Proprietăţile antibacteriene ale uleiurilor esenţiale de Monarda

Introducere

Infecţiile microbiene reprezintă o problemă de sănătate publică la nivel mondial ca urmare a creşterii incidenţei patologiilor bacteriene şi micotice şi a numărului de agenţi patogeni implicaţi, precum şi a progresiei rezistenţei bacteriilor şi fungilor la preparatele existente. Elucidarea şi cercetarea unor compuşi naturali, inclusiv de origine vegetală, şi a principiilor active vor permite diversificarea preparatelor antimicrobiene eficiente şi inofensive disponibile în practica medicală. Uleiurile esenţiale sunt antisepticele naturii şi capacitatea lor de a distruge microorganismele a fost bine documentată de-a lungul secolelor. Uleiurile esenţiale sau volatile constituie un domeniu special de cercetare, datorită compoziţiei foarte variate care poate determina o gamă variată de efecte, inclusiv antibacterian. Câteva studii au iniţiat procesul de cercetare şi argumentare a mecanismelor specifice şi nespecifice de acţiune a uleiurilor esenţiale şi a componenţilor acestora, lucru care va facilita identificarea de noi ţinte care nu sunt vizate de antibioticele existente. Creşterea periculoasă a rezistenţei la antibiotice reprezintă un pericol la nivel mondial, iar cercetarea şi elaborarea unor compuşi antibacterieni noi, inclusiv de origine vegetală din uleiurile esenţiale, constituie una dintre direcţiile prioritare de cercetare. În acest context, cercetarea uleiurilor esenţiale şi a extractelor din speciile Monarda, inclusiv de origine autohtonă, constituie una dintre direcţiile prioritare ale cercetătorilor^{(5,8,9,11,12,13,14)}.

Genul Monarda L. din familia Lamiaceae este reprezentat de circa 15-30 de specii, a căror origine este America de Nord. Unele specii sunt cultivate în America şi în ţările europene ca plante aromate. Popular, Monarda se mai numeşte: bergamotă, balsam de lămâie american, mentă de lămâie⁽⁷⁾.

Materiale şi metodă

S-au selectat şi s-au analizat articole din baza de date PubMed după cuvintele-cheie: „monarda”, „uleiuri esenţiale”, „activitate antimicrobiană”, „activitate antibacteriană”, referitoare la proprietăţile antibacteriene ale uleiurilor esenţiale şi ale extractelor din speciile Monarda. Literatura de specialitate a fost selectată pentru lucrările publicate în perioada 2007-2022.

Rezultate şi discuţii

Activitatea biologică ridicată a uleiului esenţial de Monarda determină utilizarea acestuia în medicină. Conform studiilor, s-a demonstrat că uleiurile esenţiale şi extractele din speciile Monarda posedă proprietăţi antimicrobiene, antioxidante, antimicotice etc., care pot varia în funcţie de specie, de origine, de metodele de cultivare, de stadiul vegetativ şi de sezonul de creştere a plantelor. Mai mulţi factori afectează compoziţia uleiului esenţial, inclusiv originea geografică şi sezonul de recoltare, după cum au demonstrat alte studii^(2,5,7,9,12).

Actualmente, speciile Monarda sunt cultivate pe scară largă ca plante ornamentale şi medicinale de uz local, dar nu sunt incluse în Farmacopeea Americană şi în Farmacopeea Europeană. Valoarea speciilor Monarda se bazează în principal pe constituenţii lor volatili şi pe trăsăturile lor ornamentale. Părţile aeriene din această plantă au fost folosite pentru vindecarea gripei, pentru tratamentul infecţiilor cavităţii bucale (gingivită, carie dentară), al plăgilor cutanate, pentru ameliorarea cefaleei şi flatulenţei sau la îmbăierea bebeluşilor⁽¹⁵⁾.

Uleiurile esenţiale au o istorie lungă de utilizare în combaterea infecţiilor şi multe sunt comercializate pentru proprietăţile lor antiseptice. Uleiurile esenţiale sunt antiseptice ale naturii, iar capacitatea lor de a acţiona asupra microorganismelor a fost bine documentată de-a lungul secolelor. Hipocrate, fondatorul medicinei, a folosit plantele aromatice încă din 500 î.Hr. De mii de ani, uleiurile aromatice au fost folosite pentru a ameliora o mare varietate de boli umane, inclusiv bronşita, pneumonia, faringita, diareea, bolile parodontale, plăgile etc. Multe tradiţii din jurul utilizării acestor uleiuri sunt îngropate în Antichitate, transmise oral de la maestru la student, până când originea tratamentelor specifice s-a pierdut. În Antichitate, uleiurile medicinale erau derivate din plante aromatice şi răşini prin extracţie în alte uleiuri grase, precum uleiul de măsline, şi utilizate ca amestec. Mulţi oameni de ştiinţă consideră uleiurile esenţiale ca alternativă la antibiotice. A existat o creştere a dezvoltării pe scară largă a microorganismelor rezistente la medicamente, precum stafilococul meticilino‑rezistent (MRSA), tulpina multirezistentă de Klebsiella pneumoniae şi P. aeruginosa. Uleiurile esenţiale vizează peretele celular bacterian şi membrana citoplasmatică şi provoacă permeabilizarea membranei, care este urmată de pierderea ionilor esenţiali, scăderea potenţialului membranei, defectarea pompei de protoni şi epuizarea rezervorului de ATP⁽⁹⁾.

Speciile Monarda studiate conţineau uleiuri esenţiale compuse aproape exclusiv din monoterpene oxigenate, cu timol şi carvacrol drept constituenţi principali. Monarda didyma, cultivată în Canada, a avut drept constituenţi principali timol, γ-terpinen, carvacrol şi β-mircen, în timp ce uleiul esenţial de Monarda fistulosa conţine geraniol, geranil, formiat de geranil şi p-cimen. Monarda fistulosa, cultivată în Italia, s-a caracterizat printr-un conţinut ridicat de timol (28‑33%). Uleiurile esenţiale de Monarda fistulosa din regiunea Krasnodar, din Rusia, conţin p-cimen (32,5%), carvacrol (24,0%), timol (12,6%) şi eterul metilic al carvacrolului (5,5%). S-a raportat că speciile de Monarda (fistulosa, didyma, media şi menthifolia) cu un conţinut ridicat de timochinonă au activităţi anticanceroase, antiinflamatorii, antidiabetice şi antioxidante⁽³⁾.

Datorită multifuncţionalităţii şi compoziţiei chimice diverse, uleiurile esenţiale şi componentele lor îşi găsesc o aplicaţie largă în medicină şi în aromaterapie. Uleiurile esenţiale prezintă acţiuni antimicrobiene puternice împotriva unei game largi de bacterii Gram-pozitive şi Gram-negative. Uleiurile esenţiale şi componentele lor au fost, de asemenea, utilizate în mod tradiţional pentru tratarea infecţiilor tractului respirator şi sunt folosite în prezent ca medicamente etice pentru răceli. Terapia prin inhalare cu uleiuri esenţiale a fost folosită pentru a trata sinuzita acută, bronşita acută şi cea cronică. S-a raportat că terapia prin inhalare folosind vapori volatili de ulei esenţial a îmbunătăţit debitul de spută din tractul respirator, a menţinut ventilaţia şi drenajul sinusurilor, a redus astmul şi inflamaţia traheii⁽⁹⁾.

Uleiurile esenţiale sunt o sursă naturală de compuşi variaţi cu efecte farmacologice diverse, inclusiv cu proprietăţi antibacteriene şi antimicotice concomitente. Din aceste considerente, este oportun studiul compoziţiei, inofensivităţii şi proprietăţilor antimicrobiene ale extractelor din specia Monarda, cultivate în ţară, cu elucidarea principiilor active şi a mecanismelor posibile ale acţiunii antibacteriene şi antimicotice. Activităţile antimicrobiene ale compuşilor, precum carvacrol, timol, geranial, geraniol, linalool şi terpinen, au fost raportate şi de alţi cercetători. S-a arătat că unii compuşi, precum timolul şi carvacrolul, posedă structuri cu un sistem de electroni şi o grupare hidroxil care prezintă o activitate antimicrobiană mai mare decât alţi constituenţi ai uleiului, precum geranialul. S-a constatat că timolul şi carvacrolul au prezentat efecte antifungice mai mari decât cele ale linaloolului^(9,10).

Acţiunile farmacologice ale plantelor Monarda au fost relevate în primul rând de către cercetători datorită compoziţiei uleiurilor esenţiale izolate din părţile aeriene ale Monarda fistulosa, Monarda didyma, Monarda citriodora şi Monarda punctata. Conform unui studiu, un total de 45 de compuşi au fost identificaţi în uleiurile esenţiale de Monarda fistulosa. Extractul din flori şi frunze de Monarda era compus în principal din monoterpene (43,1% şi 21,1%) şi monoterpene oxigenate (54,8% şi 77,7%), cu o abundenţă mare de hidrocarburi monoterpene, inclusiv p-cimen (25,6% şi 13,1%), γ-terpinen (6,8% şi 2,5%), α-terpinen (3,8% şi 1,7%) şi, respectiv, α-tuuenă (2,4% şi 1,3%)^(3,9,10).

Uleiurile esenţiale de Monarda posedă activitate biologică ridicată împotriva microorganismelor patogene precum Escherichia coli, Erwinia amylovora, Candida albicans, Rhizoctonia solaniiar şi Botrytis cinerea^(4,10,11).

Studiul literaturii a demonstrat că produsele din specia Monarda manifestă proprietăţi antibacteriene, antivirale, antifungice, antiinflamatoare, antioxidante etc. Unii compuşi, precum carvacrol, timol, terpene, geranial, geraniol, linalool, acizi hidroxicinamici etc., sunt responsabili de efectele uleiurilor esenţiale de Monarda, inclusiv activitatea antibacteriană şi antifungică^(1,9,10).

S-a constatat că uleiul esenţial de Monarda fistulosa este o sursă naturală de timol şi p-cimen, cu proprietăţi antiseptice marcante⁽¹⁰⁾.

Din literatura de specialitate analizată, s-a stabilit că uleiurile esenţiale au un potenţial moderat pentru efecte antimicrobiene împotriva agenţilor patogeni streptococici asociaţi în mod obişnuit cu infecţiile respiratorii. Activitatea antimicrobiană pentru uleiurile esenţiale se consideră: marcantă pentru valori CMI ≤ 1 mg/ml; moderată pentru valori CMI > 1 mg/‌ml şi <5 mg/ml; redusă pentru valori CMI mai mari sau echivalente cu 5 mg/ml. Bacteriile Gram-negative posedă un perete celular mai complex în comparaţie cu bacteriile Gram‑pozitive; din aceste considerente devin mai rezistente la efectele antimicrobiene ale uleiurilor esenţiale. Canalele porinelor responsabile de transportul substanţelor externe în celula bacteriilor Gram-negative sunt rezistente la compuşii hidrofobi, de aceea uleiurile volatile sunt absorbite mai lent în celulele acestor agenţi patogeni. Efectul antimicrobian este astfel împiedicat, iar bacteriile sunt mai rezistente la uleiurile esenţiale⁽⁸⁾.

Rezultatele cercetărilor efectuate au demonstrat că, faţă de agentul Gram-pozitiv de referinţă Staphylococcus aureus ATCC 6538-P, mai eficiente s-au dovedit a fi Sanguirisal, Hiperforina de dietilamoniu, Uleiul de Monarda şi Uleiul de Monarda cu timochinonă (CMI şi CMB 1 de 0,5 mg/ml), iar faţă de tulpinile bacteriene izolate din cazuri clinice, precum Staphylococcus aureus N11-209 P, Staphylococcus aureus TS1, acţiune antibacteriană pronunţată au manifestat toate produsele (CMI şi CMB 1 de 0,5 mg/‌ml), cu excepţia sanguiritrinei. Faţă de agentul Gram‑negativ de referinţă E. coli ATCC 25922, s-a constatat o eficienţă antimicrobiană mai înaltă la uleiul volatil de monardă cu timochinonă (CMI şi CMB – 0,39 mg/ml şi 0,078 mg/ml), iar faţă de tulpinile izolate din cazuri clinice de E. coli TS1 şi E. coli TS2, acţiune antibacteriană semnificativă au exercitat Sanguirisal, Hiperforina de dietilamoniu şi Uleiul de Monarda (CMI şi CMB 1 de 0,5 mg/ml). Uleiul de monardă cu timochinonă a manifestat activitate numai faţă de E. coli TS1. Uleiul volatil de monardă cu şi fără timochinonă a exercitat activitate pronunţată faţă de tulpinile clinice şi cele de referinţă de S. aureus, E. coli, B. subtilis şi Pseudomonas aeruginosa⁽¹³⁾.

S-a raportat că uleiurile esenţiale şi componentele lor modulează activitatea canalelor ionice ale potenţialului de receptor tranzitoriu permeabil la calciu (TRP). Uleiurile esenţiale din frunzele şi florile de Monarda fistulosa au indus, în funcţie de doză, un influx tranzitoriu de Ca²⁺, similar cu agonistul TRPA1, ceea ce a confirmat expresia funcţională a canalelor TRPA1 în celule experimentale. În acelaşi timp, antagonistul specific al TRPA1 a înlăturat răspunsul la uleiurile esenţiale de Monarda, iar inhibarea reversibilă a fost confirmată printr-o creştere tranzitorie ulterioară a Ca²⁺ determinată de uleiurile esenţiale după înlăturarea antagonistului. Concomitent, studiul componenţilor uleiurilor esenţiale a demonstrat că timolul, carvacrolul şi β-mircenul au prezentat activitate agonistă semnificativă, cu creşteri tranzitorii ale Ca²⁺ în funcţie de doză. Interacţiunea acestor uleiuri esenţiale şi a constituenţilor lor cu canalele TRPA1 oferă o bază moleculară pentru a explica parţial efectele terapeutice ale uleiurilor esenţiale de Monarda fistulosa⁽³⁾.

Mecanismele de acţiune ale uleiurilor esenţiale din speciile Monarda pot fi determinate de: lipofilitatea componentelor uleiurilor esenţiale, care contribuie la cumularea în stratul bilipidic al membranei celulare cu pierderea de ioni şi micşorarea ATP-ului, care va provoca moartea celulelor; hidrofobicitatea uleiurilor esenţiale le permite să treacă prin membrana ­celulară şi mitocondrială, cu ceşterea permeabilităţii, ceea ce le face sensibile la alţi agenţi antimicrobieni sau pierderea moleculelor critice cu moartea celulei; uleiurile volatile pot scădea semnificativ conţinutul acizilor graşi nesaturaţi, cu ceşterea conţinutului de acizi graşi saturaţi; uleiurile esenţiale conţin grupări hidroxil care pot împiedica sinteza materialului genetic; unii componenţi prezenţi în uleiurile esenţiale s-ar putea lega de proteine ​​şi ar putea inhiba activitatea enzimelor metabolice, putând provoca moartea celulelor; uleiurile esenţiale pot inhiba bacteriile prin creşterea rigidităţii membranei, depolarizarea membranei, reducerea activităţii respiratorii şi coagularea materialului citoplasmatic; componenţii uleiurilor pot declanşa formarea de radicali liberi în celulele bacteriene, cu inducerea stresului oxidativ şi leziuni ale membranei celulare, proteinelor vitale şi ADN-ului; uleiurile esenţiale în citoplasmă pot perturba pompele de protoni şi epuiza ATP‑ul intracelular, cu coagularea citoplasmatică a componentelor celulare, cu moartea celulei (figura 2)^(8,16).

Concluzii

Uleiurile esenţiale demonstrează diferite mecanisme complexe de efecte antimicrobiene, în funcţie de compoziţie. Uleiurile esenţiale sunt, de regulă, compuse din mai multe clase de constituenţi chimici, fiecare putându-se dovedi a avea un efect antimicrobian diferit. Activitatea antibacteriană a uleiurilor esenţiale diferă şi în funcţie de structura arhitecturală a agentului patogen bacterian. Potenţialul antimicrobian al uleiurilor esenţiale variază între bacteriile Gram-pozitive şi Gram-negative din cauza variaţiilor de densitate ale peretelui celular bacterian. Uleiurile esenţiale sunt lipofile şi se absorb rapid de bacteriile Gram-pozitive datorită stratului lor dens de fosfolipide lipofile din pereţii celulari.

Extractele din genul Monarda pot manifesta proprietăţi antibacteriene datorită compoziţiei chimice, mecanismelor de acţiune specifice şi nespecifice şi selectivităţii faţă de tulpinile rezistente. Produsele vegetale din speciile de Monarda, separat sau în combinaţie cu antibioticele, pot contribui la creşterea eficienţei tratamentului antibacterian şi la reducerea antibiorezistenţei. Aceste uleiuri esenţiale ar putea fi folosite ca o alternativă sigură şi naturală la antibiotice, fiind necesară continuarea cercetărilor, în acest context.