A COMPARATIVE EVALUATION OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF SOLUTIONS OF ESSENTIAL OILS AND (BENZYLDIMETHYL[3-MYRISTOILAMINE)-PROPYL]AMMONIUM CHLORIDI MONOHYDRATUM)AGAINST GRAM-POSITIVE AND GRAM-NEGATIVE BACTERIA AND PATHOGENIC FUNGI

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОТИВОМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ РАСТВОРОВ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ И БЕНЗИЛДИМЕТИЛ[3-(МИРИСТОИЛАМИНО)ПРОПИЛ]АММОНИЯ ХЛОРИДА МОНОГИДРАТА В ОТНОШЕНИИ ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ БАКТЕРИЙ И ПАТОГЕННЫХ ГРИБОВ

Научная статья

Васева Е.М.^1, *, Малишевская О.И.², Николенко М.В.³

¹ ORCID 0000-0002-5556-3180;

² ORCID 0000-0001-8709-5281;

³ ORCID 0000-0002-1099-0656;

^{1, 2, 3} Тюменский государственный медицинский университет Минздрава России, Тюмень, Россия

* Корреспондирующий автор (yuga-21[at]yandex.ru)

Аннотация

Эфирные масла обладают широким спектром биологической активности, мало токсичны в рекомендуемых дозах, доступны для массового использования. Компоненты некоторых эфирных масел оказывают бактерицидное действие на микроорганизмы – возбудители различных инфекций. Использование эфирных масел в терапии инфекционных заболеваний весьма актуально, в связи с возрастающей антибиотикорезистентностью ко многим противомикробным препаратами и антисептикам. В данном исследовании выявлена противомикробная активность водных растворов эфирных масел каяпута и корицы в отношении Staphilococcus aureus (S. aureus), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) и Candida albicans (C. albicans) в сравнении с раствором антисептика бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммония хлорида моногидрата. Приготовлены солюбилизированные растворы эфирных масел с концентрацией действующих веществ 400, 200 и 50 мкг/мл; раствор бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммония хлорида моногидрата использован без разведения, с концентрацией действующего вещества 100 мкг/мл. Изучение чувствительности микроорганизмов проведено диско-диффузионным методом.

Ключевые слова: антибиотикорезистентность, диско-диффузионный метод, противомикробная активность, солюбилизированные растворы эфирных масел.

A COMPARATIVE EVALUATION OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF SOLUTIONS OF ESSENTIAL OILS AND (BENZYLDIMETHYL[3-MYRISTOILAMINE)-PROPYL]AMMONIUM CHLORIDI MONOHYDRATUM)AGAINST GRAM-POSITIVE AND GRAM-NEGATIVE BACTERIA AND PATHOGENIC FUNGI

Research article

Vaseva E.M.^1, *, Malishevskaya O.I.², Nikolenko M.V.³

¹ ORCID 0000-0002-5556-3180;

² ORCID 0000-0001-8709-5281;

³ ORCID 0000-0002-1099-0656;

^{1, 2, 3} Tyumen State Medical University, Tyumen, Russia

* Corresponding author (yuga-21[at]yandex.ru)

Abstract

Essential oils have a wide range of biological activity. They are not toxic in the recommended doses, and are available for mass use. The components of some essential oils have a bactericidal effect on microorganisms that cause various infections. The use of essential oils in the treatment of infectious diseases is very important due to the increasing antibiotic resistance to many antimicrobial drugs and antiseptics. The study determines the antimicrobial activity of aqueous solutions of cayaput and cinnamon essential oils against Staphilococcus aureus (S. aureus), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) and Candida albicans (C. albicans) in comparison with a solution of the antiseptic (benzyldimethyl[3-myristoilamine)-propyl]ammonium chloridi monohydratum). The authors prepared the solubilized solutions of essential oils with a concentration of active substances of 400, 200 and 50 micrograms/ml, while a solution of (benzyldimethyl[3-myristoilamine)-propyl]ammonium chloridi monohydratum) is used without dilution with a concentration of the active substance of 100 mcg/ml. The study of the sensitivity of microorganisms was carried out via disk diffusion.

Keywords: antibiotic resistance, disco-diffusion method, antimicrobial activity, solubilized solutions of essential oils.

Введение

Нерациональный прием противомикробных препаратов привел к распространению проблемы антибиотикорезистентности [1]. Современные лекарственные средства, применяемые для лечения и профилактики инфекционно-воспалительных заболеваний полости рта и носоглотки, зачастую не оказывают терапевтического эффекта и требуют увеличения дозировки и продолжительности терапии, либо полной замены препарата. Исходя из выше описанного, поиск новых биологически активных веществ, обладающих противомикробной активностью, является актуальным.

Одним из активно используемых антисептических средств, обладающих широким спектром противомикробного действия, включая госпитальные штаммы, резистентные к антибиотикам, является бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрат [5]. Данный препарат назначается в оториноларингологии, стоматологии, хирургии, акушерстве и гинекологии, урологии [10]. Однако за годы его активного применения некоторые бактерии и грибы выработали определенную устойчивость к данному действующему веществу.

По литературным данным эфирные масла проявляют антимикробную активность в отношении грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов [2], [4]. В этой связи эфирные масла могут быть использованы в качестве эффективного противомикробного средства в отношении некоторых возбудителей инфекционных болезней. Кроме того, натуральные эфирные масла представляют собой естественные, недорогие и относительно безопасные средства, которые могут стать альтернативой использования синтетических противомикробных препаратов. Также возможно сочетанное применение противомикробных препаратов в комбинации с эфирными маслами [6], [7].

Среди эфиромасличных растений интересным представляется изучение антибактериальной активности каяпута (представитель семейства Myrtaceae, вид Melaleuca leucandendra) и корицы (семейство Lauraceae, вид Cinnamomum verum). По данным литературы 1,8-цинеол, содержащийся в составе каяпутового масла, проявляет противомикробную активность в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, некоторых вирусов, простейших и грибов [10]. Эфирное масло корицы содержит эвгенол, который имеет бактерицидные свойства [8], [11].

Целью настоящей работы явилось изучение противомикробной активности водных растворов эфирных масел каяпута и корицы в отношении Staphilococcus aureus (S. aureus), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) и Candida albicans (C. albicans).

Методы и принципы исследования

Для исследования были приготовлены водные растворы масел корицы и каяпута, путем солюбилизации эфирных масел двукратным по отношению к объему эфирного масла количеством полисорбата-80 с последующим разведением до концентрации эфирного масла 400 мг/мл, которая соответствует концентрации водного раствора, рекомендуемой для наружного применения (для орошения, промывания, полоскания при заболеваниях полости рта и горла). А также получены разведения 1:2 и 1:8, концентрация эфирного масла в которых составила 200 мг/мл и 50 мг/мл соответственно. Раствор бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрат был использован в чистом виде без разведения (0,01% раствор), концентрация действующего вещества составила 100 мкг/мл.

Для исследования противомикробной активности был применен диско-диффузионный метод, который основан на способности антибактериальных препаратов проникать из пропитанных ими бумажных дисков в агар, угнетая рост микроорганизмов, посеянных на питательную среду [3], [9]. Посевы микроорганизмов проводили по методу Дригальского на среду Мюллер-Хинтона (производитель HiMedia). Концентрацию микробной взвеси определяли, используя прибор «Densi-La-Meter» фирмы «Lachema». Чашки с посевами микроорганизмов и нанесенными дисками инкубировали 24 часа. Чувствительность определяли по диаметру задержки роста микроорганизмов (измеряли зоны лизиса).

В качестве объектов исследования были выбраны тест-штаммы условно-патогенных микроорганизмов, наиболее часто вызывающих инфекционно-воспалительные заболевания: грамположительные бактерии – S. aureus 3643 (номер штамма - порядковый номер пациента, присвоенный при бактериологичеких исследованиях) госпитальный вариант, выделенный из раневого отделяемого; грамотрицательные бактерии – P. aеruginosa 27853 АТСС (американская коллекция типовых культур), P. aeruginosa 3634 (номер штамма - порядковый номер пациента, присвоенный при бактериологичеких исследованиях) госпитальный вариант. Также изучалось действие солюбилизированных водных растворов эфирных масел и раствора бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрата на эукариотические клетки – дрожжеподобные грибы – C. albicans 24433 АТСС (американская коллекция типовых культур).

Все эксперименты выполнены не менее, чем пятикратно. Полученные результаты обработаны статистически с вычислением t-критерия Стьюдента (Р ≤ 0,05).

Основные результаты

Согласно инструкции по применению, антисептик бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммония хлорида моногидрат оказывает противогрибковое действие на грибы рода Aspergillus и рода Penicillium, дрожжевые и дрожжеподобные грибы (C. Albicans и другие) [10]. Однако, на чашках, засеянных C. Albicans, наблюдался сплошной рост микроорганизмов как при наложении дисков с данным препаратом, так и с дисками, пропитанными различными разведениями эфирных масел.

В отношении грамположительных бактерий была выявлена противомикробная активность солюбилизированных растворов эфирных масел. Зона лизиса на чашках, засеянных S. aureus 3643, при концентрации эфирного масла каяпута 400 мг/мл составила 11,7±1,08 мм, при концентрации 200 мг/мл – 7,8±0,79 мм. Зоны угнетения роста S. aureus 3643 при концентрации эфирного масла корицы 400 мг/мл и 200 мг/мл составили 10,16±0,42 мм и 3,83±0,79 мм соответственно. Исследуемые тест-штаммы грамположительных микроорганизмов проявили резистентность к раствору бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрата, несмотря на широкий спектр антимикробного действия [5].

Тест-штаммы грамотрицательных микроорганизмов – P. aеruginosa 27853 АТСС, P. aeruginosa 3634 госпитальный вариант – оказались чувствительны к компонентам эфирного масла корицы. Зоны лизиса в обоих случаях при концентрации 400 мг/мл составили 11,67±0,54 мм у госпитального штамма и 11,83±0,42 мм у музейного штамма, при концентрации 200 мг/мл – 9,67±0,54 мм и 8,83±0,42 мм соответственно. При концентрации эфирного масла корицы 50 мг/мл было отмечено подавление роста музейного штамма P. aеruginosa 27853 (зона лизиса составила 4,67±0,54 мм). Солюбилизированные растворы масла каяпута проявили менее выраженное противомикробное действие на грамотрицательные микроорганизмы. Зоны лизиса на чашках, засеянных музейным штаммом P. aeruginosa 27853 АТСС составили 8,83±0,43 мм при концентрации эфирного масла каяпута 400 мг/мл и 4,67±0,54 мм – при концентрации 200 мг/мл. Госпитальный вариант P. aeruginosa 3634 – культура, выделенная от стационарного больного – проявила резистентность к эфирному маслу каяпута. Раствор бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрат не проявил противомикробную активность в отношении грамотрицательных микроорганизмов – в местах наложения дисков, пропитанных препаратом в концентрации 100 мкг/мл, наблюдался сплошной рост микробов.

Дрожжеподобные грибы (C. albicans АТСС 24433) проявили резистентность в отношении раствора бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил] аммония хлорида моногидрата и солюбилизированных растворов эфирных масел каяпута и корицы.

Заключение

В результате исследования была выявлена чувствительность грамположительных и грамотрицательных бактерий к растворам эфирных масел каяпута и корицы. Растворы эфирного масла каяпута в концентрации 400 мг/мл и 200 мг/мл проявили активность в отношении госпитального штамма S. aureus 3643. Тест-штаммы P. aеruginosa 27853 АТСС и P. aeruginosa 3634 госпитальный вариант – оказались чувствительны к компонентам эфирного масла корицы в концентрации 400 мг/мл и 200 мг/мл. Данные эксперимента соотносятся с данными других исследований о противомикробной активности 1,8-цинеола и евгенола, которые входят в состав эфирных масел каяпута и корицы. Дрожжеподобные грибы (C. albicans АТСС 24433) проявили резистентность в отношении всех исследуемых образцов. В дальнейшем планируется определить минимальную ингибирующую концентрацию эфирных масел в отношении различных микроорганизмов, что позволит проводить рациональную противомикробную терапию, минимизировать побочные эффекты, а также сократить материальные затраты.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Данилов А.И. Антибиотикорезистентность: аргументы и факты / А.И. Данилов, Л.П. Жаркова // Клиническая фармакология и терапия. 2017. – № 26(5). – С. 6-9.
2. Жученко, Е.В. Влияние эфирных масел на микроорганизмы различной таксономической принадлежности в сравнении с современными антибиотиками. Сообщение III. Действие масел лаванды, розового дерева, эвкалипта, пихты на некоторые грамотрицательные бактерии / Е.В. Жученко, Е.Ф. Семенова, Н.Н. Маркелова, А.И. Шпичка, А.А. Князькова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. – 2015. – № 1 (9). – С. 30-41.
3. Клиническая лабораторная аналитика. Под ред. Меньшикова В.В. ООО «Агат-Мед», 2000. – 815 с.
4. Маркелова, Н.Н. Влияние эфирных масел на микроорганизмы различной таксономической принадлежности в сравнении с современными антибиотиками. Сообщение I. Действие розового эфирного масла и антибиотических субстанций на некоторые грамотрицательные бактерии / Н.Н. Маркелова, Е.Ф. Семенова, А.И. Шпичка, Е.В. Жученко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. – 2014. – № 3 (7). – С. 39-48.
5. Мирамистин. Сборник трудов / под ред. Ю. С. Кривошеина. – М., Медицинское информационное агентство, 2004. – с.6265.
6. Николенко М.В. Сочетанное воздействие эфирных масел и левофлоксацина на биологические свойства Staphylococcus aureus / М.В. Николенко, О.А. Русакова, М.В Пастухов и др. // Университетская медицина Урала. 2018. Т. 4, № 2(13). С. 22-24.
7. Николенко М.В. Сочетанное влияние антибиотиков и настоек лекарственных растений Западной Сибири на Staphylococcus aureus / М.В. Николенко, Н.М. Нешта, Д.С. Сайчук // Актуальные вопросы диагностики и лечения наиболее распространённых заболеваний внутренних органов: М-лы VIII терапевтического форума. Тюмень, 28-30 октября 2015.
8. 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. 16-38
9. Поляк, М.С. Теория и практика определения чувствительности микроорганизмов к противомикробным препаратам диско-диффузным методом (лекция) / М.С. Поляк // Клиническая лабораторная диагностика. – 2003. – №1. – С. 25–32.
10. Справочник Видаль // Лекарственные препараты в России. – М.: Видаль Рус, 2019. –1198 c.
11. Gill, A. O. Mechanisms of bactericidal action of cinnamaldehyde against Listeria monocytogenes and of eugenol against L. monocytogenes and Lactobacillus sakei / A. O. Gill, R. A. Holley // Appl. Environ. Microbiol. 70, 5750–5755, 2004.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Danilov A. I. Antibiotikorezistentnost': argumenty i fakty [Antibiotic Resistance: Arguments and Facts] / A. I. Danilov, L. P. Zharkova // Klinicheskaja farmakologija i terapija [Clinical Pharmacology and Therapy]. 2017. – № 26(5), pp. 6-9 [in Russian]
2. Zhuchenko, E. V. Vlijanie ehfirnykh masel na mikroorganizmy razlichnojj taksonomicheskojj prinadlezhnosti v sravnenii s sovremennymi antibiotikami. Soobshhenie III. Dejjstvie masel lavandy, rozovogo dereva, ehvkalipta, pikhty na nekotorye gramotricatel'nye bakterii [The Effect of Essential Oils on Microorganisms of Different Taxonomic Affiliation in Comparison With Modern Antibiotics. Message III. The Effect of Lavender, Rosewood, Eucalyptus, and Fir Oils on Some Gram-Negative Bacteria] / E. V. Zhuchenko, E. F. Semenova, N. N. Markelova et al. // Izvestija vysshikh uchebnykh zavedenijj. Povolzhskijj region. Estestvennye nauki [Bulletin of Higher Educational Institutions. Volga Region. Natural Sciences]. – 2015. – № 1 (9), pp. 30-41 [in Russian]
3. Klinicheskaja laboratornaja analitika [Clinical Laboratory Analysis] / Edited by V. V. Menshikov. "Agat-Med" LLC , 2000 – 815 p. [in Russian]
4. Markelova, N. N. Vlijanie ehfirnykh masel na mikroorganizmy razlichnojj taksonomicheskojj prinadlezhnosti v sravnenii s sovremennymi antibiotikami. Soobshhenie I. Dejjstvie rozovogo ehfirnogo masla i antibioticheskikh substancijj na nekotorye gramotricatel'nye bakterii [The Effect of Essential Oils on Microorganisms of Different Taxonomic Affiliation in Comparison With Modern Antibiotics. Communication I. The Effect of Rose Essential Oil and Antibiotic Substances on Some Gram-Negative Bacteria] / N. N. Markelova, E. F. Semyonova, A. I. Shpichka et al. // Izvestija vysshikh uchebnykh zavedenijj. Povolzhskijj region. Estestvennye nauki [Bulletin of Higher Educational Institutions. Volga Region. Natural Sciences] – 2014. – № 3 (7), pp. 39-48 [in Russian]
5. Sbornik trudov [Miramistin. A Collection of Studies] / edited by S. Krivosheina – M., Medicinskoe informacionnoe agentstvo, 2004. - p. 6265 [in Russian]
6. Nikolenko M. V. Sochetannoe vozdejjstvie ehfirnykh masel i levofloksacina na biologicheskie svojjstva Staphylococcus aureus [Combined Effect of Essential Oils and Levofloxacin on the Biological Properties of Staphylococcus Aureus] / M. V. Nikolenko, O. A. Rusakova, M. V. Pastukhov et al. // Universitetskaja medicina Urala [University Medicine of the Urals]. 2018. Vol. 4, No. 2 (13), pp. 22-24 [in Russian]
7. Nikolenko M. V. Sochetannoe vlijanie antibiotikov i nastoek lekarstvennykh rastenijj Zapadnojj Sibiri na Staphylococcus aureus [Combined Effect of Antibiotics and Tinctures of Medicinal Plants of Western Siberia on Staphylococcus Aureus] / M. V. Nikolenko, N. M. Neshta, D. S. Saychuk // Aktual'nye voprosy diagnostiki i lechenija naibolee rasprostranjonnykh zabolevanijj vnutrennikh organov»: M-ly VIII terapevticheskogo foruma. Tjumen', 28-30 oktjabrja 2015 [Issues of diagnosis and treatment of the most common diseases of internal organs": Proceedings of the VIII Therapeutic Forum. Tyumen, October 28-30, 2015] [in Russian]
8. Pashtetsky V. S. Ispol'zovanie ehfirnykh masel v medicine, aromaterapii, veterinarii i rastenievodstve (obzor) [The Use of Essential Oils in Medicine, Aromatherapy, Veterinary Medicine and Crop Production (Review)] / V. S. Pashtetsky, N. V. Nevkrytaya // Tavrichesky vestnik agrar'noi nauki [Taurida Herald of the Agrarian Sciences]. 2018. – № 1(13), pp. 16-38 [in Russian]
9. Polyak, M. S. Teorija i praktika opredelenija chuvstvitel'nosti mikroorganizmov k protivomikrobnym preparatam disko-diffuznym metodom (lekcija) [Theory and Practice of Determining the Sensitivity of Microorganisms to Antimicrobial Drugs by the Disco-Diffuse Method (Lecture)] / M. S. Polyak // Klinicheskaja laboratornaja diagnostika [Clinical Laboratory Diagnostics]. - 2003. - No. 1, pp. 25-32 [in Russian]
10. Spravochnik Vidal' [Handbook of Vidal] // Lekarstvennye preparaty v Rossii [Medicinal Preparations in Russia]. - M.: Vidal Rus, 2019 – 1198 p. [in Russian]
11. Gill, A. O. Mechanisms of bactericidal action of cinnamaldehyde against Listeria monocytogenes and of eugenol against L. monocytogenes and Lactobacillus sakei / A. O. Gill, R. A. Holley // Appl. Environ. Microbiol. 70, 5750–5755, 2004.