Прогрес дослідження антибактеріальних ефектів між рослинними екстрактами та антибіотиками Ⅱ

3 Синергічний антибактеріальний механізм рослинних екстрактів і антибіотиків

Рослинні екстракти можуть підвищити чутливість бактерій до антибіотиків шляхом інгібування активності ферментів гідролізу/модифікації антибіотиків, модифікації мішеней антибіотиків, інгібування витоку ефлюксного насоса, підвищення проникності мембрани та інгібування/очищення біоплівок.

НАТУРАЛЬНА ТЕРАПІЯ РОСЛИННИЙ ЕКСТРАКТ CISTANCHE ДЛЯПІДСИЛЕННЯ АНТИБІОТИКУ

Служба підтримки Wecistanche

Електронна адреса:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Тел.:+86 15292862950

3.1 Інгібування активності ферментів гідролізу/модифікації антибіотиків

-лактамаза може гідролізувати та руйнувати пеніцилінові, цефалоспоринові та карбапенемові антибіотики, і є основною причиною інактивації антибіотиків, тим самим підвищуючи стійкість бактерій до -лактамних антибіотиків [28]. Рослинні екстракти відновлюють чутливість бактерій до антибіотиків шляхом пригнічення активності -лактамази. Teng та ін. виявили [29], що теафлавін-3,3'-дигаллат (TFDG) і -лактамні антибіотики мають синергетичну антибактеріальну дію на MRSA, і визначили інгібуючий механізм TFDG на -лактамазу за допомогою моделювання молекулярної динаміки. Було виявлено, що TFDG зв'язується з Gln 242 і Ser 369, тим самим пригнічуючи гідролізну активність -лактамази і знову роблячи MRSA чутливим до -лактамних антибіотиків. Каруматіл та ін. вивчав вплив транс-циннамальдегіду (TC) і евгенолу (EG) у поєднанні з 7 -лактамними антибіотиками на мультирезистентний Acinetobacter baumannii і виявив, що TC і EG у поєднанні з антибіотиками можуть підвищити чутливість Acinetobacter baumannii до всіх антибіотиків. Водночас, згідно з результатами RT-qPCR, TC та EG знижували експресію більшості генів, пов’язаних із стійкістю до α-лактамних антибіотиків, особливо blaP та adeAB. Було показано, що TC і EG контролюють інфекцію мультирезистентних Acinetobacter шляхом інгібування активності -лактамази [30]. Крім того, дубильна кислота, епігалокатехінгалат [31], мірицетин [32], ефірна олія перцю [33] тощо можуть пригнічувати активність β-лактамази in vitro та посилювати антибактеріальну дію антибіотиків.

3.2 Інгібування ефлюксного насоса

Ефлюксні насоси (ЕП) є важливими компонентами плазматичної мембрани всіх бактерій. Вони розпізнають і викачують антибіотики з клітини до того, як антибіотики досягнуть наміченої цілі, зменшуючи внутрішньоклітинний вміст ліків і таким чином розвиваючи стійкість до антибіотиків. Рослини мають вторинні метаболіти з різноманітною хімічною структурою та різними фармакологічними властивостями. Багато досліджень екстрактів лікарських рослин показали, що існують молекули, які можуть блокувати ефлюксні насоси у грамнегативних і грампозитивних бактерій і відновлювати ефективність антибіотиків, так що антибіотики накопичуються до певної концентрації в бактеріях для досягнення бактерицидної дії. ефект. Коли геністеїн і геністеїн використовувалися в комбінації з норфлоксацином, рівень транскрипційної експресії NorA був значно знижений, а значення МІК норфлоксацину зменшилося в 4 рази, що підвищило антибактеріальну активність хінолонових антибіотиків проти MRSA [16]. DA та ін. виявили, що ефірна олія перцю може відновити антибактеріальну активність тетрацикліну та ципрофлоксацину проти мультирезистентного Staphylococcus aureus. Спектр випромінювання флуоресценції підтвердив, що антибактеріальний механізм полягає в тому, що ефірна олія перцю пригнічує активність ефлюксних насосів NorA та MepA [33]. Коли біфлавоноїди, витягнуті з місцевих видів східної Амазонки в Бразилії, використовувалися в комбінації з норфлоксацином, вони могли пригнічувати гени ефлюксу, такі як QacA/B, Tetk і MsrA Staphylococcus aureus, і значення МІК норфлоксацину було знижено на 8 разів[34]. Двіведі та ін. показали, що вінбластин може значно знизити дозу тетрацикліну та стрептоміцину для мультирезистентних клінічних ізолятів (KG-P2), а також може зменшити життєздатність клітин. Існує припущення, що механізм зміни резистентності до вінбластину може бути зумовлений пригніченням ефлюксних насосів [35].

3.3 Інгібування або видалення біоплівок

Біоплівка - це мікробна спільнота, прикріплена до біологічних і небіологічних поверхонь. Утворення біоплівки – це складний багатоетапний процес, що включає перетворення бактерій із вільноплаваючої планктонної форми у фіксовану форму утворення біоплівки. В основному він включає чотири основні етапи: прикріплення до поверхні об’єктів, проліферацію, утворення мікроколоній і дозрівання в структуровані та стійкі мікробні спільноти [36]. Утворення біоплівок сприяє розвитку стійкості до антибіотиків, що є основною причиною того, чому бактеріальні інфекції важко контролювати. Рослинні екстракти можуть пригнічувати утворення біоплівок різних бактерій і мати руйнівну дію на існуючі біоплівки, сприяючи проникненню антибіотиків, тим самим зменшуючи стійкість бактерій. Карт та ін. виявили, що [13] мінімальна концентрація інгібування біоплівки ципрофлоксацину в поєднанні з куркуміном, байкалеїном і фраксіноілом може бути знижена в 30-60 разів порівняно з ципрофлоксацином окремо, що вказує на те, що рослинні екстракти можна використовувати в комбінації з антибіотиками для інгібування або усунення біоплівок. У дослідженні Bahari et al. [37], коли азитроміцин і гентаміцин використовували в комбінації з куркуміном, утворення біоплівки Pseudomonas aeruginosa було значно знижено, а інгібуючий ефект залежав від концентрації. Крім того, комбінація 1/4 МІК (64 мкг/мл) азитроміцину та 1/4 МІК (32 мкг/мл) куркуміну продемонструвала найбільший інгібуючий ефект на ріст біоплівок.

3.4 Підвищити проникність мембрани

Деякі бактерії знижують регуляцію повторного заповнення білків пір або інших селективних білкових каналів, що призводить до зниження проникності клітинної мембрани для антибіотиків і зниження проникнення ліків у бактеріальні клітини, таким чином розвиваючи резистентність до антибіотиків. Рослинні екстракти зв’язуються з ліпідами клітинних мембран бактерій і руйнують структуру клітинної стінки, що призводить до пошкодження цілісності, підвищення проникності клітинної мембрани та внутрішньоклітинного вмісту антибіотиків, втрати клітинного вмісту та загибелі клітин [38]. Apinundecha та ін. спостерігали вплив комбінованого використання імбиру та клоксациліну на MRSA за допомогою скануючої електронної мікроскопії та трансмісійної електронної мікроскопії [39]. При комбінованому застосуванні на поверхні клітин MRSA з’явилися вм’ятини, тріщини, структури везикул і очевидний лізис клітин. Витік клітинних стінок MRSA, клітинних мембран і клітинного вмісту змінився, і кількість антибіотиків, що надходять у клітину, збільшилася, демонструючи значний синергічний антибактеріальний ефект. Крім того, рослинні екстракти також можуть підвищити проникність клітинної мембрани грамнегативних бактерій. Qu та ін. встановлено, що комбіноване застосування тетрацикліну та кверцетину також чинить деструктивний вплив на цілісність клітинної мембрани кишкової палички, підвищуючи її проникність, підвищуючи рівні -галактозидази та лужної фосфатази, збільшуючи вміст позаклітинного АТФ та збільшуючи поглинання тетрацикліну, тим самим пригнічення росту Escherichia coli та повернення мультирезистентної кишкової палички до тетрацикліну [15]. При застосуванні байкалеїну в комбінації з доксицикліном збільшувалася інтенсивність флуоресценції йодиду пропідію (PI) і 1-N-фенілнафтиламіну (NPN), а також позаклітинний вміст -галактозидази та АТФ. Дослідження підтвердили, що комбіноване застосування двох препаратів може пригнічувати зв’язування Mg2+ з ліпідом А для руйнування клітинної мембрани грамнегативних бактерій, тим самим синергетично пригнічуючи ріст грамнегативних бактерій і зменшуючи кількість препарату стійкість [40].

3.5 Модифікація мішені антибіотиків

Вибіркова токсичність багатьох антибіотиків для бактерій зумовлена ​​їх високою спорідненістю та специфічністю до бактеріальних мішеней. Після зв’язування з мішенню відповідна функція клітини пригнічується, тим самим впливаючи на ріст або навіть смерть бактерій. Одним із ключових факторів стійкості бактерій до антибіотиків є структурна зміна або модифікація мішені антибіотика. Пеніцилінзв'язуючий білок 2a (PBP2a) є ферментом, який каталізує реакцію перехресного зв'язування між двома сусідніми пептидними стеблами під час біосинтезу пептидоглікану, що може зменшити антибактеріальну активність -лактамних антибіотиків і, таким чином, викликати резистентність до антибіотиків. Рослинні екстракти можуть збільшити спорідненість бактерій до β-лактамних антибіотиків шляхом інгібування PBP2a, що знову робить їх чутливими до антибіотиків. Chang та ін. виявили, що комбінація тремазону та низьких доз оксациліну знижувала експресію mecA та виявляла його антибактеріальний ефект шляхом негативної регуляції PBP2a MRSA, тим самим знижуючи його резистентність. Wang та ін. виявили, що [42], коли транс-коричний альдегід комбінують з вісьмома антибіотиками, дозу антибіотиків можна зменшити від 2 до 16 разів. Коли вплив транс-коричного альдегіду на ген транскрипції mecA та PBP2a MRSA було проаналізовано за допомогою RT-PCR та Western-blot, було виявлено, що транскрипція гена та рівні білка суттєво вплинули, що вказує на те, що його основним механізмом було зменшення виробництво PBP2a. Vankwani та ін. підтвердили інгібуючу дію кори стебла Moringa та ампіциліну на -лактамазу шляхом знебарвлення йодом, і підтвердили блокуючий ефект на експресію PBP2a за результатами Вестерн-блоттингу, і відновили чутливість MRSA до -лактамних антибіотиків [43].

4 Резюме та прогноз

Через нераціональне використання або навіть зловживання антибіотиками резистентність бактерій стає все більш серйозною, що серйозно загрожує здоров'ю людей і худоби. Рослинні екстракти, такі як терпени, алкалоїди, флавоноїди тощо, які, як повідомляється, мають антибактеріальну дію, мають хорошу антибактеріальну дію, знижують стійкість бактерій, затримують або навіть усувають резистентність бактерій, але при окремому застосуванні період антибактеріальної дії тривалий , дозування велике, і воно все ще знаходиться на ранніх стадіях дослідження. Щоб краще запобігти бактеріальним інфекціям і контролювати їх, а також підвищити ефективність, слід посилити дослідження комбінованого застосування антибіотиків, зменшити дози рослинних екстрактів і антибіотиків, а також зменшити токсичні побічні ефекти, спричинені широкомасштабним використанням ліків. чутливість бактерій до антибіотиків повинна бути знижена, а генерація резистентних штамів повинна бути уповільнена шляхом зниження стійкості бактерій до антибіотиків.

Рослинні екстракти підвищують чутливість бактерій до антибіотиків шляхом інгібування активності ферментів гідролізу/модифікації антибіотиків, модифікації мішеней антибіотиків, інгібування витоку ефлюксного насоса, підвищення проникності мембрани та інгібування/очищення біоплівок, забезпечуючи можливу стратегію зниження резистентності бактерій. Незважаючи на те, що комбінація рослинних екстрактів і антибіотиків продемонструвала видатний синергічний антибактеріальний ефект у багатьох поточних дослідженнях, вона не досягла бажаного антибактеріального ефекту в наступних дослідженнях, що часто пов’язано з надмірною залежністю від експериментальних досліджень in vitro та експериментальних моделей на тваринах. Таким чином, поглиблене вивчення in vivo антибактеріального механізму рослинних екстрактів у поєднанні з кількома клінічними тестами штамів залишається в центрі уваги майбутніх досліджень, щоб перевірити та розробити нові та ефективні схеми комбінованих препаратів для подолання поточних недоліків комбінованого використання. рослинних екстрактів і антибіотиків.

Список літератури

[1] ZHUO H, ZHANG X, LI M, ZHANG Q та ін. Антибактеріальні та протизапальні властивості нового антимікробного пептиду, отриманого з

LL-37[J]. Антибіотики (Базель), 2022, 11 (6): 754.

[2] HUANG Z, YUAN T, CHEN J та ін. Нейрозахисні та антиоксидантні дії різних полярних частин екстрактів гінкго

лист білоба та кореневище Zingiber officinale з Yongzhou [J]. Frontiers in Chemistry, 7 вересня 2022 р.; 10:984495.

[3] SUN L, TANG Z, WANG M та ін. Дослідження антимікробних інгредієнтів у насінні Psoralea corylifolia L. та відповідного механізму проти

метицилінрезистентний золотистий стафілокок. [J] Молекули, 2022, 27 (20): 6952.

[4] ІСЛАМ М.А., АХТАР З., ХАСАН М.З. та ін. Схема відпуску антибіотиків в аптеках згідно ВООЗ доступ, вахта, резерв

(AWaRe) класифікація в Бангладеш [J]. Антибіотики (Базель), 2022, 11 (2): 247.

[5] CHOI SR, BRITIGAN BE, NARAYANASAMY P. Наночастинки галію (III), націлені на метаболізм заліза/гему, активні проти позаклітинних

і внутрішньоклітинної Pseudomonas aeruginosa і Acinetobacter baumannii [J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2019, 63(4):e02643-18.

[6] MCINNES RS, MCCALLUM GE, LAMBERTE LE та ін. Горизонтальний перенос генів стійкості до антибіотиків у кишечнику людини

мікробіом [J]. Current Opinion in Microbiology, 2020, 53:35-43.

[7] СУБРАМАНІАМ Г, ГІРІШ М. Стійкість до антибіотиків – причина повторного виникнення інфекцій [J]. Індійський журнал

Педіатрія, 2020, 87 (11): 937-944.

[8] ROCHA DC, DA SILVA ROCHA C, TAVARES DS та ін. Ветеринарні антибіотики та фізіологія рослин: огляд [J]. Наука про

Total Environment, 2021,767:144902.

[9] LI Z, LI M, ZHANG Z та ін. Антибіотики у водному середовищі Китаю: огляд і мета-аналіз [J]. Екотоксикологія та екологія

Безпека, 2020, 199:110668.

[10] LIU XH, LU SY, GUO W та ін. Антибіотики у водному середовищі: огляд озер, Китай [J]. Наука про ціле

Навколишнє середовище, 627, 1195-1208.

[11] SUN Y, ZHANG M, OU Z та ін. Мікробіом приміщення, мікробні та рослинні метаболіти, хімічні сполуки та симптоми астми у молодших

старшокласники: багатоцентрове асоціаційне дослідження в Малайзії [J]. Європейський респіраторний журнал, 2022, 60 (5): 2200260.

[12] TAN Z, DENG J, YE Q та ін. Антибактеріальна активність флавоноїдів природного походження [J]. Актуальні теми в медицині

Хімія, 2022, 22 (12): 1009-1019.

[13] KART D, REÇBER T, NEMUTLU E та ін. Субінгібуючі концентрації ципрофлоксацину окремо та в комбінації з рослинним

сполуки проти біоплівок P. aeruginosa та їх вплив на метаболомічний профіль біоплівок P. aeruginosa [J]. Антибіотики

(Базель).2021,10(4):414