Działanie na bakterie i grzyby alkaloidów i innych grup związków roślinnych

Wśród związków roślinnych o potencjalnym działaniu na bakterie i grzyby znalazły się alkaloidy, w tym alkaloidy izochinolinowe i steroidowe oraz alkaloidy z grupy Amaryllidaceae i Colchicum. Ponadto badaniami objęto wybrane kumaryny, chinony, poliacetyleny, saponiny i związki roślinne z innych grup chemicznych.

Celem pracy była ocena działania przeciwdrobnoustrojowego substancji roślinnych należących do wymienionych grup chemicznych z punktu widzenia poznawczego oraz ewentualnego ich zastosowania w praktyce medycznej. W opracowaniu wykorzystano wyniki badań własnych, które wykonano w latach 1976-2012 (1, 2).

Badania obejmowały 35 substancji, które pochodziły z obrotu handlowego oraz były izolowane z materiału roślinnego we własnym zakresie.

Z firmy Aldrich otrzymano: chlorek berberyny, chlorek palmatyny i umbeliferon. Natomiast z firmy Roth pochodziły następujące substancje roślinne: chelidonina, azotan sangwinaryny, tomatyna, tomatydyna, solanidyna, ksantotoksyna, digitonina, chlorowodorek prymuliny, kwas sorbowy, kapsaicyna, glukotropeolina, kwas usninowy, kwas aristolochiowy i katechina.

W Instytucie Roślin i Przetworów Zielarskich (obecnie Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich) w Poznaniu izolowano dla potrzeb naukowych następujące substancje użyte w badaniach: chlorek jatroryzyny (z korzenia Berberis vulgaris), semperwirynę (z kłączy Gelsemium sempervirens), bromowodorek solasodyny (z ziela Solanum laciniatum), chlorowodorek galantaminy (z bulw Galantus nivalis), kolchaminę (z nasion Colchicum autumnale), imperatorynę (z korzeni Archangelica officinalis), szikoninę, acetyloszikoninę, izopropyloszikoninę i acetoksyrojleanon (z korzeni Salvia officinalis), falkarinol i hydroksyfalkarinol (z korzeni Panax vietnamensis), poliacetylen o nieustalonej budowie chemicznej (z owoców Polyscias fruticosa), spiroeter (en-in-dicykloeter) (z olejku eterycznego otrzymanego z koszyczków Chamomilla recutita), konwalarynę i konwalamarynę (z liści Convallaria majalis), alantolakton (heleninę) (z kłączy Inula helenium) i synalbinę (z nasion Synapis alba).

W badaniach używano szczepy wzorcowe pochodzące z następujących kolekcji mikrobiologicznych: ATCC (American Type Culture Collection), CNCTC (Czechoslovak National Collection of Type Cultures) oraz PZH (Państwowy Zakład Higieny). Poza tym do badań służyły szczepy drobnoustrojów wyizolowane z materiału szpitalnego (S) oraz z produktów żywnościowych (P).

Badane substancje rozpuszczano w DMSO (firmy Serva) w stężeniu 100 lub 10 mg/ml i sporządzano z nich rozcieńczenia w podłożach płynnych. W przypadku bakterii używano podłoża Antibiotic Broth, a w przypadku grzybów podłoża Sabouraud Broth (oba podłoża firmy Merck). Oznaczenia prowadzono w granicach stężeń 1-1000 μg/ml. Do poszczególnych rozcieńczeń badanych substancji o objętości 1 ml dodawano po 0,1 ml 24-48 godz. hodowli bakterii lub grzybów drożdżoidalnych oraz 72 godz. hodowli dermatofitów i grzybów pleśniowych. Inokulum badanych drobnoustrojów mieściło się w granicach 10⁵-10⁶ komórek w 1 ml. Próbki inkubowano przez 24-48 godz. w temp 37°C (bakterie i grzyby drożdżoidalne chorobotwórcze dla człowieka oraz dermatofity) lub w temp. 25°C (grzyby drożdżoidalne i pleśniowe izolowane z produktów żywnościowych). Następnie określano najmniejsze stężenie badanych substancji hamujące wzrost użytych drobnoustrojów (MIC – Minimal Inhibitory Concentration).

Wyniki badań przedstawione w tabeli 1 wskazują, że chlorek berberyny (alkaloid izochinolinowy z grupy protoberberyny) działał na bakterie Gram-dodatnie wielokrotnie silniej (MIC w granicach 10-150 μg/ml) w porównaniu do bakterii Gram-ujemnych (MIC w granicach 50-2.000 μg/ml). Natomiast działanie chlorku berberyny oraz chlorku palmatyny i chlorku jatroryzyny, dwóch innych alkaloidów izochinolinowych z grupy protoberberyny, na grzyby drożdżoidalne i pleśniowe oraz dermatofity, było stosunkowo słabe (MIC w granicach 500-2500 μg/ml) (tab. 2).

Z danych przedstawionych w tabeli 3 można wnioskować, że chelidonina i azotan sangwinaryny (alkaloidy izochinolinowe z grupy benzofenantrydyny) różniły się zasadniczo w działaniu na bakterie i grzyby drożdżoidalne. Chelidonina działała na wymienione drobnoustroje wielokrotnie słabiej (MIC w granicach 500-1500 μg/ml) w porównaniu do azotanu sangwinaryny (MIC w granicach 10-250 μg/ml). Działanie chelidoniny na grzyby pleśniowe było podobne do działania tego alkaloidu na bakterie i grzyby drożdżoidalne (MIC w granicach 750-1500 μg/ml), natomiast na dermatofity chelidonina działała znacznie silniej (MIC w granicach 100-250 μg/ml).

Zwraca uwagę silne działanie semperwiryny (alkaloidu indolowego) na bakterie i grzyby (MIC w granicach 100-500 μg/ml (tab. 4). Z kolei tomatyna (alkaloid steroidowy) (tab. 5) wykazywała umiarkowaną aktywność przeciwdrobnoustrojową, działając silniej na bakterie Gram-dodatnie i grzyby drożdżoidalne (MIC w granicach 100-750 μg/ml) niż na bakterie Gram-ujemne (MIC w granicach 2500-5000 μg/ml). Inne alkaloidy steroidowe, takie jak tomatydyna, solanidyna i chlorowodorek solasodyny, również oddziaływały silnie na grzyby drożdżoidalne (MIC w granicach 10-500 μg/ml (tab. 6). Podobne działanie na grzyby drożdżoidalne wykazywał bromowodorek galantaminy (alkaloid Amaryllidaceae) i kolchamina (alkaloid Colchicum) (MIC w granicach 10-250 μg/ml) (tab. 7.).

Z przebadanych kumaryn (tab. 8), zarówno umbeliferon (7-hydroksykumaryna), jak i imperatoryna i ksantotoksyna (furanokumaryny), działały na bakterie i grzyby drożdżoidalne podobnie (MIC w granicach 100-1500 μg/ml). Wyróżnia się natomiast silne działanie imperatoryny na dermatofity (MIC w granicach 10-25 μg/ml).

Wyjątkowo silne działanie na wzorcowy szczep S. aureus ATCC 6538P wykazywały chinony, w tym szikonina, acetyloszikonina i izopropyloszikonina (MIC w granicach 2,5-5 μg/ml) – naftochinony wyizolowane z korzeni Salvia officinalis. Wysoką aktywność przeciwbakteryjną wykazywał również acetoksyrojleanon (MIC=20 μg/ml) (tab. 9).

Na tle badanych substancji wyróżnia się znacznie aktywność poliacetylenów (tab. 10) – falkarinolu i hydroksyfalkarinolu wyizolowanych z korzeni Panax vietnamensis oraz związku o nieznanej budowie wyizolowanego z owoców Polyscias fruticosa, wobec bakterii Gram-dodatnich (MIC w granicach 5-50 μg/ml). Działanie poliacetylenów na bakterie Gram-ujemne, grzyby drożdżoidalne i pleśniowe oraz dermatofity było dość zróżnicowane (MIC w granicach 2,5-2500 μg/ml).

Zróżnicowane działanie na drobnoustroje wykazuje spiroeter (en-in-dicykloeter) (tab. 11). O ile na bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne działa on bardzo słabo (MIC w granicach 5000->10000) to na grzyby drożdżoidalne i dermatofity działa dość silnie (MIC w granicach 100-250 μg/ml).

Stosunkowo silne działanie na bakterie i grzyby drożdżoidalne wykazywały saponiny triterpenowe – digitonina i prymulina oraz saponiny steroidowe – konwalaryna i konwalamaryna (MIC w granicach 75-500 μg/ml) (tab. 12).

Badania wykazały, że alantolakton (lakton seskwiterpenowy), kwas sorbowy (kwas alifatyczny) i kapsaicyna (fenyloalkiloamina) działały silnie na grzyby drożdżoidalne (MIC w granicach 75-250 μg/ml). Szczególną aktywnością przeciwdrożdżakową odznaczał się alantolakton (MIC w granicach 75-100 μg/ml) (tab. 13).

Z pozostałych badanych substancji roślinnych, takich jak synalbina i glukotropeolina (glukozynolaty), kwas usninowy (kwas porostowy), kwas aristolochiowy (pochodna fenantrenu) oraz katechina (garbnik skondensowany), na szczególną uwagę zasługuje kwas usninowy, którego MIC wobec S. aureus ATCC 6538P wynosiło 7,5 μg/ml oraz kwas aristolochiowy, którego MIC wobec S. cerevisiae Ja-64 (P) wynosiło 1,0 μg/ml (tab. 14). Działanie pozostałych substancji na bakterie i grzyby drożdżoidalne było słabe (MIC w granicach 500-7500 μg/ml).

Substancje roślinne o silnym działaniu na bakterie i grzyby przedstawiono w tabeli 15. Wzory chemiczne niektórych z tych substancji zilustrowano na rycinie 1.

1. Badania wykazały, że na bakterie Gram-dodatnie silne działanie antybiotyczne (MIC w granicach 2,5-250 μg/ml), wykazywały: szikonina i jej pochodne, chlorek berberyny, azotan sangwinaryny, falkarinol, digitonina i kwas usninowy. Na bakterie Gram-ujemne silne działanie wywierał azotan sangwinaryny i digitonina.

2. Silnym działaniem antybiotycznym na grzyby drożdżoidalne i dermatofity odznaczały się takie substancje roślinne, jak imperatoryna, azotan sangwinaryny, semperwiryna, bromowodorek galantaminy, kolchamina, spiroeter, digitonina, konwalamaryna, alantolakton, kwas sorbowy, kapsaicyna i kwas aristolochiowy. Hamowały one wzrost wymienionych grzybów w granicach stężeń 1-250 μg/ml.

3. Przeprowadzone badania wskazują na możliwość wykorzystania niektórych substancji roślinnych w praktyce medycznej.