percentage of healthy cells, another 45% was shared between moderately (Syto 9+PI+) and heavily (Syto 9-PI+) damaged cells. The results highlight the importance of a multi-method approach for an accurate assessment of EO compounds' action against biofilms and may help develop better strategies for their effective use in the food industry.