АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА БОБОВЫХ

АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА БОБОВЫХ

Научная статья

Каурова З.Г.¹, Умеренкова М.В.^2, *

^{1, 2} Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (cybery20[at]mail.ru)

Аннотация

Современные синтетические антибиотики утрачивают свою противомикробную эффективность в следствие появления резистентности у микроорганизмов. Альтернативным методом лечения может стать использование лекарственных препаратов на основе экстрактов и эфирных масел различных растений. В данной работе представлены результаты исследований противомикробного эффекта спиртовых экстрактов бобовых растений. Важным фактором является их повсеместное распространение, относительная дешевизна и доступность сырья. Высокую антимикробную активность в отношении ESKAPE– патогенов проявили экстракты цветков клевера лугового и люпина многолистного. Именно эти экстракты рекомендуются для дальнейшего изучения для включения их в состав противомикробных препаратов.

Ключевые слова: антимикробная активность, бобовые, спиртовые экстракты, ESKAPE – патогены.

ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF ALCOHOLIC EXTRACTS OF LEGUME FAMILY PLANTS

Research article

Kaurova Z.G.¹, Umerenkova M.V.^2, *

^{1, 2} St. Petersburg State University of Veterinary Medicine, St. Petersburg, Russia

* Corresponding author (cybery20[at]mail.ru)

Abstract

Modern synthetic antibiotics lose their antimicrobial effectiveness as a result of the emergence of resistance in microorganisms. An alternative method of treatment may be the use of medicines based on extracts and essential oils of various plants. The current study presents the results of research of the antimicrobial effect of alcoholic extracts of legumes. The ubiquity, relative cheapness and availability of raw materials from these plants are an important factor. Extracts of red clover and large-leaved lupine lupine flowers show high antimicrobial activity against ESKAPE pathogens. It is these extracts that are recommended for further study to include them in antimicrobial preparations.

Keywords: antimicrobial activity, legumes, alcohol extracts, ESKAPE pathogens.

Введение

Одной из актуальных проблем современности является борьба с бактериальными инфекциями человека и животных. Основным методом лечения является применение антибиотиков на синтетической основе [1, С.17-18]. Но со временем микроорганизмы приобретают резистентность, и антибиотики утрачивают свою эффективность. Искусственные антибиотики вызывают побочные действия и аллергические реакции [2, С.89-92]. Таким образом, возникает необходимость поиска альтернативных антибактериальных препаратов. Заменой искусственным антибиотикам могут стать эфирные масла и экстракты различных растений. Экспериментально доказано, что антимикробной активностью обладают эфирные масла ромашки [3, С.56], клевера [4, С.71], зверобоя, мелиссы [5, С.80]; спиртовые экстракты аира болотного, верблюжьей колючки [6, С.52], плоды ореха сибирского [7, С.50].

Эфирные масла и спиртовые экстракты в своём составе содержат флавоноиды и растительные спирты, которые отвечают за проявление антимикробной активности [8, С.55-56].

Большое количество биологически активных веществ имеют в своем составе растения семейства бобовые. В частности, они содержат такие флавоноиды, как пизатин, генистеин, изокверцитрин, биоханин А, гиперозид, дайдзеин, гомопизатин, изорамнетин, медикарпин, кемпферол [9, С.64-69] и др. Бобовые распространены повсеместно на территории России, в том числе и в Ленинградской области. На Северо-Западе широко развита медицинская, фармакологическая, парфюмерная промышленность, широко использующая растительное сырье. Как правило, большая часть сырья собирается в Краснодарском крае [10, С.126-127].

Представляется интересным определить антимикробную активность растений, произрастающих в Ленинградской области. Это может способствовать оптимизации производства и удешевлению сырья.

Цель исследования – изучение антимикробной активности спиртовых экстрактов растений семейства бобовых, собранных в Ленинградской области.

Материалы и методы исследования

Для исследования собиралось сырье растений семейства бобовых в Волховском районе, Ленинградской области. Сбор производился летом (июнь - июль 2021), в период цветения растений в соответствии с ОФС.1.1.0005.15.

Сырьё высушивали в естественных условиях согласно ОФС.1.5.2.0001.15.

В исследовании участвовали растения семейства бобовые – люпин многолистный (Lupinus polyphyllus), горох посевной (Pisum sativum) и клевер луговой (Trifolium pratense).

Изготавливали спиртовые экстракты. Для этого сухое сырье измельчали физическим способом, взвешивали на лабораторных весах и добавляли 40%-ый этиловый спирт. Соотношение использовали весовое 1 к 5, чтобы спирт полностью покрывал сухое сырье. В итоге количество сухого сырья, взятое для исследования, составило: по 4 г листьев и цветков люпина многолистного, 5 г листьев и 3 г цветков клевера лугового, по 2 г листьев и цветков гороха посевного. Настаивали в стеклянных темных емкостях 1 месяц. Затем сырье фильтровали. Так как спирт сам по себе обладает противомикробным действием, в дальнейшем его выпаривали при температуре +65°С в течение одного часа, до получения водного остатка (по МУ 08-47/166).

Для определения антимикробной активности использовали суточные культуры микроорганизмов наиболее распространенных штаммов, которые вызывают болезни человека и животных. Это Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Enterobacter cloacae. Эти микроорганизмы относятся к группе ESKAPE-патогенов, которые ответственны за большинство больничных инфекций.

При определении чувствительности применяли стандартный инокулюм, который соответствовал по плотности 0,5 по стандарту Мак-Фарланда и содержал около 1,5 х 108 КОЕ/мл (инокулюм следует использовать в течение 15 минут после приготовления).

Использовали диско-диффузный метод, посев производился газонным методом шпателем в чашки Петри на плотные питательные среды. Для Enterobacter cloacae и Enterococcus faecium в качестве питательной среды использовали кровяной агар, а для остальных микроорганизмов, участвующих в эксперименте - мясопептонный агар (МПА).

Посевы культивировали в термостате при температуре 37°С, 18-20 часов. Учет результатов осуществляли путем измерения диаметра бактерицидной и бактериостатической зон [6, С. 52]. Оценку производили измерением зоны задержки роста (в мм) специальной линейкой AntibioticZoneScale^тм. Посевы проводились в трехкратной повторности. В качестве контроля использовались посевы, содержащие только спирт, без растительного экстракта и чистые культуры на среде без добавок.

Основные результаты исследования

Данные исследований сведены в таблицу 1, где приведены усредненные значения после постановки серии экспериментов, статистическая обработка проведена с использованием программного обеспечения Microsoft Excel.

 

Таблица 1 – Антимикробная активность бобовых

№ п/п	Название растения	Зона задержки роста (в мм)
		Ac.b.	Kl.pn.	Ps.a.	Ent.f.	Ent.cl.	St a.
1	Люпин (листья)	13±0,5	13±0,5	15±0,8	11±0,8	12±0,7	12±0,7
2	Люпин (цветки)	18±0,9	14±0,5	16±0,5	16±0,4	14±0,4	10±0,3
3	Клевер (листья)	17±0,8	13±0,5	11±0,5	15±0,4	16±0,5	12±0,5
4	Клевер (цветки)	10±0,4	15±0,4	22±0,8	11±0,5	22±0,9	11±0,5
5	Горох (листья)	15±0,4	13±0,3	10±0,5	12±0,5	12±0,4	13±0,3
6	Горох (цветки)	0±0,01	0±0,01	0±0,01	0±0,01	0±0,01	0±0,01

 

Опираясь на полученные данные, можно отметить, что спиртовой экстракт цветков гороха посевного не обладает антимикробной активностью.

В отношении Acinetobacter baumannii самую высокую антимикробную активность проявил спиртовой экстракт люпина многолистного, полученный из цветков. Зона задержки роста в этом случае составила 18 мм, самый низкий результат у экстракта, изготовленного из листьев люпина многолистного (ЗЗР – 13 мм).

Против Klebsiella pneumoniae самым эффективным оказался экстракт цветков клевера лугового – ЗЗР=15 мм. Одинаковую активность проявили экстракты, изготовленные из листьев люпина многолистного, листьев клевера лугового и листьев гороха посевного – зона задержки роста 13 мм.

Самый высокий результат антимикробной активности в отношении Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter cloacae показал спиртовой экстракт из цветков клевера лугового. Зона задержки роста составила 22 мм (самый высокий результат во всём исследовании). Самый низкий результат- с зоной задержки роста в 10 и 12 мм отмечался у спиртового экстракта гороха посевного.

В отношении Enterococcus faecium максимальный противомикробный эффект наблюдался у экстракта цветков люпина, а минимальный у экстрактов из листьев люпина многолистного и цветков клевера лугового.

Против Staphylococcus aureus наиболее эффективным был спиртовой экстракт, изготовленный из листьев гороха посевного (ЗЗР - 13 мм). Обсуждение

В результате исследования удалось доказать эффективность спиртовых экстрактов растений семейства бобовых против патогенов группы ESKAPE. Экстракты цветков люпина многолистного и клевера лугового обладают более высокой антимикробной активностью в сравнении с экстрактами, изготовленными из листьев этих же растений. Это свидетельствует о том, что наибольшее количество биологически активных веществ, отвечающих за проявление антимикробных свойств, содержится именно в генеративной части растения (цветки), наименьшее - в вегетативной части растения (листья).

Спиртовые экстракты гороха посевного обладают самой низкой антимикробной активностью, это обусловлено меньшим количеством растительных спиртов в растительных тканях, чем в клевере луговом и люпине многолистном.

Самый высокий показатель зоны задержки роста в 22 мм оценивался у спиртовых экстрактов цветков клевера. Это связано, скорее всего, с интенсивным накоплением флавоноидов и растительных спиртов. Данный экстракт оказался наиболее эффективным в отношении таких микроорганизмов, как Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter cloacae.

Среди спиртовых экстрактов уже изученных растений (мелисса, софора, аир болотный, ромашка аптечная) [4, С.70-74], [6, С.52] бобовые показали должный антибактериальный эффект.

Заключение

Из всех растений семейства бобовых, собранных в Ленинградской области, наиболее широким спектром действия обладают спиртовые экстракты цветков люпина многолистного и клевера лугового. Целесообразно подвергнуть их дальнейшему изучению, для разработки рекомендаций по применению их в качестве компонентов противомикробных препаратов, в частности против микроорганизмов группы ESKAPE.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Паштецкий В.С. Использование эфирных масел в медицине, ароматерапии, ветеринарии и растениеводстве (обзор) / В.С. Паштецкий, Н.В. Невкрытая // Таврический вестник аграрной науки. – 2018. – №1 (13). – С. 16–27.
2. Ткаченко К.Г. Эфирномасличные растения и эфирные масла: достижения и перспективы, современные тенденции изучения и применения / К.Г. Ткаченко // Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». – 2011. – №1. – С. 88–99.
3. Водолазова С.В. Антимикробная активность эфирных масел и водных извлечений из лекарственных растений Хакасии / С.В. Водолазова, М.А. Мяделец, М.Р. Карпова // СМЖ. – 2011. – №2-2. – С. 54-58.
4. Гаврилова Н.Н. Антимикробная активность лекарственных растений в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов / Н.Н. Гаврилова, Л.П. Ратникова и др. // Биотехнология. Теория и практика. – 2010. – №4. – С. 69–74.
5. Струкова Е.Г. Воздействие эфирных масел Сибирского региона на условно-патогенные микроорганизмы / Е.Г. Струкова, А.А. Ефремов, А.А. Гонтова и др. // Химия растительного сырья. – 2009. – №4. – С. 79–82.
6. Абдул-Хафиз Иссам Йосеф. Антибактериальная активность эфирного масла и спиртовых экстрактов аира болотного (Acorus calamus) и верблюжьей колючки (Alhagi pseudalhagi), собранных в Астраханской области / Абдул-Хафиз Иссам Йосеф, М.А. Егоров, Л.Т. Сухенко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2011. – №3(77). – С. 50–53.
7. Кулуев Б.Р. Антибактериальная активность спиртового экстракта эндокарпиев водяного ореха Trapa sibirica Fler. / Б.Р. Кулуев, Е.Ш. Зулькарнаева // Экобиотех. – 2018. – №1. – С. 45–51.
8. Солёнова Е.А. Флавоноиды. Перспективы применения в антимикробной терапии / Е.А. Солёнова, Л.Н. Величковская // ActaMedicaEurasica. – 2017. – №3. – С. 50–57.
9. Новиков О.О. Изучение флавоноидного состава цветков клевера лугового / О.О. Новиков, Д.И. Писарев, В.Н. Сорокопудов и др. // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. – 2010. – №21 (92). – С.64-69.
10. Аветисян А.Т. Питательная ценность бобово-злаковых смесей в лесостепи / А.Т. Аветисян // Вестник КрасГАУ. –2015. – №12. – С. 123 –128.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Pashteckij V.S. Ispol'zovanie jefirnyh masel v medicine, aromaterapii, veterinarii i rastenievodstve (obzor) [The use of essential oils in medicine, aromatherapy, veterinary medicine and plant growing (review)] / V.S. Pashteckij, N.V. Nevkrytaja // Tavricheskij vestnik agrarnoj nauki [Tauride Bulletin of Agrarian Science]. – 2018. – №1 (13). – P. 16–27. [in Russian]
2. Tkachenko K.G. JefirnomChemistry of vegetable raw materialsaslichnye rastenija i jefirnye masla: dostizhenija i perspektivy, sovremennye tendencii izuchenija i primenenija [Essential oil plants and essential oils: achievements and prospects, modern trends in the study and application] / K.G. Tkachenko // Vestnik Udmurtskogo universiteta. Serija «Biologija. Nauki o Zemle» [Bulletin of the Udmurt University. Series “Biology. Earth Sciences "]. – 2011. – №1. – P. 88–99. [in Russian]
3. Vodolazova S.V. Antimikrobnaja aktivnost' jefirnyh masel i vodnyh izvlechenij iz lekarstvennyh rastenij Hakasii [Antimicrobial activity of essential oils and water extracts from medicinal plants of Khakassia] / S.V. Vodolazova, A. Mjadelec, M.R. Karpova // SMZh [CSF]. – 2011. – №2-2. – P. 54-58. [in Russian]
4. Gavrilova N.N. Antimikrobnaja aktivnost' lekarstvennyh rastenij v otnoshenii patogennyh i uslovno-patogennyh mikroorganizmov [Antimicrobial activity of medicinal plants against pathogenic and opportunistic microorganisms] / N. Gavrilova, L.P. Ratnikova et al. // Biotehnologija. Teorija i praktika [Biotechnology. Theory and practice]. – 2010. – №4. – P. 69–74. [in Russian]
5. Strukova E.G. Vozdejstvie jefirnyh masel Sibirskogo regiona na uslovno-patogennye mikroorganizmy [Influence of essential oils of the Siberian region on opportunistic microorganisms] / E.G. Strukova, A.A. Efremov, A.A. Gontova et al. // Himija rastitel'nogo syr'ja [Chemistry of plant raw materials]. – 2009. – №4. – P. 79–82. [in Russian]
6. Abdul-Hafiz Issam Josef. Antibakterial'naja aktivnost' jefirnogo masla i spirtovyh jekstraktov aira bolotnogo (Acorus calamus) i verbljuzh'ej koljuchki (Alhagi pseudalhagi), sobrannyh v Astrahanskoj oblasti [Antibacterial activity of essential oil and alcohol extracts of sweet flag (Acorus calamus) and camel thorn (Alhagi pseudalhagi), collected in the Astrakhan region] / Abdul-Hafiz Issam Josef M.A. Egorov, L.T. Suhenko // Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University]. – 2011. – №3(77). – P. 50–53. [in Russian]
7. Kuluev B.R. Antibakterial'naja aktivnost' spirtovogo jekstrakta jendokarpiev vodjanogo oreha Trapa sibirica Fler. [Antibacterial activity of the alcoholic extract of the endocarp of the water walnut Trapa sibirica Fler.] / B.R. Kuluev, Sh. Zul'karnaeva // Jekobioteh [Ecobiotech]. – 2018. – №1. – P. 45–51. [in Russian]
8. Soljonova E.A. Flavonoidy. Perspektivy primenenija v antimikrobnoj terapii [Flavonoids. Prospects for use in antimicrobial therapy] / E.A. Soljonova, L.N. Velichkovskaja // ActaMedicaEurasica [ActaMedicaEurasica]. – 2017. – №3. – P. 50–57. [in Russian]
9. Novikov O.O. Izuchenie flavonoidnogo sostava cvetkov klevera lugovogo [Study of the flavonoid composition of meadow clover flowers] / O.O. Novikov, D.I. Pisarev, V.N. Sorokopudov et al. // Nauchnye vedomosti BelGU. Serija: Estestvennye nauki [Scientific Bulletin of BelSU. Series: Natural Sciences]. – 2010. – №21 (92). – P.64-69. [in Russian]
10. Avetisjan A.T. Pitatel'naja cennost' bobovo-zlakovyh smesej v lesostepi [Nutritional value of legume-cereal mixtures in the forest-steppe] / A.T. Avetisjan // Vestnik KrasGAU [Bulletin of KrasGAU]. –2015. – №12. – P. 123 –128. [in Russian]