Hodnocení rostlinných chinonů pro jejich antimikrobiální synergický efekt v in vitro podmínkách

Ing. Johana Rondevaldová

Disertační práce

Evaluation of plant quinones for in vitro antimicrobial synergistic effect

Anotace:

Infekční onemocnění způsobené mikroorganismy jsou stále velkou hrozbou pro veřejné zdraví, převážně kvůli nízké citlivosti k antibiotikům. Jedním z nejzávažnějších lidských patogenů spojených s touto problematikou je Staphylococcus aureus, jehož kmeny jsou rezistentní téměř ke všem antibiotikům. Jedna ze strategií jak léčit infekce způsobené rezistentními mikroorganismy je kombinace léčiv. Z řady možností se rostlinné chinony zdají být vhodnými kandidáty pro tento účel. Kromě toho existují studie popisující zvýšení účinku běžných antibiotik v kombinaci s chinony. V této práci, dva extrakty druhu Embelia schimperi, jakož i benzochinony (embelin a tymochinon), a naftochinon (plumbagin), byly zkoumány z hlediska in vitro anti-stafylokokových účinků v kombinaci s vybranými zástupci z různých skupin antibiotik. Navíc, vzhledem k tomu, že tymochinon je těkavá látka schopna ovlivnit výsledky získané bujónovou mikrodiluční metodou, byl proveden srovnávací experiment se speciální EVA capmatTM ochranou matrací. Výsledky ukázaly významné rozdíly v získaných hodnotách minimálních inhibičních koncentrací (MIK) ze zakrytých a nezakrytých mikrotitračních destiček a prokázaly, že tato matrace je schopna účinně zabránit ovlivňování výpary. MIK každé sloučeniny byla stanovena pomocí bujónové mikrodiluční metody, zatímco kombinační účinek byl hodnocen na základě indexu součtu frakčních inhibičních koncentrací (sumFIK) získaných šachovnicovou metodou. Výsledky ukázaly aditivní účinky u mnoha kombinací proti většině kmenů, navíc synergie byla popsána u následujících kombinací: embelin-oxacillin (sumFIK 0,203-0,477), embelin-tetracyklin (sumFIK 0,400-0,496), tymochinon-oxacilin (sumFIK 0,263-0,450), tymochinon-penicilin (sumFIK 0,466), tymochinon-tetracyklin (sumFIK 0,400-0,475), a plumbagin-oxacilin (sumFIC 0,273-0,281). V některých případech se podařilo překonat rezistenci vůči oxacilinu a tetracyklinu. Tyto výsledky potvrzují předchozí studie o posílení anti-stafylokokového účinku antibiotik chinony. Navíc je toto první studie zaměřena na testování antimikrobiálního kombinačního účinku E. schimperi a embelinu vůbec. Dále jsou zde pro svůj synergismus poprvé popsány kombinace: plumbagin -oxacilin, tymochinon-oxacilin, a tymochinon-penicilin. Naše experimenty ukázaly, že výpary tymochinonu mohou ovlivnit hodnocení kombinačního účinku při šachovnicovém testu na mikrotitrační destičce. Tomuto lze zabránit používáním EVA capmatTM .

Abstract:

Infectious diseases caused by microorganism are a major threat to public health, mostly due to the low sensitivity to antibiotics. One of the most serious human pathogen associated with this issue is Staphylococcus aureus, which strains are resistant to almost all antibiotics used. The possible strategy for the successful treatment of infections caused by resistant microorganisms is the use of drug combinations. Among a number of candidates, the plant-derived quinones seem to be prospective compounds for this purpose. Moreover, there are some reports describing enhancing antimicrobial effect of conventional antibiotics when combined with quinones. In present study, two extracts of Embelia schimperi, as well as benzoquinones (embelin and thymoquinone), and naphthoquinone (plumbagin), were examined for their in vitro anti-staphylococcal activity in combination with selected representatives from different antibiotic groups. Moreover, because thymoquinone is volatile compound able to affect results obtained from broth microdilution method, a comparative experiment has been done with and without EVA capmatTM. The results showed significant differences in minimum inhibitory concentration (MIC) values and proved this capmat as an effective vapour barrier. MICs of each compound were determined through the broth microdilution method, whereas the combinatory effect was evaluated according to the sum of fractional inhibitory concentration (sumFIC) indices obtained by checkerboard method. The results showed additive effects in many combinations against majority of strains, moreover synergy occurred in following combinations: embelin-oxacillin (sumFIC 0.203-0.477), embelin-tetracycline (sumFIC 0.400-0.496), thymoquinone-oxacillin (sumFIC 0.263-0.450), thymoquinone-penicillin (sumFIC 0.466), thymoquinone-tetracycline (sumFIC 0.400-0.475), plumbagin-oxacillin (sumFIC 0.273-0.281). In several cases resistance to oxacillin and tetracycline has been totally broken. Our results confirm previous reports on the quinone enhancement of anti-staphylococcal activity of antibiotics. This is the first report on antimicrobial combinatory effect of E. schimperi and its main principle embelin. Furthermore, synergy of combinations plumbagin-oxacillin, thymoquinone-oxacillin, and thymoquinone-penicillin are also reported here for the first time. Our experiments also showed that thymoquinone vapours can affect evaluation of combined effect by checkerboard assay, whereas the use of EVA capmatTM can successfully avoid this.

Klíčová slova

benzochinon, Embelia schimperi, embelin, emberine, naftochinon, Nigella sativa, plumbagone, rezistence, stafylokokové infekce, synergický efekt, těkavé látky

Keywords

benzoquinone, Embelia schimperi, embelin, emberine, naphthoquinone, Nigella sativa, plumbagone, resistance, staph infections, synergistic effect, volatility

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 11. 2014

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. Ing. Ladislav Kokoška, Ph.D.
• Oponent: Pavel Klouček, Ph.D., doc. Ing., Karel Šmejkal, Ph.D., Jakub Mrázek

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta tropického zemědělství

Doktorský studijní program / obor:
Zemědělská specializace / Tropické a subtropické zemědělství