Studium interakcí antibakteriálních látek přírodního charakteru v kombinaci s vybranými antibiotiky

Ing. Klára Laloučková

Disertační práce

Interactions study of natural-derived compounds with selected antibiotics

Anotace:

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 této doktorské disertační práce studovat možnosti působení vybraných látek přírodního charakteru v kombinaci s antibiotiky na určité patogenní bakterie pomocí laboratorních mikrobiologických metod. Práce byla koncipována jako komentovaný soubor čtyř prací souvisejících s tématem bakteriální antibiotické rezistence, antimikrobiálních účinků štěpených rostlinných olejů bohatých na středně dlouhé mastné kyseliny (MCFA) vůči grampozitivním patogenům trávicího traktu, komenzálním bakteriím a původcům bovinních mastitid, a následně s tématem možných interakcí vybraných hydrolyzovaných rostlinných olejů bohatých na MCFA po výše uvedeném testování jejich antibakteriálních vlastností s oxacilinem vůči Staphylococcus aureus. Studie publikované v rámci této práce prokázaly in vitro mikrodiluční metodou v bujónu, že rostlinné oleje (babassu, Cuphea, kokosový, murumuru, palmojádrový a tucuma olej) štěpené porcinní pankreatickou lipázou potlačují růst enteropatogenů (Clostridium perfringens, Enterococcus cecorum, Listeria monocytogenes a S. aureus) při hodnotách minimálních inhibičních koncentrací (MIC) v rozmezí od 140 µg/ml do 4500 µg/ml v závislosti na testovaném bakteriálním druhu a kmeni. Navíc byl zjištěn pozitivní fakt, a sice, že štěpené rostlinné oleje bohaté na MCFA nemají vliv (MIC < 4500 µg/ml) na růst komenzálních, zdraví prospěšných bakterií trávicího traktu (Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp.). Následně bylo prokázáno, 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, Streptococcus agalactiae, Str. dysgalactiae subsp. dysgalactiae a Str. uberis při MIC odpovídajících hodnotám 2048 – 8192 µg/ml, 64 – 1024 µg/ml, 1024 – 2048 µg/ml, a 128 – 2048 µg/ml pro každý bakteriální druh. Dále bylo in vitro pomocí šachovnicové mikrodiluční metody v bujónu zjištěno, že tři vybrané palmové oleje bohaté na MCFA (kokosový, pajmojádrový a tucuma olej) štěpené porcinní pankreatickou lipázou vykazují v kombinaci s oxacilinem antagonistické interakce vůči standardním kmenům i klinickým izolátům S. aureus v koncentracích ≥ 1024 µg/ml. Plynovou chromatografií s ionizačním plameným detektorem bylo zjištěno, že hlavní mastnou kyselinou v testovaných olejích je kyselina laurová, jež následně s oxacilinem vykázala také antagonistické kombinační účinky ve shodných koncentracích jako štěpené oleje, tedy ≥ 1024 µg/ml. Na základě růstových křivek kmenů S. aureus v různých koncentracích testovaných látek lze předpokládat, že mechanismem antagonistického působení mezi MCFA-bohatými rostlinnými oleji po jejich hydrolyzaci a oxacilinem je zastavení dělení bakterií S. aureus, čímž je přerušena produkce cílových míst oxacilinu (penicilin-vázající proteiny buněčné stěny bakterií), a látky tak negativně ovlivní svůj účinek. Lze předpokládat, že vysoké dávky rostlinných (palmových) olejů bohatých na MCFA mohou při současné koadministraci negativně ovlivnit léčbu stafylokokových infekcí β-laktamovými antibiotiky, čímž byla potvrzena hypotéza práce, a sice, že budou vybrané antibakteriální látky přírodního charakteru (štěpené rostlinné oleje bohaté na MCFA) v kombinaci s antibiotiky (β-laktamy, resp. oxacilin) vykazovat modulovanou aktivitu na základě působení látkových interakcí, které se budou projevov

Anotace:

at případnou změnou antibakteriálního účinku (antagonismus).

Abstract:

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 possibile action of selected substanceswith natural origin in combination with antibiotics on certain pathogenic bacteria 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 gram-positive gastrointestinal pathogens, commensal bacteria and bovine mastitis causative environmental pathogens, and subsequently on the topic of possible interactions of selected hydrolyzed vegetable oils rich in MCFA after the above testing of their antibacterial properties with oxacillin against Staphylococcus aureus. Studies published in this work have shown in vitro by microdilution in broth that vegetable oils (babassu, Cuphea, coconut, murumuru, palm kernel and tucuma oil) cleaved by porcine pancreatic lipase suppress the growth of enteropathogens (Clostridium perfringens, Enterococcus cecorum, Listeria monocytogenes and S. aureus) at minimum inhibitory concentration (MIC) values ranging from 140 µg/mL to 4500 µg/mL depending on the bacterial species and strain tested. In addition, a positive fact was found that cleaved vegetable oils rich in MCFA do not have an effect (MIC <4500 µg/mL) on the growth of commensal, beneficial bacteria of the digestive tract (Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp.). Subsequently, 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. Furthermore, using a checkerboard microdilution method in broth in vitro, it was found that three selected palm oils rich in MCFA (coconut, pean kernel and tucuma oil cleaved by porcine pancreatic lipase) in combination with oxacillin show antagonistic interactions against standard strains and clinical isolates of S. aureus at concentrations ≥ 1024 µg/mL. Gas chromatography with an ionization flame detector revealed that the major fatty acid in tested oils was lauric acid, which subsequently also showed antagonistic combinatory effect with oxacillin at the same concentrations as the cleaved oils, meaning ≥ 1024 µg/mL. Based on the growth curves of S. aureus strains at different concentrations of tested substances, it can be assumed that the mechanism of antagonistic action between MCFA-rich vegetable oils after their hydrolysis and oxacillin is in the termination of the division of S. aureus bacteria, thereby interrupting the production of oxacillin-taget spots (penicillin-binding proteins in the bacterial cell wall), and the substances thus adversely affect tmeselves. It can be assumed that high doses of vegetable (palm) oils rich in MCFA may when co-administrated, adversely affect the treatment of staphylococcal infections with β-lactam antibiotics, confirming the hypothesis that selected natural antibacterial substances (cleaved vegetable oils rich in MCFA) in combination with antibiotics (β-lactams or oxacillin) show modulated activity based on the action of substance interactions, which will be manifested by a possible change in the antibacterial effect (antagonism).

Klíčová slova

frakční inhibiční koncentrace, Staphylococcus aureus, štěpení, oxacilin, šachovnicová metoda, antagonismus, palmový olej

Keywords

antagonism, Staphylococcus aureus, cleavage, palm oil, fractional inhibitory concentration, oxacillin, checkerboard method

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 2. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. MVDr. Eva Skřivanová, Ph.D.
• Oponent: Pavel Klouček, Ph.D., doc. Ing., David Zapletal, externi, Jakub Mrázek, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Doktorský studijní program / obor:
Zootechnika / Obecná zootechnika