著者の所属・活動拠点の国は、エジプト、サウジアラビアです。

掲載誌：Nanomaterials

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

肺炎桿菌（クレブシエラ・ニューモニエ）は、物の表面などに「バイオフィルム」と呼ばれる膜状の集団を作ります。バイオフィルムは、多糖・たんぱく質・DNAなどでできた膜で菌が包まれた状態です。著者らによると、こうした感染は慢性化しやすく、病気の増加や経済的損失につながります。また、多くの抗菌薬が効きにくい菌への対策として、植物由来の成分を活用する試みが増えています。クローブ（丁子）は、抗菌作用などで広く知られる香辛料植物です。

研究チームは、まず牛と人での肺炎桿菌の検出状況と、抗菌薬の効き方を調べることを目的としました。そのうえで、クローブ抽出液を使った環境負荷の小さい方法（グリーン合成）で、銀と水酸化ニッケルを含む2種類の複合ナノ材料を作りました。この材料の抗菌作用、バイオフィルム抑制作用、細胞への毒性を評価することもねらいでした。さらに、材料の表面が微生物の細胞壁成分とどのように結び付くかを、コンピューターによるモンテカルロ・シミュレーションで調べました。

何を、どのように調べたか

調査は2025年1月から7月にかけて、エジプトのベニ・スエフ地域にある民間の酪農場などで行われました。集めた試料は計130件です。内訳は、牛の乳50件、牛のふん50件、人の便30件です。人の便は、大学の外来を受診した27人と農場作業員3人から採取され、採取時にはいずれも見かけ上健康でした。試料を培養し、生化学的な検査と遺伝子による確認で肺炎桿菌を特定しました。そのうえで、7種類の抗菌薬に対する感受性をディスク拡散法で調べ、バイオフィルムを作る能力をコンゴーレッド寒天を使う方法で確かめました。

ナノ材料は、クローブ抽出液に銀イオンとニッケルイオンを加えて作りました。抽出液に含まれる成分の働きで、銀は金属の粒子になり、ニッケルは水酸化ニッケルとして沈殿します。こうして得た粉末が「Ag/Ni(OH)2/クローブ複合体」です。この粉末を窒素中で550℃・2時間加熱して有機物を炭素に変え、その後に水分と反応させたものが「Ag/Ni(OH)2/C複合体」です。2種類の材料について、X線回折で結晶の状態を、電子顕微鏡で表面の形と元素組成を調べました。

多くの薬が効きにくい菌株に対しては、2種類の材料の効果を比べました。指標は、寒天上で菌の増殖が止まる範囲の幅（阻止円）、菌の増殖を抑える最小濃度（MIC）、菌を死滅させる最小濃度（MBC）です。バイオフィルムの抑制については、100、500、750、1000 µg/mLの濃度で効果を調べました。細胞への毒性はMTT法で評価しました。MTT法は、生きている細胞の代謝活性を色の変化で測る方法です。

シミュレーションでは、Ag/Ni(OH)2の2つの結晶面の上に3種類の分子を置き、どれだけ安定に吸着するかを計算しました。3種類の分子は、細菌の細胞壁成分であるリポ多糖（LPS）、菌類（カビなど）の細胞膜・細胞壁成分であるエルゴステロールとキチンです。

主な報告結果

2種類の材料を比べると、加熱処理したAg/Ni(OH)2/C複合体のほうが強い抗菌作用を示しました。阻止円の幅は、Ag/Ni(OH)2/C複合体が20.67 mm、クローブ複合体が14.00 mmでした。MICはそれぞれ20.83 µg/mLと48.77 µg/mL、MBCは36.50 µg/mLと104.17 µg/mLで、いずれもAg/Ni(OH)2/C複合体のほうが低い濃度で効きました。

バイオフィルムの形成は、両方の材料で濃度が高いほど抑えられました。最も強い効果は、Ag/Ni(OH)2/C複合体の1000 µg/mLで見られ、バイオフィルム形成が抑えられた菌株の割合は86.7%でした。この濃度でも、クローブ複合体はこれより低い割合にとどまりました。最も低い100 µg/mLでは、割合はクローブ複合体が20.0%、Ag/Ni(OH)2/C複合体が33.3%でした。

細胞への毒性について、著者らはクローブ複合体を評価しました。7.8～62.5 µg/mLの低い濃度範囲では細胞の生存率が90%を超えましたが、それより高い濃度では濃度に応じて生存率がはっきり下がりました。細胞の半数の活性が失われる濃度（IC50）は264.7 µg/mLと報告されています。

肺炎桿菌は130件中56件（43.1%）から見つかりました。試料別では、牛のふんが50件中24件（48.0%）、人の便が30件中13件（43.3%）、牛乳が50件中19件（38.0%）でした。著者らは、ふんで多く見つかった理由として、農場環境に有機物が多いことや、牛の周囲や乳頭の洗浄が不十分だったことを挙げています。

シミュレーションでは、LPS、エルゴステロール、キチンの吸着エネルギーがそれぞれ−50.15、−23.46、−8.08 kcal/molでした。いずれもマイナスの値で、著者らはこれを強い吸着を示すものとしています。結晶面による違いも見られました。LPSとエルゴステロールは(100)面で、キチンは(010)面で、やや吸着しやすいという結果でした。

この報告が示すこと

研究チームは、肺炎桿菌が人と動物の試料に広く存在すると述べています。特に、病原性に関わる性質を持ち、よく使われる抗菌薬の多くが効かない菌株は、治療の失敗につながる公衆衛生上の深刻なリスクだとしています。そのうえで、クローブ抽出液を使って作った複合ナノ材料には抗菌作用とバイオフィルム抑制作用があり、既存の薬の効果を高める手がかりになると結論づけています。シミュレーションの結果は、材料が微生物の主要な成分を強く引き付けることを示し、実験で見られた抗菌作用を分子の水準で説明する裏付けとされています。

一方で、著者らは条件も示しています。安全性が良好とされたのは、低い濃度範囲で使う場合に限られます。また、抗菌作用の仕組みとして挙げた点は、可能性として述べられたものです。具体的には、銀イオンの放出、たんぱく質や酵素への作用、細胞膜の損傷、酸化ストレスの誘発、水酸化ニッケルと菌の表面との相互作用です。

原著論文の著者・所属：Sahar Abdel Aleem Abdel Aziz（Hygiene, Zoonoses and Epidemiology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Samar M. Mahgoub（Materials Science and Nanotechnology Department, Faculty of Postgraduate Studies for Advanced Sciences, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Mohamed M. Abdel Rahim（Hygiene, Zoonoses and Epidemiology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Eman A. Mohamed（Renewable Energy Science and Engineering Department, Faculty of Postgraduate Studies for Advanced Sciences (PSAS), Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Haifa E. Alfassam（Biology Department, College of Science, Princess Nourah Bint Abdulrahman University, Riyadh 11671, Saudi Arabia）、Fatma Mohammed Ahmed（Microbiology and Biochemistry Department, Faculty of Science, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Saleh Maoda（Department of Zoology, College of Science, King Saud University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia）、Sherin R. Rouby（Veterinary Medicine Department, Faculty of Veterinary Medicine, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）、Ghada S. I. Osman（Bacteriology Department, Animal Health Research Institute (AHRI), Agricultural Research Center (ARC), Beni Suef 62511, Egypt）、Afaf Alatawi（Biology Department, Collage of Science, Tabuk University, Tabuk 71491, Saudi Arabia）、Rehab Mahmoud（Chemistry Department, Faculty of Science, Beni Suef University, Beni Suef 62511, Egypt）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Sahar Abdel Aleem Abdel Aziz, Samar M. Mahgoub, Mohamed M. Abdel Rahim, et al. Experimental and Monte Carlo Insights into the Biofilm Control of Klebsiella pneumoniae Using Green-Synthesized Ag/Ni(OH)2/Clove Nanocomposites. Nanomaterials（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-23. DOI: 10.3390/nano16191202. 原著ライセンス：CC BY.