Background
Avian infectious bronchitis virus (IBV), a gamma-coronavirus, infects the respiratory tract of chickens and causes the production of eggs with deformed and weakened shells [1,2]. The poultry and egg industries have consequently suffered large economic losses due to IBV infections [3,4]. Current vaccination strategies target specific serotypes of the virus. However, vaccines have not proven wholly effective in protecting against new infections due to the highly recombinant nature of the virus [5,6]. More efficient methods of IBV prevention or treatment are clearly needed. Plant extracts may be a potential source of agents for defending against IBV.
Historically, plant extracts have been widely used to treat various medical conditions [7-9]. Some of the best-known examples include quinine isolated from Cinchona pubescens (Cinchona tree) for treating malaria, digoxin from Digitalis purpurea (foxglove) for treating cardiac conditions, morphine from Papaver somniferum (opium poppy) used for pain, and aspirin synthesized from the bark of various Salix (willow) species. In many of these cases, the active chemicals isolated from these plants have been the basis for developing additional medications that are used today. Additionally, myriad plant extracts have shown activity, both in vitro and in vivo, against a large range of viral pathogens, including hepatitis B and C viruses, herpes simplex virus, influenza virus, poliovirus, dengue viruses, and human immunodeficiency virus [10]. Plant secondary metabolites, particularly polyphenols, are also increasingly recognized as potent antimicrobials [11]. In some cases this ability to use plant metabolites to combat animal pathogens may rise from the similarities in plant and animal innate immune systems [12]. Some commonalities include the use of similar pathogen recognition receptors and MAP-kinase signaling pathways to upregulate cellular immune responses, as well as reactive oxygen species and defensins to protect against invading microbes. Therefore, it is not surprising that the secondary metabolites used by plants for their own defense have been effective inhibitors, in some cases, of animal infectious agents [13]. One such secondary metabolite is catechin. In Picea abies (Norway spruce) and Carmellia sinensis (Chinese tea leaf), catechin-synthesizing genes are upregulated in response to fungal infection and are correlated with increased resistance to infection [14,15]. In humans, ingestion of or gargling with catechin-containing plant extracts results in lower rates of influenza virus infection [16,17]. Quercetin is another secondary metabolite involved in plant and animal pathogen defense. Treatment with quercetin reduces susceptibility of Arabidopsis thaliana (mouse-ear cress) to Pseudomonas syringae infection [18]. In vitro and in vivo studies have both shown that quercetin and its derivatives inhibit influenza virus and poliovirus replication, while in vitro treatment of the human pathogen, Salmonella enterica, results in microbe death [19-24].
The use of plant extracts as an alternative or supplementary IBV treatment or prevention strategy has not been extensively investigated. The range of plants that have been surveyed for their potential as anti-IBV agents is also limited, although, purified compounds isolated from Glycyrrhiza radix (licorice root) [25] and Forsythia suspensa (weeping forsythia) [26] have shown effectiveness against IBV in vitro. However, the use of these extracts or the active ingredients from these extracts for long-term treatment or prevention strategies poses some toxicity concerns [27-29]. These concerns, combined with the difficulties often encountered when translating in vitro research into in vivo treatments [30], suggest that in vitro identification of a number of different antiviral plants for future in vivo studies is important.
This study investigated the effects of extracts of three plant species – Rhodiola rosea (goldenroot), Nigella sativa (black cumin) and Sambucus nigra (common elderberry) – on avian IBV replication. To our knowledge, our study is the first to test the effects of these plants on IBV replication. We chose to study these plants due to their known antiviral properties. For example, R. rosea extract has shown antiviral activity against coxsackievirus B3 by preventing the virus from attaching and entering host cells [31]. R. rosea extracts also contain a number of antiviral chemicals, including gallic acid, caffeic acid, chlorogenic acid, and catechin [32], which have inhibited the replication of human rhinoviruses [33], hepatitis B virus [34], and influenza virus [16,17]. N. sativa extract has shown antimicrobial properties against Escherichia coli, Bacillus subtilis, and other bacteria [35]. Studies of murine cytomegalovirus infection and hepatitis C infection lend support to the plant’s antiviral potential in vivo, as well [36,37]. Additionally, N. sativa compound extracts, especially its saponins, alkaloids, and flavonols, show similarities with known antiviral chemicals [38-40]. Finally, S. nigra extract has successfully inhibited influenza A and B viruses in vitro and in vivo[41]. S. nigra extracts are also characterized by a high content of antiviral flavonoid anthocyanins [42]. Additionally, the antiviral compound quercetin is largely present in both S. nigra and in Amelanchier alnifolia (Saskatoon serviceberry) [43], a known inhibitor of the bovine coronavirus, in vitro[44]. Combined, these studies suggested that extracts of R. rosea, N. sativa, and S. nigra might possess broad antimicrobial or antiviral properties.
Here we show that non-cytotoxic, crude ethanol extracts of R. rosea roots and N. sativa seeds did not inhibit IBV infection in vitro, while S. nigra fruit extracts inhibited IBV by several orders of magnitude. This inhibition was dose-responsive in that it decreased with decreasing S. nigra extract concentrations and increased with decreasing virus concentrations. Treatment of virus with S. nigra extracts prior to infection was necessary, but not sufficient, for full virus inhibition. Additionally, electron microscopy of virions treated with S. nigra extracts showed compromised envelopes and the presence of membrane vesicles. These results demonstrate that S. nigra extract can inhibit IBV at an early point in infection and suggest that it does so by compromising virion structure. Overall these studies identified a plant extract with previously unknown effects against IBV, which could potentially lead to effective treatments or prevention of this or similar coronaviruses.
พื้นหลังนกไวรัสติดเชื้อหลอดลมอักเสบ
( IBV ) แกมมา โคโรนาไวรัส , ติดเชื้อทางเดินหายใจของไก่ และทำให้เกิดการผลิตไข่กับพิการและอ่อนแอเปลือกหอย [ 1 , 2 ] อุตสาหกรรมสัตว์ปีกและไข่มีขนาดใหญ่ จึงได้รับความเสียหายทางเศรษฐกิจเนื่องจาก IBV เชื้อ [ 3 , 4 ] ปัจจุบันกลยุทธ์การฉีดวัคซีน ( เป้าหมายเฉพาะของไวรัส อย่างไรก็ตามวัคซีนได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการป้องกันการติดเชื้อใหม่ทั้งหมดจากธรรมชาติสูง โปรตีนของไวรัส [ 5 , 6 ] วิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของ IBV การป้องกันหรือการรักษาอย่างชัดเจนคือต้องการ สารสกัดจากพืชอาจเป็นแหล่งที่มีศักยภาพของตัวแทน เพื่อต่อต้าน IBV .
ในอดีต , สารสกัดจากพืชมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อรักษาหลายเงื่อนไขทางการแพทย์ [ 4-5 ]บางส่วนของตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่ ควินิน แยกจาก pubescens ( ซิงโคนาต้นซิงโคนา ) สำหรับการรักษามาลาเรีย , ยาดิจิทาลิส ( จาก purpurea ฟอกซ์โกลฟ ) สำหรับการรักษาเงื่อนไขหัวใจ มอร์ฟีนจากต้นฝิ่น ( ฝิ่น ) ใช้สำหรับความเจ็บปวด และแอสไพรินที่สังเคราะห์จากเปลือกไม้ต่างๆ salix ( Willow ) ชนิด ในหลายกรณีเหล่านี้สารเคมีที่ใช้งานอยู่ที่แยกได้จากพืชเหล่านี้มีพื้นฐานสำหรับการพัฒนาโรคเพิ่มเติมที่ใช้ในวันนี้ นอกจากนี้ สารสกัดจากพืชมากมาย ได้แสดงกิจกรรม ทั้งในหลอดทดลองและในสัตว์ทดลอง กับช่วงใหญ่ของไวรัสเชื้อโรค ได้แก่ ไวรัสตับอักเสบชนิดบีและซี เริม ไวรัส ไวรัส ไข้หวัดใหญ่ โปลิโอไวรัส ไข้เลือดออกไวรัส , ไวรัสและภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์ [ 10 ]พืชสารทุติยภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โพลีฟีนอล ยังได้รับการยอมรับมากขึ้นเป็นสารปฏิชีวนะ [ 11 ] ในบางกรณี ความสามารถในการใช้สารต่อต้านเชื้อโรค สัตว์ พืช อาจเพิ่มขึ้นจากความคล้ายคลึงกันในพืชและสัตว์ ระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด [ 12 ]บางสามัญชนรวมใช้ตัวรับและส่งสัญญาณการเพาะเชื้อโรคคล้ายแผนที่เส้นทาง upregulate ของเซลล์ภูมิคุ้มกันการตอบสนองเช่นเดียวกับปฏิกิริยาชนิดออกซิเจน และ ดีเฟ็นซินเพื่อป้องกันการบุกรุกจุลินทรีย์ ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจว่า สารทุติยภูมิที่ใช้โดยพืชสำหรับการป้องกันของพวกเขาเองได้รับสารยับยั้งที่มีประสิทธิภาพ ในบางกรณีของการติดเชื้อในสัตว์ [ 13 ] หนึ่งการสร้างสารทุติยภูมิเช่น Catechin . ใน picea abies ( นอร์เวย์สปรูซ ) และ carmellia ไซแนนซิส ( ใบชาภาษาจีน ) , Catechin สังเคราะห์ยีน upregulated ในการตอบสนองต่อการติดเชื้อราและมีความสัมพันธ์กับการเพิ่มความต้านทานต่อการติดเชื้อ [ 14,15 ] ในมนุษย์การรับประทานหรือ gargling กับ Catechin ที่มีผลสารสกัดจากพืชในอัตราที่ต่ำของการติดเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ [ อันเป็น ] เคอร์เป็นอีกระดับ มีส่วนร่วมในการป้องกันเชื้อโรคอาหารพืชและสัตว์ การรักษาด้วยสารเคอร์ซิทิน ช่วยลดความไวของ Arabidopsis thaliana ( เครสหูเมาส์ ) ของการติดเชื้อ syringae [ 18 ]ในหลอดทดลองและในสัตว์ทดลองการศึกษามีทั้งแสดงเควอซิตินและอนุพันธ์ ยับยั้งเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ และโปลิโอไวรัสซ้ำในขณะที่ในการรักษาร่างกายของเชื้อ Salmonella enterica , มนุษย์ , ผลลัพธ์ในจุลินทรีย์ตาย [ 19-24 ] .
ใช้สารสกัดจากพืชเป็นทางเลือกหรือเสริมการรักษา หรือ กลยุทธ์การป้องกัน IBV ยังไม่ได้ถูกตรวจสอบอย่างกว้างขวางช่วงของพืชที่ได้รับการสำรวจศักยภาพของพวกเขาเป็นตัวแทนต้าน IBV ยังมีจำกัด ถึงแม้จะแยกสารประกอบที่แยกได้จาก glycyrrhiza ราก ( รากชะเอม ) [ 25 ] และนมแมว ( ร้องไห้ suspensa forsythia ) [ 26 ] แสดงประสิทธิผลกับ IBV หลอด อย่างไรก็ตามการใช้สารสกัดเหล่านี้หรือส่วนผสมจากสารสกัดเหล่านี้สำหรับการรักษาระยะยาว หรือกลยุทธ์การป้องกันพิษท่าบางความกังวล [ เพิ่ม ] ความกังวลเหล่านี้รวมกับปัญหาที่พบบ่อยเมื่อแปลในการวิจัยการเข้าในร่างกายการรักษา [ 30 ]แนะนำว่าในการกำหนดหมายเลขของพืชไวรัสที่แตกต่างกันเพื่ออนาคตการศึกษาในสัตว์ที่สำคัญ
การศึกษานี้เป็นการศึกษาผลของสารสกัด 3 ชนิดพืชและ rhodiola rosea ( goldenroot ) ไนเจลลา sativa ( ยี่หร่าดำ ) และพวงไข่มุก ไนกร้า ( Common Elderberry ) ซึ่งต่อมา IBV ซ้ำ ความรู้ของเราการศึกษาของเราเป็นครั้งแรกเพื่อทดสอบผลของพืชเหล่านี้ใน IBV ซ้ำ เราเลือกที่จะศึกษาพืชเหล่านี้เนื่องจากพวกเขารู้จักไวรัสคุณสมบัติ ตัวอย่างเช่น R . rosea สกัดได้แสดงฤทธิ์ต้านไวรัส กับ คอกซากี่ไวรัส B3 โดยการป้องกันไวรัสจากการบุกรุกโฮสต์เซลล์ [ 31 ] R . rosea สารสกัดยังประกอบด้วยหมายเลขของสารเคมีต่างๆ ได้แก่ กรดแกลลิค ,Caffeic กรด chlorogenic acid และ Catechin [ 32 ] ซึ่งมีฤทธิ์ยับยั้งการมนุษย์ไรโนไวรัส [ 33 ] , ไวรัสตับอักเสบบี [ 34 ] และ [ ไข้หวัดใหญ่ไวรัสอันเป็น ] เอ็น , สกัดได้แสดงคุณสมบัติต้านจุลชีพต่อเชื้อ Escherichia coli , Bacillus subtilis และแบคทีเรียอื่น ๆ [ 35 ]การศึกษาการติดเชื้อไวรัสตับอักเสบ ซี การติดเชื้อ cytomegalovirus ~ และให้ยืมสนับสนุนของพืชจะทำให้ศักยภาพในร่างกายอีกด้วย [ 36,37 ] นอกจากนี้ , เอ็น , สารสกัด , โดยเฉพาะอย่างยิ่งการ saponins , อัลคาลอยด์ และ ฟลาโวนอล แสดงความคล้ายคลึงกับไวรัส 38-40 รู้จัก [ เคมี ] ในที่สุด , S .ไนกร้าแยกได้ยับยั้งไวรัสไข้หวัดใหญ่ A และ B ในหลอดทดลองและในสัตว์ทดลอง [ 41 ] เอสไนกร้าสารสกัดยังมีลักษณะเนื้อหาสูงของไวรัสฟลาโวนอยโทไซยานิน [ 42 ] นอกจากนี้ เควอซิตินผสมไวรัสเป็นส่วนใหญ่ในปัจจุบันทั้งในสหรัฐอเมริกาและใน amelanchier ไนกร้า alnifolia ( Saskatoon เซอร์วิซเบอร์รี ) [ 43 ] , รู้จักยับยั้งของโคโรนาไวรัสวัว , หลอด [ 44 ]รวม การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า สารสกัดของ โรซี่ , เอ็น , และ S . ไนกร้าอาจมีคุณสมบัติต้านไวรัสหรือกว้าง
ที่นี่เราแสดงให้เห็นว่าปลอดพิษ , ดิบ สารสกัดเอทานอลของ ราก ใบ เมล็ด โรซี่ , ไม่ยับยั้ง IBV การติดเชื้อในหลอดทดลอง ในขณะที่สารสกัดจากผลไม้เอสไนกร้ายับยั้ง IBV หลายคำสั่งของ ขนาดการยับยั้งนี้เป็นปริมาณที่ลดลง การลดลงของไนกร้าสกัดความเข้มข้นและเพิ่มขึ้นปริมาณไวรัส การรักษาไวรัสเอสไนกร้าแยกก่อนการติดเชื้อเป็นสิ่งที่จำเป็น แต่ไม่เพียงพอ เพื่อยับยั้งไวรัสเต็มรูปแบบ นอกจากนี้ จุลทรรศน์อิเล็กตรอนของความเสียหายที่ได้รับ .สารสกัด พบถูกบุกรุกไนกร้าซองจดหมายและการแสดงตนของเยื่อแผ่นเล็ก ๆ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเอสไนกร้าสกัดสามารถยับยั้ง IBV ที่จุดในช่วงต้นของการติดเชื้อและขอแนะนำให้มันได้ โดยการสร้างสภาพแวดล้อมการโฮสต์ . โดยการศึกษานี้ระบุว่าสารสกัดจากพืชที่มีผลกระทบกับ IBV ก่อนหน้านี้ไม่รู้จัก ,ซึ่งอาจนำไปสู่การมีประสิทธิภาพการรักษาหรือการป้องกันนี้ หรือโคโรนาไวรัสที่คล้ายกัน
การแปล กรุณารอสักครู่..