Antibakteriální a antiseptické látky přírodního charakteru a jejich interakce s antibiotiky

Ing. Lucie Malá

Doctoral thesis

Natural-derived antibacterial and antiseptic compounds and their interactions with antibiotics

Abstract:

Rezistence bakterií vůči antibiotikům je celosvětovým problémem vyskytujícím se nejen v nemocničních prostředích, ale i v živočišné produkci, kde bakteriální infekce nejsou výjimkou. Hospodářská zvířata mohou být asociována např. stafylokoky nebo streptokoky, jež jsou spojovány s infekcemi kůže. Jednou z možností, jak snížit progresi bakteriální antibiotické rezistence a omezit její následky v terapii infekčních onemocnění způsobených rezistentními bakteriemi, je tzv. kombinační léčba. S ohledem na danou skutečnost bylo cílem předložené doktorské disertační práce studovat antibakteriální účinky a interakce vybraných látek přírodního charakteru v kombinaci s antibiotiky pomocí laboratorních mikrobiologických metod vůči patogenním mikroorganismům povrchu kůže a sliznic zvířat. Práce je koncipována jako soubor čtyř vědeckých publikací souvisejících s tématem bakteriální antibiotické rezistence, antimikrobiálních účinků štěpených rostlinných olejů bohatých na středně dlouhé mastné kyseliny (MCFA) vůči grampozitivním původcům bovinních mastitid, stejně jako volných MCFA a jejich monoesterů vůči Aeromonas hydrophila. Dalším předmětem výzkumu byly možné interakce pyrithion zinku s gentamicinem vůči bakteriálním původcům infekcí kůže a sliznic hospodářských zvířat. Studie publikované v rámci této práce prokázaly in vitro mikrodiluční metodou v bujónu, že vybrané palmové oleje bohaté na MCFA (kokosový, palmojádrový a tucuma olej) hydrolyzované lipázou z Mucor javanicus jsou antibakteriálními látkami schopnými potlačit růst bakterií S. aureus, Str. agalactiae, Str. dysgalactiae subsp. dysgalactiae a Str. uberis při MIK odpovídajících hodnotám 2048 – 8192 µg/ml, 64 – 1024 µg/ml, 1024 – 2048 µg/ml, a 128 – 2048 µg/ml pro každý bakteriální druh. Následně bylo prokázáno, že monoestery MCFA vykazují teplotně závislý antibakteriální účinek vůči A. hydrophila, kde nejúčinnější při 37 °C byl sacharózový monoester kaprinové kyseliny (MIK 625 µg/ml) a monokaprylin při 4 °C (MIK 1250 µg/ml). Oproti tomu volné MCFA byly bez antibakteriálního účinku (MIK > 5000). Dále bylo pomocí in vitro šachovnicové mikrodiluční metody v bujónu zjištěno, že pyrithion zinek vykazuje v kombinaci s gentamicinem významné synergické interakce vůči kmenům S. aureus (FIK 0.35-0.43), Str. agalactiae (FIK 0.20-0.39) a Str. dysgalactiae (0.22-0.42), a to v rámci jedné, čtyř a tří koncentrací pro každý bakteriální druh. Poznatky předložené doktorské disertační práce mohou představovat slibný zdroj pro vývoj nových antibakteriálních látek.

Abstract:

Bacterial resistance to antibiotics is a worldwide problem occurring not only in hospital environments, but also in animal production, where bacterial infections are not an exception. Livestock can be associated with e.g. staphylococci or streptococci which is involved with skin infections. One of the possible ways of reducing the progression of bacterial antibiotic resistance and restriction of its consequences on the treatment of infectious diseases caused by resistant bacteria is the so-called combination therapy. With regard to this fact, the aim of this doctoral dissertation thesis was to study the antibacterial effects and the interactions of selected substances of natural character with antibiotics on pathogenic bacteria of the skin and mucous membranes using laboratory microbiological methods. The work was conceived as an annotated set of four papers related to the topic of bacterial antibiotic resistance, antimicrobial effects of cleaved vegetable oils rich in medium fatty acids (MCFA) against bovine mastitis causative environmental pathogens, as well as free MCFA and their monoesters against Aeromonas hydrophila. Another research topic was the possible interactions of zinc pyrithione with gentamicin against pathogenic bacteria of the skin and mucous membranes of livestock. Studies published in this work have shown in vitro by microdilution in broth that selected palm oils rich in MCFA (coconut, palm kernel and tucuma oil) hydrolyzed by lipase from Mucor javanicus were shown to be antibacterial agents capable of inhibiting the growth of S. aureus, Streptococcus agalactiae, Str. dysgalactiae subsp. dysgalactiae and Str. uberis at MICs corresponding to 2048 - 8192 µg/mL, 64 - 1024 µg/mL, 1024 - 2048 µg/mL, and 128 - 2048 µg/mL for each bacterial species. Subsequently, monoesters of MCFA were shown temperature-dependent antibacterial effect against A. hydrophila, where sucrose monocaprate was the most effective at 37 °C (MIC 625 µg/mL) and monocaprylin was the most effective at 4 °C (MIC 1250 µg/mL). In contrast, free MCFA were without antibacterial effect (MIC > 5000 µg/mL). Furthermore, using a checkerboard microdilution method in broth in vitro, it was found that zinc pyrithione in combination with gentamicin show sygnificant synergistic interactions against strains of S. aureus (FIC 0.35-0.43), Str. agalactiae (FIC 0.20-0.39) and Str. dysgalactiae (FIC 0.22-0.42), within one, four and three concentrations for each bacterial species. The findings presented in this doctoral dissertation thesis could be a promising source for the development of new antibacterial substances.

Keywords

kůže, synergismus, Streptococcus spp., Aeromonas hydrophila, pyrithion zinek, mastné kyseliny, frakční inhibiční koncentrace, Staphylococcus aureus

Keywords

fractional inhibitory concentration, skin, synergism, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Aeromonas hydrophila, zinc pyrithione, fatty acids

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 9. 2022

Thesis defence

• Supervisor: prof. MVDr. Eva Skřivanová, Ph.D.
• Reader: Pavel Klouček, Ph.D., doc. Ing., David Zapletal, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Animal Science