Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

INVESTIGATION OF ANTIBACTERIAL ACTIVITY CYMBOPOGON PROXIMUS- (MAHARAIB), CYPERUS ROTUNDUS (SIDA) - CIRCULATION, ACACIA NILOTICA - (ACTION OF NILOTEC) AND TRIGONELLA FOENUM-GRAECUM

Inchina V.I. 1 Hussein Mutvakel Abas Abdalhamid 1 Korobkov D.M. 1
1 National Research Mordovia State University
This article is devoted to the study of the antibacterial activity of extracts of herbs Cymbopogon proximus, Cyperus rotundus, Acacia nilotica and Trigonella foenum-graecum. The study found that an aqueous extract of Acacia nilotica at a concentration of 1:25 exhibits maximum antibacterial activity (+++) against E. coli diameter - the zone of growth inhibition is 31 mm, comparable to amikacin. Aqueous extracts of Trigonella foenum-graecum had a moderate degree of activity (++), inhibition of the growth zone of E. coli in agar 20 mm. Cyperus rotundus extract was inactive for E. coli. The growth of S. aureus was maximally inhibited with extracts of Acacia nilotica - the diameter of the zone of inhibition was 33 mm (+++), comparable to clindamycin. Extracts of Trigonella foenum-graecum moderately inhibited the growth of S. aureus - 22 mm. Cymbopogon proximus and Acacia nilotica have moderate activity (single colony growth) in relation to Pseudomonas aeruginosa. Aqueous extracts of Cymbopogon proximus completely inhibit the growth of Streptococcus epidermidis and E. coli. Thus, aqueous extracts of Acacia nilotica have a powerful antibacterial effect against E. coli, S. aureus, Salmonella enteritidis, Streptococcus epidermidis. Thus, the studied plants are promising sources of antibacterial substances.
aqueous extracts
cymbopogon proximus acacia nilotica
trigonella foenum-graecum cyperus rotundus
antibacterial activity

Быстро возникающая устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам представляет проблему и потенциальную угрозу для пациентов при лечении инфекционных заболеваний. Создание принципиально новых антибактериальных препаратов происходит медленно и зависит от случайных находок источника их получения. В сравнительном аспекте природные источники антибактериальных препаратов превосходят синтетические как по эффективности, так и по безопасности. Растения – более древний источник лекарственных препаратов, освоенный человеком и как пищевой, и как лечебный продукт. В ряде стран фитопрепараты интенсивно используются как в традиционной, так и в народной медицине, в том числе и для лечения инфекционных заболеваний. Однако недостатки растительного сырья как источника противоинфекционных средств обусловлены нестабильностью концентрации, отсутствием четких дозировок, потерей активности и т. д. Тем не менее потенциал растительного сырья велик, а современные технологии определения, выделения, установление спектра антиинфекционной активности и возможности синтеза на основе химической идентификации позволяет воспроизвести в промышленных масштабах любое химическое соединение, тем более что накоплен огромный опыт народной медицины, позволяющий провести скрининг наиболее эффективных компонентов фитопрепаратов.

Цель исследования

Изучение антибактериальной активности Cymbopogon proximus (Махараиб), Cyperus rotundus (Сида) – сыть круглая, Acacia nilotica – (Акация нилотика), и Trigonella foenum-graecum (Хельба) – пажитник сенной, произрастающих в Судане и широко используемых в народной медицине, в том числе и для лечения инфекционных заболеваний.

Материалы и методы исследования

Бактериологические исследования проведены на базе бактериологической лаборатории ГБУЗ РМ «Республиканская клиническая больница № 4» г. Саранска. Изучение антимикробной активности проводилось согласно методическим рекомендациям по изучению специфической активности противомикробных лекарственных средств [1, с. 513].

Для оценки антибактериальной активности фитоэкстрактов использовали диско-диффузионный метод (ДДМ) – инокулюм, соответствующий по плотности 0,5 по стандарту Мак-Фарланда и содержащий примерно 1,5∙108 КОЕ/мл, наносили пипеткой на поверхность чашки Петри с питательной средой в объеме 1–2 мл, равномерно распределяли по поверхности покачиванием. Для определения чувствительности ДДМ использовали инокулюм клинических штаммов микроорганизмов, изолированных из материала, взятого от больных ГБУЗ РМ «РКБ № 4» с неспецифическими заболеваниями органов дыхания и мочевыводящих путей, кишечника, раневой поверхности. Источником выделения патогенов служили моча, мокрота, слизь из зева, носа и носоглотки, фекалии, секционный материал. Водные экстракты из исследуемых трав Cymbopogon proximus, Cyperus rotundus, Acacia nilotica, Trigonella foenum-graecum были приготовлены следующим образом: экстракты в разведении 1:20 и 1:25 из сухого сырья заливали дистиллированной водой, гомогенизировали в гомогенизаторе при скорости вращения 18 000 об/мин, центрифугировали при скорости вращения 3000 об/мин в течение 15 мин, фильтровали, стерилизовали в автоклаве в течение 30 мин. В ДДМ в качестве носителя исследуемого вещества использовали бумажные диски (стандартизированные диски НД-ПМП-1 из картона технического фильтровального ГОСТ 6722-75 (ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера). Непосредственно перед применением диски без антибиотика пропитывали исследуемым стерильным водным экстрактом растения в разведении 1:25 в объеме 0,1 мл. Количество экстрагируемых веществ составило в 0,1 мл в разведении 1:25 – 4 мг. Содержание веществ в диске составило 40 мкг. В качестве контроля использовали диски, пропитанные дистиллированной водой. Непосредственно после аппликации дисков чашки Петри помещали в термостат кверху дном и инкубировали при температуре 35°С в течение 18–24 ч (в зависимости от вида тестируемого микроорганизма). Степень активности к исследуемым соединениям определялась в крестах по следующей схеме: «+++» высокая активность – диаметр зоны задержки роста более 25 мм; «++» активное – диаметр зоны задержки роста 16–25 мм; «+» малоактивное – диаметр зоны задержки роста 10–15 мм; «+–, 0» – неактивное – диаметр зоны задержки роста менее 10 мм и полное отсутствие.

Для определения чувствительности микроорганизмов к антимикробному препарату и сравнительной антибактериальной активности использовали набор индикаторных дисков Научно-исследовательского центра фармакотерапии (НИЦФ).

Во второй серии опытов на диске без антибиотика на контрольный диск наносили инокулюм, а экстракты трав – на агар. Оценивали антибактериальную активность экстрактов в разведениях 1:10 и 1:20 по следующим критериям: отсутствие роста микроорганизмов – максимальная активность, (+++), рост единичных мелких колоний – умеренная активность (++), увеличение числа колоний (4–5) – низкая активность (+), сплошной рост – отсутствие активности (–).

Результаты и их обсуждение

Водные экстракты Acacia nilotica проявляли максимальную антибактериальную активность (+++) в отношении Escherichia coli¸ диаметр зоны ингибирования роста составил 31 мм, сопоставим с амикацином (таблица 1). Водные экстракты Trigonella foenum-graecum показали умеренную степень активности (++), ингибирование зоны роста E. coli в агаре 20 мм. Экстракт Cyperus rotundus оказался малоактивным в отношении Е. coli. Рост Staphylococcus аureus максимально угнетался экстрактами Acacia nilotica – диаметр зоны ингибирования 33 мм (+++), экстракт сопоставим с клиндамицином. Экстракт Trigonella foenum-graecum умеренно ингибировал рост S. аureus – 22 мм. Экстракт Cyperus rotundus незначительно подавлял рост S. аureus (диаметр зоны ингибирования роста 14 и 13 мм). Acacia nilotica проявляла максимальную антибактериальную активность среди всех исследуемых трав (+++) по отношению к Salmonella enteritidis (диаметр зоны ингибирования 20 мм), превышающую таковую у клиндамицина и офлоксацина.

Таблица 1

Антибактериальная активность водных экстрактов (1:25), Cyperus rotundum, Acacia nilonica и Trigonella foenum-graecum

Е.coli

Препарат/

Экстракт

 

Имипинем

10 мкг

 

 

Амикацин

30 мкг

Тиметин

75–100

мкг

Ципро-

флоксацин

5–10 мкг

Пиперациллин

Норфлоксацин

Trigonella

foenum-

graecum

Acacia

nilotica

Cyperus

rotundus

 

ЗПР

36

мм

30

мм

15

мм

13

мм

10

мм

12

мм

23

мм

++

31

мм

+++

15

мм

+

Staphylococcus aureus

Препарат/

Экстракт

 

Клинда-

мицин

2 мкг

 

Ванкомицин

30 мкг

 

Ампициллин/ Сульбактам

10/10 мкг

Гентамицин

10 мкг

 

Оксациллин 10мкт

Азитромицин

15 мкн

 

Trigonella

foenum

-graecum

Acacia

nilotica

Cyperus rotundus

 

ЗПР

36

мм

20

мм

9

мм

22

мм

24

мм

27

мм

20

мм

++

33

мм

+++

14

мм

+

Salmonella enteritidis

Препарат/

Экстракт

 

Цефтриаксон

30 мкг

Цефепим

30 мкг

Офлоксацин

5 мкг

 

Амикацин

30 мкг

 

Имипинем

10 мкг

 

Клиндамицин

2 мкг

Trigonella

foenum

-graecum

Acacia

nilotica

Cyperus

rotundus

 

ЗПР

29

мм

28

мм

17

мм

23

мм

23

мм

18

мм

11

мм

+

20 мм

++

15 мм

+

Streptococсus epidermidis

Препарат/

Экстракт

 

Оксациллин 10 мкг

 

Клиндамицин

2 мкг

Бензилпени-циллин

10 ЕД

Азитромицин 15 мкг

 

Амоксиклав

20/10 мкг

Ванкомицин

30 мкг

Trigonella

foenum-

graecum

Acacia

nilotica

Cyperus rotundus

 

ЗПР

20

мм

26

мм

10

мм

10

мм

23

мм

15

мм

28

мм

+++

33

мм

+++

 

 

18

мм

++

Shigella sonnei

Препарат/

Экстракт

 

Клиндамицин

2 мкг

Ванкомицин

30 мкг

Оксациллин

10 мкг

Гента-

мицин

10 мкг

Ампициллин-

сульбактам

10/10 мкг

Азитромицин

15 мкг

Trigonella

foenum-

graecum

Acacia

nilotica

Cyperus

rotundus

 

ЗПР

29

мм

19

мм

21

мм

24

мм

23

мм

29

мм

15

мм

+

18

мм

++

14

мм

+

Примечание: ЗПР – зона подавления роста микроорганизмов в миллиметрах

 

Антистрептококковая активность была максимальной у экстрактов Acacia nilotica (+++) – диаметр зоны ингибирования составил 33 мм, она превышала активность не только исследуемых трав, но и антибактериальных препаратов – оксациллина, клиндамицина, бензилпенициллина, амоксиклава, ванкомицина и азитромицина. Водные экстракты Trigonella foenum-graecum также интенсивно ингибировали зону роста стрептококка (+++, 28 мм), превосходя по антистрептококковой активности все исследуемые антибактериальные препараты. Экстракт Cyperus rotundus проявил умеренную антистрептококковую активность, превосходящую таковую у ванкомицина и азитромицина.

Экстракты Trigonella foenum-graecum обладают высокой антистрептококковой активностью и умеренной – в отношении Е. coli и S. аureus. Рост Salmonella enteritidis эффективно подавляют водные экстракты Acacia nilotica (++, зона ингибирования роста 20 мм). Таким образом, водные экстракты Acacia nilotica оказывают мощное антибактериальное действие в отношении таких микроорганизмов, как Е. coli, S. аureus, Salmonella enteritidis, Streptococсus epidermidis.

В другом варианте исследований антибактериальная активность водных экстрактов трав Cyperus rotundus, Trigonella foenum-grаecum, Cymbopogon proximus и Acacia nilotica изучена при внесении их на агар в разведении 1:10 и 1:20, при этом инокулят вносился на диск, размещавшийся на агаре с экстрактами трав. Антибактериальную активность оценивали по интенсивности ингибирования роста микроорганизмов как на самом диске, так и за его пределами (таблица 2).

Таблица 2

Исследование антибактериальной активности водных экстрактов трав Cyperus rotundus, Trigonella foenum-grаecum, Cymbopogon proximus, Acacia nilotica (экстракты внесены на агар)

Экстракты трав

Cyperus

rotundus

Trigonella

foenum-grаecum

Cymbopogon proximus

Acacia

nilotica

Разведение

1:10

1:20

1:10

1:20

1:10

1:20

1:10

1:20

Микроорганизмы

E. coli

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

Staphylococcus aureus

умерен. рост

умерен. рост

умерен. рост

ед.

рост

умерен. рост

ед.

рост

ед.

рост

ед.

рост

Pseudomonas aeruginosa

нет

роста

ед.

рост

умерен. рост

нет

роста

ед.

рост

ед.

рост

ед.

рост

ед.

рост

Salmonella enteritidis

умерен. рост

умерен. рост

мощный

рост

ед.

рост

умерен. рост

ед.

рост

умерен. рост

ед.

рост

Streptococcus epidermidis

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

нет

роста

 

Экстракты Acacia nilotica в обоих разведениях проявляют умеренную активность (единичный рост колоний) в отношении S. aureus. Экстракты Trigonella foenum-grаecum и Cymbopogon proximus активны в разведении 1:20 (единичный рост) и менее активны в разведении 1:10 (умеренный рост), что, вероятно, обусловлено наличием в составе экстрактов трав питательных веществ (белков, липидов, углеводов, представляющих пищевую ценность для микроорганизмов и стимулирующих их рост). Со снижением концентрации экстрактов более четко проявляется антибактериальный эффект и устраняется трофическое влияние компонентов. Данный феномен был установлен и при исследовании антибактериальных эффектов к Salmonella enteritidis. Так, экстракты Cymbopogon proximus, Trigonella foenum-grаecum и Acacia nilotica более активны в разведении 1:20 (единичный рост), в разведении 1:10 их антибактериальная активность снижается, а на фоне Trigonella foenum-grаecum даже наблюдается интенсивный рост колоний, так как в данной фитосубстанции присутствуют соединения с высокой пищевой ценностью, что стимулирует размножение и рост микроорганизмов. Экстракты Trigonella foenum-grаecum и Cyperus rotundus полностью подавляют рост колоний Pseudomonas aeruginosa, Cymbopogon proximus и Acacia nilotica обладают умеренной активностью (единичный рост колоний). Все исследуемые растения проявляют высокую антибактериальную активность по отношению к Streptococcus epidermidis, полностью подавляя рост колоний.

Как следует из анализа литературных источников, упомянутые выше растения интенсивно изучаются исследователями разных стран с целью выявления их ценных фармакологических свойств и определения антибактериальной активности. Так, в ходе исследований антимикробной активности сырого этанольного листового экстракта Acacia nilotica против Campylobacter coli наибольшая зона ингибирования наблюдалась при концентрации 70 мг/мл [2, с. 56]. В ходе изучения антимикробной активности неочищенных этанольных экстрактов пяти растений против штаммов множественной лекарственной устойчивости (MDR) Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae и Candida albicans и штаммов ATCC стрептококковых мутанов и различных пятен микроорганизмов и A. nilotica имеет минимальный диапазон ингибирования. Atif Ali et al. (2012) исследовали антимикробную активность Acacia nilotica против S. aureus, B. subtilis и E. coli. Экстракты листьев и коры имели зону ингибирования между 7,5–16 и 8–15,5 мм соответственно и наиболее активны против E. coli [3, с. 1492].

Наличие противогрибковой и противовирусной активности Acacia nilotica можно рассматривать как перспективный ресурс для создания противоинфекционных препаратов. Так, в работах Ali Esmail et al. (2016) показана противогрибковая активность метанольных экстрактов и водного экстракта A. nilotica с процентным ингибированием в диапазоне от 34,27±1,45 до 93,35±1,99 мм [4, с. 32].

Антибактериальная активность Acacia niloticа обусловлена спецификой фитохимического состава. Фитохимические вещества химически разделяются на ряд групп, среди которых алкалоиды, летучие эфирные масла, фенолы и фенольные гликозиды, смолы, олеозины, стероиды, танины и терпены [5, с. 1907]. Фитохимические исследования подтвердили, что все испытуемые экстракты содержат фитостеролы, масла, фенольные соединения, флавоноиды и сапонины [5, с. 1910]. Указаны алкалоиды и гликозиды, обнаруженные в неочищенных экстрактах корней A. nilotica.

Фитохимический скрининг стволовой коры A. nilotica показал, что растение содержит терпеноиды, алкалоиды, сапонины и гликозиды. Отрицательные результаты были зарегистрированы для стероидов и флавоноидов, которые подтверждают отсутствие этих фитохимикатов. В состав растения входят различные фитохимические вещества, такие как галловая кислота, эллагиновая кислота, изокверцитин, лейкоцианадин, каемпферол-7-диглюкозид, глюкопиранозид, рутин, производные катехин-5-галлат, апигенин-6,8-бис-С-глюкопиранозид, м-катехол и их производные. Kора Acacia niloticа содержит эпикатехин, дикатехин, кверцетин, галловую кислоту, лейкоцианидиновый галлат, сахарозу и катехин-5-галлат [6, с. 183].

Эфирное масло Cyperus rotundus было активным против грамположительных микроорганизмов (Staphylococcus aureus и Streptococcus), умеренно активным против Sarcina lutea, Bacillus subtilis и кислотных Mycobacterium phlei и грибов (Candida species). Масло полностью неактивно против грамотрицательных микроорганизмов [7, с. 282]. Экстракты петролейного эфира, хлороформа, этанола и водные экстракты корня Cyperus rotundus оценивали по шести патогенным микробам (Staphylococcus epidermidis, Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Aspergillus niger и Candida). Антибактериальную и противогрибковую активность проводили как методом диффузии агара, так и методом серийного разведения. Этанольный экстракт проявлял наибольшую активность против тестируемых бактерий. Однако все экстракты были неэффективны против грибковых штаммов.

Ингибирующий эффект Cyperus rotundus очень сходен и сопоставим по действию со стандартным препаратом. В более ранних исследованиях отмечается, что Cyperus rotundus содержит флавоноиды, танины, гликозиды, фурохромоны, монотерпены, сесквитерпены, ситостерол, алкалоиды сапонины, терпеноиды, эфирные масла, крахмал, углеводы, белок, отделенные аминокислоты и многие другие вторичные метаболиты [8, с. 2].

Было обнаружено, что растение оказывает противопаразитарное, инсектицидное, репеллентное, антибактериальное, антиоксидантное, противоопухолевое, центрально-нервное, нейропротективное, противовоспалительное, жаропонижающее, анальгетическое, гиполипидемическое, антитромбоцитарное, желудочно-кишечное, гепатопротекторное, противодиабетическое, антидисмореоидное, дерматологическое и другие действия.

Многочисленные фармакологические эффекты, проявляемые растениями, зависят от их химического состава, биологически активных веществ (БАВ), обусловливающих свое действие на организм. Одним из наиболее перспективных классов БАВ являются фитоэкдистероиды, действие которых проявляется многочисленными, в том числе перечисленными, эффектами. Виценин, флавоноидный гликозид, также является актуальным для изучения, поскольку в настоящий момент уже установлено, что соединение обладает выраженными противовоспалительным, гипогликемическим, антиоксидантным, противоопухолевым, гепатопротекторным, противорадиационным эффектами; также в некоторых исследованиях говорится о положительных результатах лечения виценином диабета и сопутствующих ему осложнений [9, с. 1267].

Trigonella foenum-graecum – лекарственное растение с большим количеством лекарственных свойств, таких как продукты функционального питания, обладают гипохолестеринемическим, антидиабетическим и противомикробным эффектами [9]. Химический состав семян пажитника был тщательно изучен, а его лекарственные свойства обусловлены содержащимися в нем фитохимическими веществами, такими как галактоманнаны, фенольные соединения, алкалоиды, белки, витамины (A, B1, C и никотиновая кислоты), и летучими маслами. Проросшие семена пажитника богаты биологически активными веществами, проявляющими антиоксидантные свойства, также широко используются как важный ингредиент в ежедневом питании [10, с. 226].

Самую высокую противомикробную активность против тестируемых микроорганизмов показали водные экстракты из проросших семян Trigonella foenum-graecum. Это может быть связано с наличием высокого содержания фенолов и других биоактивных соединений в водном экстракте. Кроме того, экстракт проявлял значительно более сильную антимикробную активность против E. coli, чем в отношении других микроорганизмов. Однако антимикробная активность экстракта была ниже, чем у стандартного антибиотика (гентамицин). Эти результаты коррелируют с исследованиями, опубликованными Norziah M. H. et al. (2015). Группа этих исследователей оценивала антимикробную активность проросших экстрактов Trigonella foenum-graecum против различных типов микроорганизмов. В ходе их исследований было отмечено, что этанольный экстракт Trigonella foenum-graecum имел выраженную антибактериальную активность по отношению к B. subtilis, S. aureus и E. coli. сообщили, что водные и этанольные экстракты пажитника обладают антибактериальной активностью против S. aureus и E. coli.

Заключение

При исследовании антибактериальной активности водных экстрактов Cyperus rotundus, Acacia nilotica и Trigonella foenum-graecum в разведении 1:25 методом дисковой диффузии в агаре по отношению к Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella enteritidis, Streptococcus epidermidis, Shigella sonnei установлено, что Acacia nilotica обладает выраженным антибактериальным действием против клинически значимых патогенов E. coli, S. aureus, Salmonella enteritidis, Streptococcus epidermidis (зона ингибирования роста микроорганизмов в агаре 31–33 мм). Водные экстракты Trigonella foenum-graecum обладают максимальным антибактериальным действием на Streptococcus epidermidis (ингибирование роста 28 мм, +++, выраженное относительно (23 мм, ++) и Staphylococcus aureus (20 мм, ++). Экстракты Cyperus rotundus умеренно активны по отношению к Streptococcus epidermidis (18 мм, ++). Экстракты Stellaria очень активны против Shigella sonnei (25 мм, +++), активны против Streptococcus epidermidis (17 мм, ++) и E. coli (16 мм, ++). Водные экстракты Cymbopogon proximus полностью подавляют рост Streptococcus epidermidis и E. coli. Таким образом, исследуемые растения являются перспективными источниками антибактериальных субстанций.