Die Verbreitung von Methicillin-resistentem Staphyloccocus aureus (MRSA) als Krankheitserreger in Krankenhäusern und anderen Gemeinschaftseinrichtungen unterstreicht die Bedeutung der Ausrottung dieser Infektion.1 Da MRSA nicht auf die üblicherweise verwendeten Antibiotika anspricht, wird nach alternativen antimikrobiellen Mitteln für seine Ausrottung gesucht. Ein Bereich von Interesse ist die Verwendung von Teebaumöl, das Studien zufolge Infektionen mit arzneimittelresistenten Bakterien, einschließlich MRSA, wirksam behandelt.2
Einführung
Staphyloccocus aureus, besser bekannt als Staphylokokken oder MRSA, ist ein grampositives, kokkenförmiges, anaerobes Bakterium, das in Abbildung 1 dargestellt ist.1 MRSA ist eine Art von Staphylokokken, die gegen Beta-Lactam-Antibiotika wie Penicillin, Amoxicillin, Oxacillin und Methicillin resistent ist. MRSA wird auch immer resistenter gegen Mupirocin, das derzeitige Standardantibiotikum zur Behandlung von MRSA-Infektionen.3. MRSA siedelt sich häufig auf der Haut oder in den Nasenlöchern gesunder Menschen an und ist an diesen Stellen relativ harmlos.1 Wenn S. aureus in den Körper eindringt (z. B. Wunden, Schnittwunden), kann er Infektionen verursachen. In solchen Fällen kann die MRSA-Infektion von leicht (z. B. Pickel) bis lebensbedrohlich (z. B. Infektion der Blutbahn, der Gelenke oder der Knochen) reichen.1 MRSA wird durch Kontakt verbreitet und wird am häufigsten in öffentlichen Einrichtungen, insbesondere in Krankenhäusern, übertragen.
Teebaumöl (TTO) ist ein ätherisches Öl, das durch Wasserdampfdestillation aus der in Australien heimischen Pflanze Melaleuca alternifolia gewonnen wird. Teebaumöl wird seit Jahrhunderten als örtliches Antiseptikum verwendet. Es wird angenommen, dass TTO bei topischer Anwendung antibakterielle, antimykotische, antivirale und entzündungshemmende Eigenschaften hat.4 TTO kann als Zusatzstoff in Schönheits- und Gesundheitsprodukten, einschließlich Shampoo, Seife und Nasenspray, verwendet werden. Obwohl historische Anekdoten die medizinischen Eigenschaften von TTO bestätigen, wurden nur wenige klinische Studien durchgeführt, um diese Behauptungen zu belegen. Die wenigen klinischen Studien deuten darauf hin, dass Teebaumöl die durch MRSA verursachte Hautinfektion behandeln kann.4 Die antimikrobiellen Eigenschaften des Teebaumöls werden auf die Zugehörigkeit zu einer Klasse von Chemikalien zurückgeführt, die als Terpene bekannt sind, insbesondere Terpinen-4-ol.4 Die bakterientötende Wirkung des Teebaumöls macht diesen Pflanzenextrakt zu einem plausiblen Zusatz oder einer Ergänzung zu einem MRSA-Behandlungsplan.
Zusammensetzung und Chemie des Teebaumöls
Im Handel erhältliches TTO setzt sich aus fast 100 chemischen Verbindungen zusammen, die durch Gaschromatographie-Massenspektrometrie bestimmt wurden.5 TTO besteht hauptsächlich aus einer Klasse von Chemikalien, den so genannten Monoterpenen. Monoterpene sind in der Regel flüchtige, aromatische Kohlenwasserstoffe, die lipophil sind, d. h. sie können sich in Fetten oder Lipiden lösen.4
Terpinen-4-ol, abgebildet in Abbildung 2, ist die spezifische Monoterpenverbindung, von der man annimmt, dass sie in erster Linie für die antimikrobielle Wirkung von TTO verantwortlich ist. Diese Kohlenwasserstoffverbindung hat eine Alkoholgruppe, die an den vierten Kohlenstoff gebunden ist. Wie bei allen Monoterpenen verleiht die überwiegend aus Kohlenwasserstoffen bestehende Struktur von Terpinen-4-ol dem Molekül lipophile Eigenschaften.4 Die Forscher behaupten, dass die lipophile Natur der Monoterpene zu ihrer antimikrobiellen Aktivität beiträgt, obwohl die genauen Einzelheiten des antimikrobiellen Mechanismus derzeit nicht bekannt sind.4 Weitere Monoterpenverbindungen in TTO sind 1,8-Cineol, Terpinolen und α-Terpineol, deren medizinische Eigenschaften ebenfalls untersucht werden.4
TTO ist in verschiedenen Chemotypen im Handel erhältlich. Der häufigste Chemotyp ist der Terpinen-4-ol-Chemotyp, bei dem Terpinen-4-ol zwischen 30 und 40 % der im Handel erhältlichen TTO ausmacht.4 Eine relativ hohe Zusammensetzung von Terpinen-4-ol ist in der kommerziellen Produktion aufgrund seines nachgewiesenen breiten Spektrums an biologischen Aktivitäten üblicher. 4,5
Antimikrobielle Aktivität: Zytoplasmatische Membranschädigung
Das Ziel der antimikrobiellen Aktivität von TTO und der Hauptgrund für seine Wirksamkeit im Labor und in der Klinik soll die Zytoplasmamembran von MRSA sein. Die bakterielle Zellmembran trennt die innere Umgebung der Zelle physisch von der äußeren Umgebung ab. Sie ist selektiv durchlässig für organische Moleküle und Ionen. Als solche reguliert sie die Bewegung von Wasser und anderen Substanzen in die Zelle hinein und aus ihr heraus.6 Wäre die Membranpermeabilität beeinträchtigt, würde die Barriere zwischen der inneren und äußeren Umgebung geschwächt. Folglich könnte Fremdmaterial leichter in die Zelle eindringen, während zytoplasmatisches Material die Zelle leichter verlassen könnte (wie in Abbildung 3 dargestellt).7,2
Aufgrund der Lipophilie des Terpinen-4-ol-Moleküls und anderer TTO-Bestandteile haben Forscher vorgeschlagen, dass TTO sich in die lipidreichen biologischen Membranen einfügen und diese schädigen kann.4 Studien, in denen die Membranintegrität nach einer TTO-Behandlung untersucht wurde, deuten darauf hin, dass das ätherische Öl die lebenswichtige Funktion der biologischen Membran stört.7,2
In einer In-vitro-Studie (d. h. im Labor) von Cox et al. wurde festgestellt, dass die TTO-Behandlung die Permeabilität der MRSA-Membran störte, wodurch Propidiumiodid, eine Fremdsubstanz, in die Zelle eindringen und Kaliumionen, die Teil des Zytoplasmas sind, die Zelle verlassen konnten.7 Eine andere In-vitro-Studie zeigte, dass mit TTO behandelte MRSA eine erhöhte Anfälligkeit für Natriumchlorid (NaCl), ein Zellgift, aufwiesen.2 Aufgrund dieser Erkenntnisse gingen die Forscher davon aus, dass TTO die Zellmembran veränderte.
Der Verlust von intrazellulärem Material und die Unfähigkeit, die osmotische Regulierung aufrechtzuerhalten, steht im Einklang mit einem Wirkmechanismus, der den Verlust der Membranintegrität beinhaltet. Trotz des Nachweises einer Schädigung der Zytoplasmamembran ist der molekulare Mechanismus dieser Beeinträchtigung noch unbekannt und bedarf weiterer Forschung.4
Behandlung und Wirksamkeit
Bemühungen um die Validierung der therapeutischen Eigenschaften von Teebaumöl (TTO) haben zu In-vitro- und klinischen Studien geführt, die zeigen, dass die Behandlung mit TTO MRSA-Infektionen ausrottet bzw. reduziert. Während TTO in vitro und klinisch wirksam ist, konnte nicht nachgewiesen werden, dass TTO eine anfängliche MRSA-Kolonisierung verhindert. Mehrere Studien, die im Folgenden beschrieben und in Abbildung 4 dargestellt werden, stützen die Behauptungen traditioneller Heiler, dass TTO ein wirksames antimikrobielles Mittel ist.
In vitro Wirksamkeit
Die Wirksamkeit von Teebaumöl (TTO) gegen MRSA wurde in Laborstudien mit kultivierten S. aureus-Proben nachgewiesen. Eine In-vitro-Studie von May et al. zeigte, dass 99,9 % des MRSA-Isolats innerhalb von 4 Stunden durch TTO abgetötet wurden und dass nach 6 Stunden kontinuierlicher Einwirkung von 5 % TTO alle abgetötet waren.8 Diese Ergebnisse legen nahe, dass TTO aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften ein gutes Mittel zur Bekämpfung von MRSA und zur Verringerung seiner Übertragung auf den Menschen ist.
Klinische Wirksamkeit
Die Wirksamkeit von TTO bei der Ausrottung von MRSA-Kulturen in vitro führte zu klinischen Tests mit menschlichen Patienten unter Verwendung von Produkten, die mit TTO angereichert sind. TTO kann aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften kommerziellen Produkten wie Körperwaschmitteln, Hautcreme und Nasensalbe zugesetzt werden. Die klinische Wirksamkeit von TTO-Körperwaschmitteln und -Cremes als Mittel zur Dekolonisierung von MRSA wurde von Caelli et al. und Dryden et al. bestätigt.9, 3 Beide Forscher stellten fest, dass die TTO-Behandlung ebenso wirksam ist wie die Standardbehandlung, was darauf hindeutet, dass die TTO-Behandlung eine MRSA-Eradikationsbehandlung verbessern kann.
Caelli et al. stellten klinisch fest, dass die TTO-Behandlung genauso wirksam war wie die medizinische Standardbehandlung von MRSA.9 Caelli verglich die Wirksamkeit der TTO-Behandlung mit der von Standardbehandlungen gegen MRSA, gemessen an den MRSA-Konzentrationen auf der Haut und in der Nase menschlicher Patienten nach der Behandlung.9 Im Vergleich zur Standardbehandlung reduzierte die topische Behandlung mit Teebaumöl die MRSA-Infektion bei mehr Probanden oder tilgte sie. Trotz dieser optimistischen Feststellung war dieses Ergebnis aufgrund der geringen Stichprobengröße statistisch nicht signifikant. Daher kam Caelli zu dem Schluss, dass die TTO-Behandlung bei der Beseitigung von MRSA eine ähnliche Wirkung hat wie die medizinische Standardbehandlung.5
In einer ähnlichen Studie fanden Dryden et al. heraus, dass TTO MRSA-bedingte Hautinfektionen besser beseitigt als die medizinische Standardbehandlung.3 Drydens klinische Studie ergab, dass die tägliche Anwendung von 5%iger TTO-Körperwäsche und 10%iger TTO-Creme bei der Beseitigung von Hautläsionen im Zusammenhang mit MRSA-Infektionen wirksamer war als die Standardbehandlung.3 Obwohl die Forschung die Wirksamkeit von TTO gegen MRSA nahelegt, müssten weitere klinische Studien durchgeführt werden, um die Auswirkungen von TTO auf MRSA-Patienten umfassend zu bewerten. Aus diesen Experimenten ging hervor, dass TTO ausreichend wirksam, sicher und gut verträglich ist, um als Teil eines MRSA-Tilgungsschemas betrachtet zu werden.3
Toxizität auf der Haut
Trotz der Charakterisierung der antimikrobiellen Eigenschaften von TTO haben die Forscher nicht viel über die Sicherheit und Toxizität der topischen Anwendung von TTO herausgefunden. Die Gründe für die fortgesetzte topische Anwendung von TTO beruhen in erster Linie auf anekdotischen Belegen für die sichere Verwendung bei niedrigen Konzentrationen.4 Es wurden keine Todesfälle beim Menschen aufgrund von TTO-Exposition gemeldet.4 Obwohl es nur wenige fundierte wissenschaftliche Studien zur Sicherheit von TTO gibt, kann TTO bei Anwendung auf der Haut Reizungen oder allergische Reaktionen hervorrufen.4 Konkretere Beweise für die Toxizität von TTO wären notwendig, um die optimale Konzentration für eine sichere Anwendung zu bestimmen.
Anfälligkeit für Antibiotikaresistenzen nach TTO-Exposition
Die verfügbaren Formen von TTO reichen von reinem Öl bis hin zu Einzelhandelsprodukten für die persönliche Gesundheitspflege, die häusliche Pflege und die Pflege von Haustieren.10 Kommerzielle TTO-Zubereitungen, die in den Konzentrationen ihrer Bestandteile variieren können, bieten den Anwendern mehr Möglichkeiten, TTO in unwirksamen Konzentrationen anzuwenden. Die zunehmende Verwendung von TTO bedeutet auch, dass eine Vielzahl von Mikroben mit subletalen TTO-Konzentrationen in Berührung kommt.10 Es besteht die Sorge, dass die Exposition von MRSA gegenüber subletalen TTO-Konzentrationen zu einer verminderten Antibiotika-Empfindlichkeit (d. h. zu einer erhöhten Antibiotika-Resistenz) führen könnte. 11
TTO-induzierte Antibiotikaresistenz ist unwahrscheinlich
Ob die TTO-Exposition die Antibiotika-Empfindlichkeit von MRSA verringert, ist nach wie vor Gegenstand von Untersuchungen. McMahon et al. und Thomsen et al. haben Beweise für beide Seiten dieser Debatte vorgelegt.12,13 Beide Forscher verwendeten ein ähnliches experimentelles Design: Sie untersuchten die Veränderungen der minimalen Hemmkonzentrationen (MHK) verschiedener Antibiotika vor und nach der Inokulation von MRSA mit Teebaumöl für 72 Stunden. 12,13 McMahons Schlüsselstudie berichtete, dass die Gewöhnung von MRSA-Isolaten an eine subletale Konzentration von TTO die Antibiotikaresistenz von MRSA erhöhte.12 Bei einem Versuch, McMahons Ergebnisse zu wiederholen, stellte Thomsen stattdessen fest, dass die Gewöhnung von MRSA-Isolaten an eine subletale Konzentration von TTO die Antibiotikaresistenz von MRSA nicht erhöhte.13 Obwohl die Ergebnisse von McMahon nicht bestätigt werden konnten, veranlasste ihre Schlüsselstudie eine Reihe weiterer Studien über die Möglichkeit einer MRSA-induzierten Antibiotikaresistenz.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass es unwahrscheinlich ist, dass TTO eine Antibiotikaresistenz induziert. Eine Studie von Hammer et al. bestätigte Thomsens Idee, dass die Exposition gegenüber subletalen Mengen von Teebaumöl nicht mit der Entwicklung einer Antibiotikaresistenz in Verbindung gebracht wurde.14 Hammer behauptete auch, dass, da Monoterpene auf die „Struktur, Funktion und Integrität von mikrobiellen Membranen abzielen, es unwahrscheinlich erscheint, dass eine echte Resistenz durch die Verwendung von TTO entsteht“.14
Folgen der TTO-induzierten Antibiotikaresistenz
Angesichts der unerforschten klinischen Bedeutung der TTO-induzierten Antibiotikaresistenz bleibt die Diskussion über die TTO-induzierte Antibiotikaresistenz relevant.12 Sollte sich herausstellen, dass sich die Antibiotikaempfindlichkeit auswirkt, könnten die TTO-Konzentrationen in Einzelhandelsprodukten erhöht werden, damit die Exposition gegenüber subletalen TTO-Konzentrationen verringert wird.12 Dies kann durch Gesetze oder Vorschriften für die TTO-Formulierung erreicht werden.
Schlussfolgerung
Die Entdeckung alternativer Therapien für die Behandlung von MRSA ist angesichts der zunehmenden Antibiotikaresistenz sehr wichtig. Dryden hat die zunehmende Resistenz von MRSA gegen Mupirocin, das primäre Antibiotikum in den Standardbehandlungen zur MRSA-Eradikation, festgestellt.3 Da TTO bei der Behandlung von MRSA kaum Anzeichen für eine Antibiotikaempfindlichkeit zeigt, ist eine alternative Behandlung die Verwendung von Teebaumöl als antimikrobielles Mittel.13
Die Anwendung einer TTO-Kur ist in Bezug auf die Eradikation von MRSA mit der Standardbehandlung vergleichbar.9,3 Der gemeldete Mechanismus für die bakterizide Wirkung von TTO ist die Schädigung der Zytoplasmamembran, wodurch die Membran durchlässiger für Substanzen wie Wasser wird.2 Eine beeinträchtigte Osmoregulation kann zur Zelllyse führen.2
Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf den Wirkmechanismus von TTO, seine Sicherheit und seine Auswirkungen auf die Antibiotikaempfindlichkeit. Obwohl man davon ausgeht, dass die Schädigung der Zytoplasmamembran die wichtigste bakterizide Wirkung ist, ist der Mechanismus noch weitgehend unerforscht. Andere Forschungsarbeiten untersuchen die zytotoxische Wirkung von kommerziellem Teebaumöl bei topischer Anwendung auf der menschlichen Haut.15 Solche Untersuchungen würden die Sicherheit der regelmäßigen Anwendung von TTO und hoffentlich die optimale Stärke von TTO für die pharmazeutische Formulierung bestimmen.
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[Bearbeitet von Karen Leung, einer Studentin von Nora Sullivan in BIOL187S (Microbial Life) im The Keck Science Department of the Claremont Colleges Spring 2013.