Výskumný pokrok antibakteriálnych účinkov medzi rastlinnými extraktmi a antibiotikami Ⅱ

3 Synergický antibakteriálny mechanizmus rastlinných extraktov a antibiotík

Rastlinné extrakty môžu zvýšiť citlivosť baktérií na antibiotiká inhibíciou aktivity enzýmov hydrolýzy/modifikácie antibiotík, modifikáciou antibiotických cieľov, inhibíciou odtoku efluxnej pumpy, zvýšením priepustnosti membrány a inhibíciou/vyčistením biofilmov.

PRÍRODNÁ LIEČBA RASTLINNÝ EXTRAKT CISTANCHE PREVYLEPŠIŤ ANTIBIOTIKÁ

Podporná služba Wecistanche

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

3.1 Inhibícia antibiotickej hydrolýzy/aktivity enzýmu modifikácie

-laktamáza môže hydrolyzovať a ničiť penicilínové, cefalosporínové a karbapenémové antibiotiká a je hlavnou príčinou inaktivácie antibiotík, čím zvyšuje bakteriálnu rezistenciu na -laktámové antibiotiká[28]. Rastlinné extrakty obnovujú citlivosť baktérií na antibiotiká inhibíciou aktivity -laktamázy. Teng a kol. zistili[29], že theaflavín-3,3'-digalát (TFDG) a -laktámové antibiotiká majú synergický antibakteriálny účinok na MRSA a identifikovali inhibičný mechanizmus TFDG na -laktamázu simuláciou molekulárnej dynamiky. Zistilo sa, že TFDG sa viaže na Gln 242 a Ser 369, čím inhibuje hydrolytickú aktivitu -laktamázy a robí MRSA opäť citlivým na -laktámové antibiotiká. Karumathil a kol. študovali účinky trans-cinnamaldehydu (TC) a eugenolu (EG) v kombinácii s 7 -laktámovými antibiotikami na multirezistentný Acinetobacter baumannii a zistili, že TC a EG v kombinácii s antibiotikami môžu zvýšiť citlivosť Acinetobacter baumannii na všetky antibiotiká. V rovnakom čase, podľa výsledkov RT-qPCR, TC a EG downregulovali expresiu väčšiny génov súvisiacich s rezistenciou na laktámové antibiotiká, najmä blaP a adeAB. Ukázalo sa, že TC a EG kontrolujú infekciu multirezistentného Acinetobacter inhibíciou aktivity -laktamázy[30]. Okrem toho kyselina trieslová, epigalokatechín galát[31], myricetín[32], silice z papriky[33] atď. môžu inhibovať aktivitu -laktamázy in vitro a zvýšiť antibakteriálnu aktivitu antibiotík.

3.2 Inhibícia odtoku efluxnej pumpy

Effluxné pumpy (EP) sú dôležitými zložkami plazmatickej membrány všetkých baktérií. Rozpoznávajú a pumpujú antibiotiká z bunky skôr, ako antibiotiká dosiahnu zamýšľaný cieľ, čím sa znižuje vnútrobunkový obsah liečiva a tým vzniká rezistencia voči antibiotikám. Rastliny majú sekundárne metabolity s rôznymi chemickými štruktúrami a rôznymi farmakologickými vlastnosťami. Mnohé štúdie o extraktoch liečivých rastlín ukázali, že existujú molekuly, ktoré môžu blokovať efluxné pumpy v gramnegatívnych a grampozitívnych baktériách a obnoviť účinnosť antibiotík, takže antibiotiká sa v baktériách akumulujú do určitej koncentrácie, čím sa dosiahne baktericídny účinok. účinok. Keď sa genisteín a genisteín použili v kombinácii s norfloxacínom, úroveň transkripčnej expresie NorA bola významne znížená a hodnota MIC norfloxacínu bola znížená 4-krát, čo zvýšilo antibakteriálnu aktivitu chinolónových antibiotík proti MRSA[16]. DA a kol. zistili, že esenciálny olej z papriky môže obnoviť antibakteriálnu aktivitu tetracyklínu a ciprofloxacínu proti multirezistentnému Staphylococcus aureus. Fluorescenčné emisné spektrum potvrdilo, že antibakteriálny mechanizmus spočíval v tom, že paprikový esenciálny olej inhiboval aktivitu efluxných púmp NorA a MepA[33]. Keď sa biflavonoidy extrahované z pôvodných druhov východnej Amazónie v Brazílii použili v kombinácii s norfloxacínom, mohli inhibovať efluxné gény, ako sú QacA/B, Tetk a MsrA Staphylococcus aureus, a hodnota MIC norfloxacínu sa znížila o 8. krát[34]. Dwivedi a kol. ukázali, že vinblastín môže významne znížiť dávku tetracyklínu a streptomycínu pre klinické izoláty rezistentné voči viacerým liekom (KG-P2) a môže tiež znížiť životaschopnosť buniek. Predpokladá sa, že mechanizmus zvrátenia rezistencie na vinblastín môže byť spôsobený inhibíciou efluxných púmp [35].

3.3 Inhibícia alebo odstránenie biofilmov

Biofilm je mikrobiálne spoločenstvo pripojené k biologickým a nebiologickým povrchom. Tvorba biofilmu je komplexný viacstupňový proces zahŕňajúci transformáciu baktérií z voľne plávajúcej planktónovej formy na fixnú formu tvorby biofilmu. Zahŕňa najmä štyri hlavné kroky: prichytenie na povrch predmetov, proliferáciu, tvorbu mikrokolónií a dozrievanie do štruktúrovaných a odolných mikrobiálnych spoločenstiev [36]. Tvorba biofilmov prispieva k rozvoju rezistencie na antibiotiká, čo je hlavný dôvod, prečo je ťažké kontrolovať bakteriálne infekcie. Rastlinné extrakty môžu inhibovať tvorbu biofilmov rôznych baktérií a majú deštruktívny účinok na existujúce biofilmy, podporujú penetráciu antibiotických liečiv, čím zvrátia bakteriálnu rezistenciu. Kart a kol. zistili, že [13] minimálna inhibičná koncentrácia biofilmu ciprofloxacínu v kombinácii s kurkumínom, baikaleínom a fraxinoylom sa môže znížiť 30 až 60-krát v porovnaní so samotným ciprofloxacínom, čo naznačuje, že rastlinné extrakty možno použiť v kombinácii s antibiotikami na inhibíciu alebo elimináciu biofilmov. V štúdii Bahari et al. [37], keď sa azitromycín a gentamicín použili v kombinácii s kurkumínom, tvorba biofilmu Pseudomonas aeruginosa sa výrazne znížila a inhibičný účinok bol závislý od koncentrácie. Okrem toho kombinácia 1/4 MIC (64 µg/ml) azitromycínu a 1/4 MIC (32 µg/ml) kurkumínu vykazovala najväčší inhibičný účinok na rast biofilmov.

3.4 Zvýšte priepustnosť membrány

Niektoré baktérie downregulujú dopĺňanie pórových proteínov alebo iných selektívnych proteínových kanálov, čo vedie k zníženej permeabilite bunkovej membrány pre antibiotiká a zníženému vstupu liečiva do bakteriálnych buniek, čím vzniká rezistencia na antibiotiká. Rastlinné extrakty sa viažu na lipidy bakteriálnych bunkových membrán a ničia štruktúru bunkovej steny, čo vedie k poškodeniu integrity, zvýšeniu permeability bunkovej membrány a obsahu intracelulárnych antibiotík, strate bunkového obsahu a bunkovej smrti[38]. Apinundecha a kol. pozorovali účinky kombinovaného použitia zázvoru a kloxacilínu na MRSA pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie a transmisnej elektrónovej mikroskopie[39]. Keď došlo k kombinovanému použitiu, na povrchu buniek MRSA sa objavili priehlbiny, praskliny, štruktúry vezikúl a zjavná lýza buniek. Únik bunkových stien, bunkových membrán a obsahu buniek MRSA sa zmenil a množstvo antibiotík vstupujúcich do bunky sa zvýšilo, čo ukazuje na významný synergický antibakteriálny účinok. Okrem toho rastlinné extrakty môžu tiež zvýšiť priepustnosť bunkovej membrány gramnegatívnych baktérií. Qu a spol. zistili, že kombinované použitie tetracyklínu a kvercetínu má tiež deštruktívny účinok na integritu bunkovej membrány Escherichia coli, zvyšuje jej permeabilitu, zvyšuje hladiny -galaktozidázy a alkalickej fosfatázy, zvyšuje extracelulárny obsah ATP a zvyšuje absorpciu tetracyklínu, čím inhibíciou rastu Escherichia coli a opätovným zvýšením citlivosti Escherichia coli na multirezistenciu na tetracyklín [15]. Keď sa baicaleín použil v kombinácii s doxycyklínom, zvýšila sa intenzita fluorescencie propídiumjodidu (PI) a 1-N-fenylnaftylamínu (NPN) a extracelulárny obsah -galaktozidázy a ATP. Štúdie potvrdili, že kombinované použitie týchto dvoch liekov môže inhibovať väzbu Mg2+ na lipid A, aby sa zničila bunková membrána gramnegatívnych baktérií, čím sa synergicky inhibuje rast gramnegatívnych baktérií a znižuje sa ich liečivo odpor [40].

3.5 Úprava cieľa antibiotika

Selektívna toxicita mnohých antibiotík pre baktérie je spôsobená ich vysokou afinitou a špecifickosťou k bakteriálnym cieľom. Po naviazaní na cieľ je inhibovaná zodpovedajúca funkcia bunky, čím sa ovplyvní bakteriálny rast alebo dokonca smrť. Jedným z kľúčových determinantov bakteriálnej rezistencie na antibiotiká je štrukturálna zmena alebo modifikácia cieľa antibiotika. Penicilín viažuci proteín 2a (PBP2a) je enzým, ktorý katalyzuje zosieťovaciu reakciu medzi dvoma susednými peptidovými kmeňmi počas biosyntézy peptidoglykánu, čo môže znížiť antibakteriálnu aktivitu -laktámových antibiotík a tým vyvolať rezistenciu na antibiotiká. Rastlinné extrakty môžu zvýšiť afinitu baktérií k -laktámovým antibiotikám inhibíciou PBP2a, vďaka čomu sú opäť citlivé na antibiotiká. Chang a spol. zistili, že kombinácia tremazonu a nízkej dávky oxacilínu znížila expresiu mecA a prejavila svoj antibakteriálny účinok negatívnou reguláciou PBP2a MRSA, čím sa znížila jeho rezistencia. Wang a kol. zistili, že [42], keď bol trans-cinnamaldehyd kombinovaný s ôsmimi antibiotikami, dávka antibiotík sa mohla znížiť 2 až 16-krát. Keď sa pomocou RT-PCR a Western-blotu analyzovali účinky trans-cinnamaldehydu na transkripčný gén mecA a PBP2a MRSA, zistilo sa, že génová transkripcia aj hladiny proteínov boli významne ovplyvnené, čo naznačuje, že jeho hlavným mechanizmom bolo zníženie produkciu PBP2a. Vankwani a kol. potvrdili inhibičný účinok kôry kmeňa Moringy a ampicilínu na -laktamázu odfarbením jódu a potvrdili blokujúci účinok na expresiu PBP2a výsledkami Western-blot a obnovili citlivosť MRSA na -laktámové antibiotiká [43].

4 Zhrnutie a výhľad

V dôsledku iracionálneho používania až zneužívania antibiotík sa stáva čoraz závažnejšia bakteriálna rezistencia, ktorá vážne ohrozuje zdravie ľudí a hospodárskych zvierat. Rastlinné extrakty, ako sú terpény, alkaloidy, flavonoidy atď., o ktorých sa v súčasnosti uvádza, že majú antibakteriálnu aktivitu, majú dobrú antibakteriálnu aktivitu, znižujú bakteriálnu rezistenciu, oneskorujú alebo dokonca zvracajú bakteriálnu rezistenciu, ale ak sa používajú samostatne, doba antibakteriálneho účinku je dlhá , dávkovanie je veľké a stále je v počiatočnom štádiu výskumu. Pre lepšiu prevenciu a kontrolu bakteriálnych infekcií a zlepšenie účinnosti by sa mal posilniť kombinovaný aplikačný výskum s antibiotikami, malo by sa znížiť dávkovanie rastlinných extraktov a antibiotík, mali by sa obmedziť toxické vedľajšie účinky spôsobené rozsiahlym užívaním liekov. znížená, citlivosť baktérií na antibiotiká by sa mala znížiť a tvorba rezistentných kmeňov by sa mala spomaliť znížením rezistencie baktérií na antibiotiká.

Rastlinné extrakty zvyšujú citlivosť baktérií na antibiotiká tým, že inhibujú aktivitu enzýmov hydrolýzy/modifikácie antibiotík, modifikujú ciele antibiotík, inhibujú eflux efluxnej pumpy, zvyšujú priepustnosť membrány a inhibujú/odstraňujú biofilmy, čím poskytujú realizovateľnú stratégiu na zníženie bakteriálnej rezistencie. Hoci kombinácia rastlinných extraktov a antibiotík v mnohých súčasných štúdiách preukázala vynikajúce synergické antibakteriálne účinky, v nasledujúcich štúdiách sa jej nepodarilo dosiahnuť požadovaný antibakteriálny účinok, čo často súvisí s prílišným spoliehaním sa na experimentálne štúdie in vitro a experimentálne modely na zvieratách. Preto hĺbkové skúmanie in vivo antibakteriálneho mechanizmu rastlinných extraktov v kombinácii s viacerými klinickými kmeňovými testami zostáva stredobodom budúceho výskumu s cieľom skríningu a vývoja nových a účinných kombinovaných liekových režimov na prekonanie súčasných defektov kombinovaného použitia. rastlinných extraktov a antibiotík.

Referencie

[1] ZHUO H, ZHANG X, LI M, ZHANG Q a kol. Antibakteriálne a protizápalové vlastnosti nového antimikrobiálneho peptidu odvodeného od

LL-37[J]. Antibiotiká (Bazilej),2022,11(6):754.

[2] HUANG Z, YUAN T, CHEN J a kol. Neuroprotektívne a antioxidačné aktivity rôznych polaritných častí extraktov z ginka

list biloba a podzemok Zingiber officinale z Yongzhou[J]. Frontiers in Chemistry, 7. september 2022;10:984495.

[3] SUN L, TANG Z, WANG M a kol. Skúmanie antimikrobiálnych zložiek v semene Psoralea corylifolia L. a súvisiaceho mechanizmu proti

meticilín-rezistentný Staphylococcus aureus. [J] Molekuly, 2022, 27 (20): 6952.

[4] ISLAM MA, AKHTAR Z, HASSAN MZ a kol. Vzor výdaja antibiotík v lekárňach podľa WHO prístup, sledovanie, rezerva

(AWaRe) klasifikácia v Bangladéši[J]. Antibiotiká (Bazilej),2022,11(2):247.

[5] CHOI SR, BRITIGAN BE, NARAYANASAMY P. Gálium(III) nanočastice cielené na metabolizmus železa/hému sú aktívne proti extracelulárnym

a intracelulárne Pseudomonas aeruginosa a Acinetobacter baumannii[J]. Antimikrobiálne látky a chemoterapia, 2019,63(4):e02643-18.

[6] MCINNES RS, MCCALLUM GE, LAMBERTE LE, et al. Horizontálny prenos génov rezistencie na antibiotiká v ľudskom čreve

mikrobióm[J]. Aktuálne stanovisko v mikrobiológii, 2020, 53:35-43.

[7] SUBRAMANIAM G, GIRISH M. Antibiotická rezistencia – príčina opätovného výskytu infekcií[J]. Indian Journal of

Pediatria, 2020, 87(11):937-944.

[8] ROCHA DC, DA SILVA ROCHA C, TAVARES DS, et al. Veterinárne antibiotiká a fyziológia rastlín: Prehľad[J]. Veda o

Celkové prostredie, 2021,767:144902.

[9] LI Z, LI M, ZHANG Z, a kol. Antibiotiká vo vodnom prostredí Číny: Prehľad a metaanalýza[J]. Ekotoxikológia a životné prostredie

Bezpečnosť, 2020,199:110668.

[10] LIU XH, LU SY, GUO W a kol. Antibiotiká vo vodnom prostredí: prehľad jazier, Čína[J]. The Science of the Total

Environment, 627, 1195-1208.

[11] SUN Y, ZHANG M, OU Z, a kol. Vnútorný mikrobióm, mikrobiálne a rastlinné metabolity, chemické zlúčeniny a symptómy astmy u juniorov

stredoškoláci: multicentrické spolkové štúdium v ​​Malajzii[J]. European Respiratory Journal,2022,60(5):2200260.

[12] TAN Z, DENG J, YE Q, a kol. Antibakteriálna aktivita flavonoidov prírodného pôvodu[J]. Aktuálne témy v medicíne

Chémia, 2022, 22(12):1009-1019.

[13] KART D, REÇBER T, NEMUTLU E, et al. Subinhibičné koncentrácie ciprofloxacínu samotného a kombinácií s rastlinným produktom

zlúčeniny proti biofilmom P. aeruginosa a ich účinky na metabolomický profil biofilmov P. aeruginosa[J].Antibiotiká

(Bazilej).2021,10(4):414