Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

INFLUENCE OF ESSENTIAL OILS OF WORMWOOD ON GROWTH AND PERSISTENCE PROPERTIES OF STAPHYLOCOCCUS SP.

Utkina T.M. 1 Potekhina L.P. 1 Vylysheva I.V. 1 Kartashova O.L. 1
1 Institute of cellular and intracellular symbiosis of URB Russian Academy of Sciences, Orenburg
Influence of essential oils of a wormwood on growth and persistence properties of Staphylococcus sp. is studied. The essential oils possessing antimicrobial activity concerning S.aureus and S.epidermidis are selected: Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-07), Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-70), Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-06-26), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-44), Artemisia sieversiana Willd. (LTS-11-54). Multidirec-tional effect of essential oils of a wormwood on persistence properties of Staphylococcus sp. is established, thus ability to inhibit persistence factors of Staphylococcus sp. possessed Artemisia glauca Pall. ex Willd. essential oils, the maximum ability to suppress a biofilm formation at S.epidemidis - Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. oil (LTS-01-02). The received results can serve as experimental justification for further studying of properties of essential oils of a wormwood, for the purpose of their use in clinical practice as supportive antimicrobial application.
persistence properties
Staphylococcus sp.
Essential oils of a wormwood
Введение

Одним из направлений в лечении инфекционно-воспалительных заболеваний и язв является местное применение эфирных масел растений [10], которые используются в монотерапии или в составе сложных мазей при инфицированных ожогах и ранах [11]. Установлено, что, наряду с противовоспалительным и репаративным эффектом,  они оказывают влияние и на микроорганизмы [14; 13; 16]. Для ряда хирургических инфекций в настоящее время показана роль персистентного потенциала бактериальных патогенов в возникновении осложнений и определении затяжного характера гнойно-воспалительного процесса [6; 10; 5]. Исследователи, занимающиеся проблемами местной антимикробной терапии гнойных заболеваний [9; 1], отмечают разнонаправленный характер воздействия различных лекарственных средств и физиотерапевтических процедур на биологические свойства микроорганизмов и значительный клинический эффект только при снижении персистентного потенциала выделяемой микрофлоры. В связи с этим  актуальным является отбор наиболее эффективно подавляющих рост и снижающих персистентные свойства эфирных масел, среди которых интерес представляют масла полыней, обладающие антимикробной, противовоспалительной и анфунгальной активностью [3]. Целью работы явилось изучение влияния эфирных масел полыни на рост и персистентные свойства стафилококков.

Материалы и методы

Материалом для исследования послужили:

- эфирные масла полыней: Artemisia absinthium L., Artemisia dracunculus L., Artemisia frigida Willd., Artemisia glauca Pall. ex Willd., Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess., Artemisia nitrosa Web. ex Stechm., Artemisia obtusiloba Ledeb., Artemisia pontica L., Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess., Artemisia scoparia Waldst. et Kit., Artemisia sieversiana Willd., Artemisia tanacetifolia L., полученные из свежесобранного растительного сырья методом пародистилляции в ходе экспедиционных исследований в различных регионах Южной Сибири (зав. лаб. д.х.н., профессор Ткачев А.В., Новосибирский институт органической химии им. Н.Н.Ворожцова СО РАН) и предоставленные нам под лабораторными шифрами, каждый из которых является уникальным идентификатором образца, связывающим все характеристики и спектрально-аналитические данные с видовой принадлежностью, точными географическими координатами сбора и экологической приуроченностью исследуемого вида растения;

- микроорганизмы Staphylococcus aureus (n=6) и Staphylococcus epidermidis (n=6),  выделенные при гнойной патологии (венозно-трофические язвы нижних конечностей). Идентификацию микроорганизмов проводили общепринятыми методами на основании морфологических, тинкториальных и биохимических свойств с использованием STAPHYtest «LACHEMA» (Чехия).

Антибактериальную активность эфирных масел определяли по М. О. Биргеру (1982) [2]. Антилизоцимную (АЛА) и антикарнозиновую (АКрА) активности определяли по О. В. Бухарину с соавт. (1999) фотометрическим методом [4]. Образование биоплёнок (БО) оценивали по степени связывания ими кристаллического фиолетового в стерильных 96-луночных полистироловых  планшетах [15]. Изучение регуляции факторов персистенции исследуемыми эфирными маслами осуществляли по Д. А. Кириллову (2004) [7].

Результаты

При изучении влияния эфирных масел полыни на рост стафилококков было установлено, что бактерицидной активностью как в отношении S.epidermidis, так и S.aureus, обладали эфирные масла Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-07), Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-70), Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-06-26), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-44), Artemisia sieversiana Willd.  (LTS-11-54); S.epidermidis - Artemisia nitrosa Web. ex Stechm. (LTS-00-25), Artemisia absinthium L. (LTS-05-03), Artemisia pontica (LTS-05-27) и Artemisia santolinifolia (LTS-11-60); S.aureus - Artemisia tanacetifolia L. (LTS-05-05), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-05-38) (таблица 1). Количество стафилококков в контроле составляло 5*105 КОЕ/мл.

Таблица 1

Антистафилококковая активность эфирных масел полыни

Эфирные масла

Рост стафилококков

(КОЕ/мл)

S.aureus

S.epidermidis

1

2

3

LTS-00-01 Artemisia abrotanum

5*106

5*105

LTS-00-02 Artemisia glauca Pall. ex Willd.

5*105

5*105

LTS-00-25 Artemisia nitrosa Web. ex Stechm.

5*105

Роста нет

LTS-00-42 Artemisia dracunculus L.

1*106

1*107

LTS-01-02 Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess.

1*103

<1*103

LTS-02-07 Artemisia obtusiloba Ledeb.

Роста нет

Роста нет

LTS-02-70 Artemisia obtusiloba Ledeb.

Роста нет

Роста нет

LTS-04-05Artemisia tanacetifolia L.

Роста нет

1*105

LTS-05-03 Artemisia absinthium L.

5*105

Роста нет

LTS-05-27 Artemisia pontica L.

<1*103

Роста нет

Продолжение таблицы 1

1

2

3

LTS-05-38 Artemisia glauca Pall. ex Willd.

Роста нет

5*105

LTS-06-02 Artemisia glauca Pall. ex Willd.

5*105

Единичные колонии

LTS-06-24 Artemisia dracunculus L.

1*105

1*105

LTS-06-26 Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess.

Роста нет

Роста нет

LTS-06-44 Artemisia glauca Pall. ex Willd.

Роста нет

Роста нет

LTS-08-14 Artemisia scoparia Waldst. et Kit.

5*106

5*105

LTS-11-09 Artemisia glauca Pall. ex Willd.

1*106

5*105

LTS-11-50 Artemisia scoparia Waldst. et Kit.

1*106

1*105

LTS-11-54 Artemisia sieversiana Willd.

Роста нет

Роста нет

LTS-11-59 Artemisia frigida Willd.

1*103

Единичные колонии

LTS-11-60 Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess.

1*105

Роста нет

Кроме того, ряд изученных эфирных масел полыни обладал бактериостатическим действием, как в отношении золотистых стафилококков, - Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02), Artemisia pontica L. (LTS-05-27), Artemisia dracunculu L. (LTS-06-24), Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59) и Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-11-60), так и эпидермальных, - Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02), Artemisia tanacetifolia L. (LTS-04-05), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02), Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) и Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59).

Масла Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14), Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-11-09) и Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) стимулировали рост S.aureus; масло Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42) - S.epidermidis.

Также необходимо отметить, что индифферентное действие в отношении золотистого стафилококка было установлено у масел Artemisia absinthium L. (LTS-05-03), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02), а у масел Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02), Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-05-38), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-06-44), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) - в отношении эпидермального стафилококка.

На следующем этапе работы было изучено влияние эфирных масел полыни, не оказывающих бактерицидное действие на стафилококки, на их персистентные свойства, в частности, антилизоцимную, антикарнозиновую активности и способность к образованию биопленок (таблица 2).

Таблица 2

Изменение  персистентных свойств стафилококков под действием  эфирных масел полыни

 

Эфирные масла

Свойства S.aureus

Свойства S.epidermidis

АЛА

(мкг/мл)

АКрА

(мг/мл)

БО

(усл.ед.)

АЛА

(мкг/мл)

АКрА

(мг/мл)

БО

(усл.ед.)

1

2

3

4

5

6

7

LTS-00-01

Artemisia abrotanum

-3

0

0

0

+1

0

LTS-00-02

Artemisia glauca Pall. ex Willd.

-2

0

0

0

-3

0

LTS-00-25

Artemisia nitrosa Web. ex Stechm.

-3

-3

0

Роста нет

Роста нет

Роста нет

LTS-00-42

Artemisia dracunculus L.

-3

-3

0

-2

+1

0

LTS-01-02

Artemisia macrocephala

0

0

+3

-1

-2

-3

LTS-04-05

Artemisia tanacetifolia L.

Роста нет

Роста нет

Роста нет

-2

-1

0

LTS-05-03

Artemisia absinthium L.

-3

-3

0

Роста нет

Роста нет

Роста нет

LTS-05-27

Artemisia pontica L.

-2

-3

0

Роста нет

Роста нет

Роста нет

LTS-05-38

Artemisia glauca Pall. ex Willd.

Роста нет

Роста нет

Роста нет

-1

+1

-1

LTS-06-02

Artemisia glauca Pall. ex Willd.

-2

-3

0

-3

+1

0

LTS-06-24

Artemisia dracunculus L.

0

-3

+1

-2

0

-1

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

6

7

LTS-08-14

Artemisia scoparia Waldst. et Kit.

-1

0

+1

-3

0

0

LTS-11-09

Artemisia glauca Pall. ex Willd.

-3

-3

+1

-2

0

-1

LTS-11-50

Artemisia scoparia Waldst. et Kit.

-1

-3

+1

-3

-2

0

LTS-11-59

Artemisia frigida Willd.

0

-2

0

-3

+1

0

LTS-11-60

Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess.

-3

-1

+1

Роста нет

Роста нет

Роста нет

Примечание: «0» - изменение персистентных свойств на 0-20%; «1» -  20-40 %; «2» -   40-60 %; «3» - 60 % и более; «-» - подавляющее действие; «+» - стимулирующее действие.

Установлено, что эфирные масла полыни оказывали индифферентное и ингибирующее действие на АЛА и АКрА золотистых стафилококков. Масла Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14) подавляли АЛА золотистого стафилококка на 20 - 40 %; масла Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-00-02), Artemisia pontica L. (LTS-05-27) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02) - на 40-60 %. Эфирные масла Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia nitrosa Web. ex Stechm. (LTS-00-25), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia absinthium L. (LTS-05-03), Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-11-60) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) снижали способность золотистого стафилококка инактивировать лизоцим на 60 % и более. Причем, максимальное снижение признака было отмечено под воздействием масел Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-11-60) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09). Эфирные масла Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02), Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24) и Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59) не оказывали влияния на АЛА S.aureus.

При изучении влияния эфирных масел полыни на АКрА стафилококков было установлено, что масло Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-11-60) ингибировало АКрА S.aureus 20-40 %;  масло Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59) - на 40-60 %. Эфирные масла Artemisia nitrosa Web. ex Stechm. (LTS-00-25), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia absinthium L. (LTS-05-03), Artemisia pontica L. (LTS-05-27), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02), Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24), Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-11-09) и Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) снижали способность S.aureus к инактивации карнозина на 60 % и более. Максимальное снижение признака отмечено под воздействием масла Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09). Эфирные масла Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02) и Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14) не оказывали влияния на АКрА S.aureus.

При изучении влияния эфирных масел полыни на АЛА и АКрА S.epidermidus было показано, что они оказывали индифферентное, стимулирующее и ингибирующее действие. Масла Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02) и Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-05-38) подавляли способность S.epidermidis инактивировать лизоцим на 20-40 %. Эфирные масла Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia tanacetifolia L. (LTS-04-05), Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) снижали АЛА S.epidermidis в среднем на 40-60 %. Масла Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14) и Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-06-02) подавляли АЛА S.epidermidis на 60 % более. Масло Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02) наиболее эффективно подавляло АЛА эпидермального стафилококка. Эфирные масла Artemisia obrotanum (LTS-00-01) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02) не оказывали влияния на АЛА S.epidermidis.

При изучении влияния эфирных масел полыни на АКрА эпидермальных стафилококков, было установлено, что эфирное масло Artemisia tanacetifolia L. (LTS-04-05) подавляло АКрА S.epidermidis на 20-40 %; масла Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02) и Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) - на 40-60 %; масло Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02)  - на 60 % и более. Масла Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-05-38), Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-06-02) и Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59) стимулировали способность S.epidermidis к инактивации карнозина на 20-40 %. Эфирные масла Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) не оказывали влияния на АКрА эпидермальных стафилококков.

При изучении влияния эфирных масел полыни на способность золотистых стафилококков образовывать биопленки, было отмечено их стимулирующее и индифферентное влияние. Так, эфирные масла Artemisia glauca (LTS-00-02), Artemisia nitrosa Web. ex Stechm. (LTS-00-25), Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia absinthium L. (LTS-05-03), Artemisia pontica L. (LTS-05-27), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02) и Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59) не оказывали влияния на данный признак, тогда как остальные стимулировали его: масла Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14), Artemisia glauca Pall. ex Willd.  (LTS-11-09), Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-11-60) и Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) - на 20-40 %, масло  Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02) - на 60 % и более.

Эфирные масла полыни оказывали индифферентное и ингибирующее влияние на  способность эпидермального стафилококка  формировать биопленки. Масла Artemisia glauca (LTS-05-38), Artemisia dracunculus L. (LTS-06-24) и Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) подавляли способность S.epidermidis к пленкообразованию на 20-40 %; масло Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02) - на 60 % и более. Индифферентное влияние оказывали  эфирные масла полыни Artemisia obrotanum (LTS-00-01), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02), Artemisia dracunculus L. (LTS-00-42), Artemisia tanacetifolia L. (LTS-04-05), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-08-14), Artemisia scoparia Waldst. et Kit. (LTS-11-50) и Artemisia frigida Willd. (LTS-11-59).

Таким образом, в результате проведенных исследований установлены эфирные масла, обладающие бактерицидной активностью в отношении золотистых и эпидермальных стафилококков: Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-07), Artemisia obtusiloba Ledeb. (LTS-02-70), Artemisia santolinifolia Turcz. ex Bess. (LTS-06-26), Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-44), Artemisia sieversiana Willd.(LTS-11-54). Показано, что максимальной способностью ингибировать факторы персистенции стафилококков (АЛА и АКрА) характеризуются эфирные масла Artemisia glauca Pall. ex Willd., причем эфирное масло Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-06-02) наиболее эффективно подавляло АЛА, а эфирное масло Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-00-02) - АКрА эпидермальных стафилококков; тогда как Artemisia glauca Pall. ex Willd. (LTS-11-09) - АЛА и АКрА золотистых стафилококков. Среди изученных эфирных масел полыни, масел, способных подавлять биопленкообразование S.aureus, выявлено не было, тогда как масло Artemisia macrocephala Jacq. ex Bess. (LTS-01-02) характеризовалось способностью эффективно (на 60 % и более) подавлять биопленкообразование эпидермальных стафилококков.

Полученные результаты могут служить экспериментальным обоснованием для дальнейшего изучения свойств у эфирных масел полыни, обладающих не только бактерицидным действием, но и эффективно ингибирующим персистентный потенциал микроорганизмов, с целью их использования в клинической практике в качестве вспомогательного антимикробного средства.

Работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований УрО РАН, проект 12-С-4-1022 «Регуляция биологических свойств микроорганизмов растительными экстрактами как основа разработки антибактериальных средств».

Рецензенты:

Гриценко Виктор Александрович, д.м.н., профессор, зав. лабораторией клеточного симбиоза Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской Академии наук, г. Оренбург.

Чайникова Ирина Николаевна, д.м.н., профессор кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», г. Оренбург.