ユーカリグロブラス精油ベースのナノエマルジョン：総合的な開発、in vitroおよびin silico評価によるSpodoptera lituraへの対抗

学術的背景

世界人口の急速な増加に伴い、2050年までに97億人に達すると予測されており、食料安全保障の問題が深刻化しています。農業生産性はさまざまな要因によって影響を受けますが、その中でも害虫による作物の被害が特に深刻です。タバコガ（Spodoptera litura）は、アジア・太平洋地域およびオセアニア地域に広く分布する多食性の害虫で、大豆、綿、ピーナッツ、トマトなどの経済的に重要な作物を含む128種の植物に被害を与えます。長い間、農家は合成化学農薬に依存して害虫を防除してきましたが、これらの農薬は非標的生物、人間の健康、環境に悪影響を及ぼしています。さらに、害虫の農薬に対する耐性も増加しています。そのため、環境に優しく持続可能な代替品の開発が緊急の課題となっています。植物由来の農薬は、その低毒性、迅速な生分解性、および天敵への影響が少ないことから、合成化学農薬の有力な代替品と見なされています。近年、植物精油（Essential Oils, EOs）を基にした農薬は、その広範な効果と低毒性から注目を集めています。しかし、精油の水溶性の低さ、揮発性の高さ、光および酸素に対する感受性がその直接的な応用を制限しています。ナノエマルジョン技術により、精油をナノ粒子に封入することでこれらの問題を解決し、その生物活性を向上させることができます。

論文の出所

本論文は、Ankur、Nida、Narender Singh、Sanjiv Mullick、およびAlka Guptaによって共同執筆され、著者らはインドのデリー大学（University of Delhi）およびインド科学産業研究評議会（CSIR）傘下のゲノミクス・統合生物学研究所（Institute of Genomics and Integrative Biology, IGIB）に所属しています。この研究は2025年3月21日に受理され、『Bionanoscience』誌に掲載されました。DOIは10.1007/s12668-025-01912-8です。

研究のプロセスと結果

1. ユーカリ精油の抽出と成分分析

研究者は、インドのタミル・ナードゥ州のNilgirisユーカリ精油蒸留所からユーカリ精油（Eucalyptus globulus Essential Oil, EGeO）を入手し、ガスクロマトグラフィー-質量分析（GC-MS）を用いてその成分を分析しました。その結果、ユーカリ精油は主にモノテルペンとセスキテルペン類から構成されており、1,8-シネオール（67.14%）、α-ピネン（7.50%）、およびα-テルピネオール（7.08%）が主要成分であることが明らかになりました。

2. ナノエマルジョンの調製と最適化

研究者は、低エネルギー自発乳化法を用いて、15%のユーカリ精油と5%の乳化剤（Tween 80またはSpan 80）を混合し、水中油型（O/W）ナノエマルジョンを調製しました。動的光散乱法（DLS）および透過型電子顕微鏡（TEM）によるナノエマルジョンの特性評価により、Tween 80を使用して調製したナノエマルジョンは、平均液滴径が小さく（289.16 nm）、分散指数（PDI）が低い（PDI < 0.3）ことが示され、良好な単分散性を示しました。一方、Span 80を使用して調製したナノエマルジョンは、高い多分散性を示しました。

3. ナノエマルジョンの安定性と薬物封入効率

研究者は、ナノエマルジョンの長期安定性を評価し、25°Cおよび5°Cで50日間保存した後、Tween 80を使用して調製したナノエマルジョンの液滴径の変化が少ないことが示され、良好な安定性を示しました。さらに、ナノエマルジョンの薬物封入効率は97%と高く、ユーカリ精油がナノエマルジョンに効果的に封入されていることが示されました。

4. 生物活性試験

研究者は、一連の生物実験を通じて、ユーカリ精油ナノエマルジョンのタバコガに対する防除効果を評価しました。その結果、ナノエマルジョンはタバコガの卵に対して顕著な殺卵活性を示し、LC50値は22.331 mg/mLでした。さらに、ナノエマルジョンは初齢幼虫に対して顕著な忌避作用を示し、ガラストンネル嗅覚計テストでは、幼虫がナノエマルジョン処理区域を明らかに避けることが観察されました。殺虫実験では、ナノエマルジョンは幼虫の生存率を著しく低下させ、10 mg/mLの濃度で幼虫の死亡率が92%に達しました。

5. 分子ドッキング研究

ユーカリ精油の殺虫メカニズムをさらに解明するために、研究者はユーカリ精油の7つの主要成分について分子ドッキング研究を行いました。その結果、これらの成分はタバコガの化学感覚タンパク質（Chemosensory Proteins, CSPs）と良好な結合親和性を示し、結合エネルギーは-4.0から-5.2 kcal/molの範囲でした。これは、ユーカリ精油の成分がCSPsの活性を抑制することで、害虫の嗅覚システムを妨害し、忌避および殺虫作用を発揮する可能性を示唆しています。

研究の結論と意義

本研究は、ユーカリ精油を基にしたナノエマルジョンがタバコガの防除において顕著な殺卵、忌避、および殺虫活性を示すことを明らかにしました。ナノエマルジョンの良好な安定性と高い薬物封入効率は、農業分野での応用可能性を提供します。さらに、分子ドッキング研究は、ユーカリ精油成分と害虫の化学感覚タンパク質との相互作用メカニズムを明らかにし、新たな生物農薬の開発に対する理論的基盤を提供しました。

研究のハイライト

1. タバコガの効率的な防除：ユーカリ精油ナノエマルジョンは、実験室条件下で顕著な殺卵、忌避、および殺虫活性を示し、タバコガの総合防除に新たなアプローチを提供します。
2. ナノエマルジョンの安定性と効率的な薬物封入：低エネルギー自発乳化法により調製されたナノエマルジョンは、良好な安定性と高い薬物封入効率を示し、精油の水溶性の低さと揮発性の高さという問題を解決しました。
3. 分子メカニズムの研究：分子ドッキング研究は、ユーカリ精油成分と害虫の化学感覚タンパク質との相互作用メカニズムを明らかにし、新たな生物農薬の開発に対する科学的基盤を提供しました。

応用価値

この研究は、環境に優しい生物農薬の開発に重要な知見を提供し、ユーカリ精油ナノエマルジョンは、農業害虫の総合防除において重要な役割を果たすことが期待されます。さらに、この研究は、他の植物精油の害虫防除における応用に対する技術的支援と理論的指導を提供します。