Sanguisorba officinalis L.のポリフェノール抽出物による枯草菌の細胞膜特性とリン脂質脂肪酸の変化

Changes in cell membrane properties and phospholipid fatty acids of bacillus subtilis induced by polyphenolic extract of Sanguisorba officinalis L.

• Hong-Lin Zhu
• Gang Chen
• Sun-Ni Chen
• Rui-Qi Wang
• Long Chen
• Hui Xue
• Su-Ping Jian

抄録

Sanguisorba officinalis L. (バラ科バラ科、バラ科亜科)は、南ヨーロッパ、北アフリカ、東アジアに分布する植物である。本研究では、S. officinalis L.から精製したポリフェノール抽出物（PPE）の枯草菌に対する抗菌活性を、増殖抑制およびアポトーシスアッセイを用いて実証し、細胞膜特性の変化に関与する抗菌機構を明らかにした。フーリエ変換赤外分光法により、PPEが枯草菌の細胞壁と細胞膜の性質を変化させることが示唆された。さらに、細胞膜の完全性と透過性を調べた結果、最小殺菌濃度（MBC）よりも最小抑制濃度（MIC）の方がPPEによって枯草菌の細胞膜の完全性が大きく損なわれることが明らかになった。その代わり、MBCでのPPEは細胞膜の流動性を低下させ、アンテイソ及びイソ分岐リン脂質脂肪酸（PLFAs）の割合をコントロールの64.17±0.28％及び27.23±0.03％から、それぞれ5.57±1.06％及び6.00±1.40％へと有意に減少させた（P <0.001）。走査型電子顕微鏡観察では、PPEの細胞形態への影響が異なることが明らかになり、MICおよびMBCにおいて、PPEは細胞膜を破壊し、細胞膜の流動性を低下させることで抗菌活性を発揮することが明らかになった。以上のことから、本研究ではPPE曝露による細菌膜の変化を明らかにし、抗菌剤としての使用の可能性を示した。実用的応用：合成化学保存料の乱用は食品の安全性に懸念があるが、植物由来のポリフェノール化合物は安全で効果的な代替品である可能性がある。本研究では、Sanguisorba officinalis L.の精製ポリフェノール抽出物（PPE）の強力な抗菌活性を実証し、枯草菌に対する抗菌メカニズムを明らかにした。

Sanguisorba officinalis L. (family Rosaceae, subfamily Rosoideae) is a plant found throughout Southern Europe, Northern Africa, and Eastern Asia. This study demonstrated the antibacterial activity of a purified polyphenolic extract (PPE) from S. officinalis L. against Bacillus subtilis using growth inhibitory and apoptosis assays, and investigated the antibacterial mechanism responsible for changes in cell membrane properties. Fourier transform infrared spectroscopy suggested that PPE altered the cell wall and membrane properties of B. subtilis. Further determination of cell membrane integrity and permeability revealed that B. subtilis membrane integrity was more severely damaged by PPE at the minimum inhibitory concentration (MIC) than at the minimum bactericidal concentrati on (MBC). Instead, PPE at the MBC reduced cell membrane fluidity by significantly decreasing the proportion of anteiso- and iso-branched phospholipid fatty acids (PLFAs) from 64.17 ± 0.28% and 27.23 ± 0.03% in the control to 5.57 ± 1.06% and 6.00 ± 1.40%, respectively (P < 0.001). Scanning electron microscopy revealed different effects of PPE on cell morphology, demonstrating that, at the MIC and MBC, PPE exerted antibacterial activity by disrupting the cell membrane and reducing cell membrane fluidity, respectively. Consequently, this study elucidated changes in the bacterial membrane due to exposure to PPE and its potential use as an antimicrobial agent. PRACTICAL APPLICATION: The abuse of synthetic chemical preservatives raises food safety concerns; however, plant-derived polyphenolic compounds may be a safe and effective alternative. This study demonstrated the strong antibacterial activity of a purified polyphenolic extract (PPE) of Sanguisorba officinalis L. and revealed its antibacterial mechanism against Bacillus subtilis, suggesting that it may provide a useful antimicrobial agent in food industry applications.

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