Převaha Staphyloccocus aureus rezistentního vůči meticilinu (MRSA) jako patogenu v nemocnicích a dalších komunitních zařízeních podtrhuje význam eradikace této infekce.1 Protože MRSA není citlivý na běžně používaná antibiotika, hledají se alternativní antimikrobiální látky pro jeho eradikaci. Jednou z oblastí zájmu je použití oleje z čajovníku, u něhož studie prokázaly, že účinně léčí infekce způsobené bakteriemi rezistentními vůči lékům, včetně MRSA.2
Úvod
Staphyloccocus aureus, známější jako stafylokoková bakterie nebo MRSA, je grampozitivní anaerobní bakterie kokovitého tvaru zobrazená na obrázku 1.1 MRSA je typ stafylokokové bakterie, která je rezistentní vůči beta-laktamovým antibiotikům, jako jsou penicilin, amoxicilin, oxacilin a methicilin. MRSA se také stává rezistentní vůči mupirocinu, současnému standardnímu antibiotiku používanému při léčbě infekce MRSA.3 MRSA se často kolonizuje na kůži nebo v nosních dírkách zdravých osob a na těchto místech je relativně neškodná.1 Pokud se S. aureus dostane do těla (např. do ran, řezných ran), může způsobit infekci. V takových případech může být infekce MRSA od mírné (např. pupínky) až po život ohrožující (např. infekce krevního řečiště, kloubů nebo kostí).1 MRSA se šíří kontaktem a nejčastěji se nakazí ve veřejných zařízeních, konkrétně v nemocnicích.
Tea tree oil (TTO) je esenciální olej získaný parní destilací z australské původní rostliny Melaleuca alternifolia. Tea tree oil se již po staletí používá jako lokální antiseptikum. Předpokládá se, že TTO má při lokálním použití antibakteriální, protiplísňové, antivirové a protizánětlivé účinky.4 TTO lze nalézt jako přísadu v kosmetických a zdravotnických přípravcích, včetně šamponu, mýdla a nosního spreje. Ačkoli historické anekdoty potvrzují léčivé vlastnosti TTO, bylo provedeno jen málo klinických studií, které by tato tvrzení potvrdily. Klinické studie, kterých je však málo, naznačují, že čajovníkový olej může léčit kožní infekci způsobenou MRSA.4 Antimikrobiální vlastnosti čajovníkového oleje se přisuzují příslušnosti ke skupině chemických látek známých jako terpeny, konkrétně terpinen-4-ol.4 Baktericidní účinky čajovníkového oleje činí z tohoto rostlinného extraktu pravděpodobný doplněk nebo přídavek k plánu léčby MRSA.
Složení a chemie čajovníkového oleje
Komerčně dostupný TTO je složen z téměř 100 chemických sloučenin stanovených plynovou chromatografií s hmotnostní spektrometrií.5 TTO je složen především ze skupiny chemických látek nazývaných monoterpeny. Monoterpeny jsou obvykle těkavé aromatické uhlovodíky, které jsou lipofilní, což znamená, že se mohou rozpouštět v tucích nebo lipidech.4
Terpinen-4-ol, zobrazený na obrázku 2, je specifická monoterpenová sloučenina, o níž se předpokládá, že je primárně zodpovědná za antimikrobiální aktivitu TTO. Tato uhlovodíková sloučenina má ke čtvrtému uhlíku připojenou jednu alkoholovou skupinu. Stejně jako u všech monoterpenů má i terpinen-4-ol díky své převážně uhlovodíkové struktuře lipofilní vlastnosti.4 Vědci tvrdí, že lipofilní povaha monoterpenů přispívá k jejich antimikrobiální aktivitě, i když přesné detaily antimikrobiálního mechanismu nejsou v současné době známy.4 Mezi další monoterpenické sloučeniny v TTO patří 1,8-cineol, terpinolen a α-terpineol, jejichž léčivé vlastnosti jsou rovněž předmětem zkoumání.4
Složení TTO je komerčně dostupné v různých chemotypech. Nejběžnějším chemotypem je chemotyp terpinen-4-ol, kde terpinen-4-ol tvoří 30 až 40 % komerčně dostupného TTO.4 Relativně vysoké složení terpinen-4-olu je v komerční produkci běžnější vzhledem k jeho prokázanému širokému spektru biologických aktivit. 4,5
Antimikrobiální aktivita: Poškození cytoplazmatické membrány
Uvádí se, že cílem antimikrobiální aktivity TTO a hlavním důvodem jeho laboratorní a klinické účinnosti je cytoplazmatická membrána MRSA. Bakteriální buněčná membrána fyzicky odděluje vnitřní prostředí buňky od vnějšího prostředí. Je selektivně propustná pro organické molekuly a ionty. Jako taková reguluje pohyb vody a dalších látek do buňky a z buňky.6 Pokud by byla propustnost membrány narušena, pak by se bariéra mezi vnitřním a vnějším prostředím oslabila. V důsledku toho by do buňky mohl snadněji pronikat cizorodý materiál, zatímco cytoplazmatický materiál by ji mohl snadněji opouštět (jak ukazuje obrázek 3).7,2
Na základě lipofilnosti molekuly terpinen-4-olu a dalších složek TTO vědci navrhli, že se TTO může vkládat do biologických membrán bohatých na lipidy a poškozovat je.4 Studie zkoumající integritu membrán po ošetření TTO naznačují, že silice narušuje životně důležitou funkci biologické membrány 7,2
Studie in vitro (tj. laboratorní) provedená Coxem a kol. zjistila, že ošetření TTO narušilo propustnost membrány MRSA, což umožnilo propidium jodidu, cizorodé látce, vstoupit do buňky a draselným iontům, které jsou součástí cytoplazmatického materiálu, buňku opustit.7 Jiná studie in vitro prokázala, že MRSA ošetřená TTO měla zvýšenou citlivost na chlorid sodný (NaCl), buněčný toxin.2 Na základě těchto důkazů se vědci domnívali, že TTO změnila buněčnou membránu.
Ztráta intracelulárního materiálu a neschopnost udržet osmotickou regulaci odpovídá mechanismu účinku zahrnujícímu ztrátu integrity membrány. Navzdory důkazům o poškození cytoplazmatické membrány je molekulární mechanismus tohoto poškození stále neznámý a vyžaduje další výzkum.4
Léčba a účinnost
Snahy o ověření terapeutických vlastností tea tree oil (TTO) přinesly in vitro a klinické studie, které ukázaly, že léčba TTO eradikuje, resp. snižuje infekci MRSA. Zatímco TTO vykazuje in vitro a klinickou účinnost, nebylo prokázáno, že by TTO zabránil počáteční kolonizaci MRSA. Několik studií popsaných níže a znázorněných na obrázku 4 podporuje tvrzení tradičních léčitelů, že TTO je účinný antimikrobiální prostředek.
Účinnost in vitro
Účinnost tea tree oil (TTO) proti MRSA byla prokázána v laboratorních studiích s použitím kultivovaných vzorků S. aureus. Studie in vitro provedená Mayem a kol. ukázala, že 99,9 % izolátu MRSA bylo usmrceno TTO během 4 hodin a že vše bylo vymýceno po 6 hodinách nepřetržitého působení 5 % TTO.8 Tyto výsledky naznačují, že díky antimikrobiálním vlastnostem TTO je tento prostředek vhodný ke kontrole MRSA a ke snížení jeho přenosu mezi lidmi.
Klinická účinnost
Účinnost TTO při likvidaci kultur MRSA in vitro vedla ke klinickému testování s lidskými pacienty pomocí přípravků obohacených o TTO. TTO lze díky jeho antimikrobiálním vlastnostem přidávat do komerčních výrobků, jako jsou tělové mycí prostředky, kožní krémy a nosní masti. Klinickou účinnost tělových mycích prostředků a krémů s TTO jako dekolonizačního prostředku pro MRSA podpořili Caelli et al. a Dryden et al.9, 3 Oba výzkumníci zjistili, že léčba TTO je stejně účinná jako standardní léčebný režim, což naznačuje, že léčba TTO může zlepšit režim eradikace MRSA.
Caelli a kol. klinicky zjistili, že léčba TTO je stejně účinná jako standardní medikamentózní léčba MRSA.9 Caelli porovnával účinnost léčby TTO s účinností standardní léčby proti MRSA, měřenou podle koncentrace MRSA na kůži a v nose lidských pacientů po léčbě.9 V porovnání se standardní léčbou lokální režim s olejem z čajovníku snížil nebo vymýtil infekci MRSA u více subjektů. Navzdory tomuto optimistickému zjištění zabránila malá velikost vzorku tomu, aby byl tento výsledek statisticky významný. Caelli proto dospěl k závěru, že léčba TTO má při eradikaci MRSA podobný účinek jako standardní medikamentózní léčba. 5
V podobné studii Dryden a kol. zjistili, že TTO odstraňuje kožní infekce spojené s MRSA lépe než standardní medikamentózní léčba.3 Drydenova klinická studie zjistila, že denní aplikace 5% tělového mycího přípravku TTO a 10% krému TTO byla při odstraňování kožních lézí spojených s infekcí MRSA účinnější než standardní léčba.3 Přestože výzkum naznačuje účinnost TTO proti MRSA, bylo by třeba provést více klinických studií, aby bylo možné komplexně posoudit účinky TTO na pacienty s MRSA. Z těchto experimentů vyplynulo, že TTO je dostatečně účinný, bezpečný a dobře snášený, aby mohl být považován za součást režimu eradikace MRSA.3
Dermální toxicita
Přes charakterizování antimikrobiálních vlastností TTO se vědci příliš nezabývali bezpečností a toxicitou lokálního použití TTO. Důvody pro pokračující lokální používání TTO se opírají především o neoficiální důkazy o jeho bezpečném používání v nízkých koncentracích.4 Nebylo hlášeno žádné úmrtí člověka v důsledku expozice TTO.4 Ačkoli existuje jen málo podstatných vědeckých studií týkajících se bezpečnosti TTO, může TTO při aplikaci na kůži způsobit dráždivé nebo alergické reakce.4 Ke stanovení optimální koncentrace pro bezpečné použití TTO by bylo zapotřebí konkrétnějších důkazů o jeho toxicitě.
Náchylnost k antibiotické rezistenci po expozici TTO
Dostupné formy TTO sahají od čistého oleje až po maloobchodní výrobky pro osobní zdravotní péči, péči o domácnost a péči o domácí zvířata.10 Komerční přípravky TTO, které se mohou lišit v koncentracích svých složek, poskytují uživatelům více možností aplikovat TTO v neúčinných koncentracích. Z rostoucího používání TTO také vyplývá, že do kontaktu se subletálními koncentracemi TTO přichází rozmanitost mikrobů.10 Existují obavy, že vystavení MRSA subletálním koncentracím TTO může vést ke snížení citlivosti na antibiotika (tj. ke zvýšení rezistence na antibiotika). 11
Rezistence k antibiotikům vyvolaná TTO je nepravděpodobná
Zda expozice TTO snižuje citlivost MRSA na antibiotika, zůstává předmětem zkoumání. Důkazy pro obě strany této debaty předložili McMahon et al a Thomsen et al.12,13 Oba výzkumníci použili podobný experimentální design: zkoumali změny minimálních inhibičních koncentrací (MIC) různých antibiotik před a po inokulaci MRSA olejem z čajovníku po dobu 72 hodin. 12,13 McMahonova klíčová studie uvádí, že habituace izolátů MRSA na subletální koncentraci TTO zvýšila rezistenci MRSA vůči antibiotikům.12 Thomsen při pokusu o replikaci McMahonových zjištění naopak zjistil, že habituace izolátů MRSA na subletální koncentraci TTO rezistenci MRSA vůči antibiotikům nezvýšila.13 Přestože se McMahonova zjištění nepodařilo potvrdit, jejich klíčová studie podnítila řadu dalších studií týkajících se možnosti rezistence MRSA vůči antibiotikům.
Další šetření uvádí, že je nepravděpodobné, že by TTO vyvolával rezistenci vůči antibiotikům. Studie Hammera a kol. podpořila Thomsenovu myšlenku, že expozice subletálním hladinám tea tree oleje nebyla spojena s rozvojem rezistence vůči antibiotikům.14 Hammer také tvrdil, že vzhledem k tomu, že monoterpeny se zaměřují na „strukturu, funkci a integritu mikrobiálních membrán, zdá se nepravděpodobné, že by při používání TTO vznikla skutečná rezistence“.14
Důsledky rezistence k antibiotikům vyvolané TTO
Vzhledem k neprozkoumanému klinickému významu ohledně rezistence k antibiotikům vyvolané TTO zůstává diskuse o rezistenci k antibiotikům vyvolané TTO stále aktuální.12 Pokud bude zjištěn vliv na citlivost k antibiotikům, mohou být koncentrace TTO v maloobchodních produktech zvýšeny tak, aby došlo k menší expozici subletálním koncentracím TTO.12 Toho lze dosáhnout prostřednictvím legislativy nebo regulace složení TTO.
Závěr
Objevení alternativní terapie pro léčbu MRSA je velmi důležité, protože rezistence k antibiotikům je stále častější. Rostoucí rezistenci MRSA vůči mupirocinu, základnímu antibiotiku ve standardní léčbě eradikace MRSA, zaznamenal Dryden.3 Vzhledem k tomu, že TTO vykazuje jen malé známky vyvolání citlivosti MRSA na antibiotika při léčbě, je jednou z alternativních léčebných metod použití tea tree oleje jako antimikrobiální látky.13
Použití režimu TTO je při eradikaci MRSA srovnatelné se standardní léčbou MRSA.9,3 Uváděným mechanismem baktericidních účinků TTO je poškození cytoplazmatické membrány, čímž se membrána stává propustnější pro látky, jako je voda.2 Zhoršená osmoregulace může vést k lýze buněk.2
Současný výzkum se zaměřuje na mechanismus účinku TTO, bezpečnost a vliv na citlivost na antibiotika. Ačkoli se předpokládá, že hlavním baktericidním účinkem je poškození cytoplazmatické membrány, mechanismus je dosud z velké části neprozkoumán. Další výzkum zkoumá cytotoxické účinky komerčního tea tree oleje, pokud je aplikován lokálně na lidskou kůži.15 Takový výzkum by určil bezpečnost pravidelné aplikace TTO a snad i optimální sílu TTO pro farmaceutickou formulaci.
1. Jaké jsou účinky TTO? Infekce způsobené MRSA. Webové stránky Národní zdravotní služby (NHS). Poslední revize 23/09/2011. Přístup 21/03/2013.
2. Carson, C. F., Mee, B. J., Riley, T. V. Mechanism of action of Melaleuca alternifolia (tea tree) oil on Staphylococcus aureus determined by time-kill, lysis, leakage, and salt tolerance assays and electron microscopy. Antimicrob. Agents Chemother. 46, 1914-1920. (2002)
3. Dryden, M. S., Dailly, S., Crouch, M. A randomized, controlled trial of tea tree topical preparations versus a standard topical regimen for the clearance of MRSA colonization. J. Hosp. Infect. 56, 283-286 (2004)
4. Carson, C. F., Hammer, K. A., Riley, T. V. Malalueca alternifolia (tea tree) oil: a review of antimicrobial and other medicinal properties. Clin. Microbiol. Rev. 19, 50-62 (2006)
5. Brophy, J. J., N. W. Davies, I. A. Southwell, I. A. Stiff a L. R. Williams. Plynová chromatografická kontrola kvality oleje z Melaleuca typu terpinen-4-ol (australský čajovník). J. Agric. Food Chem. 37, 1330-1335 (1989)
6. Todar, K. „Structure and function of bacterial cells“ Online Textbook of Bacteriology. Vydáno v roce 2012. Přístup 15.4.2013
7. Cox, S. D., Mann, C. M., Markham, J. L., Bell, H. C., Gustafson, J. E., Warmington, J. R., Wyllie, S. G. The mode of antimicrobial action of the essential oil of Melaleuca alternifolia (tea tree oil). J. Applied Microbiol. 88, 170-175 (2000).
8. May, J., Chan, C. H., King, A., Williams, L., French, G. L. Time kill studies of tea tree oils on clinical isolates. J. Antimicrob. Chemo. 45, 639-643 (2000)
9. Caelli, M., Porteous, J., Carson, C. F., Heller, R., Riley, T. V. Tea tree oil as an alternative topical decolonization agent for methicillin-resistant Staphylococcus aureus. J. Hosp. Infect. 46, 236-237 (2000)
10. „Tea tree oil“ American Cancer Society Web site. 28. 11. 2008 Revidováno. 16/04/2013 Zpřístupněno.
11. Gilbert, P., McBain A. J. Potenciální dopad zvýšeného používání biocidů ve spotřebitelských výrobcích na výskyt rezistence vůči antibiotikům. Clin. Microbiol. Rev. 16, 189-208 (2003)
12. McMahon, M. A. S., Blair, I. S., Moore, J. E., McDowell, D. A. Habituation to sub-lethal concentrations of tea tree oil (Melaleuca alternifolia) is associated with reduced susceptibility to antibiotics in human pathogens. J. Antimicrob. Chemother. 59, 125-127. (2007)
13. Thomsen, N. A., Hammer, K. A., Riley, T. V. Belkum, A. V., Carson, C. F. Effect of habituation to tea tree (Melaleuca alternifolia) oil on the subsequent susceptibility of Staphylococcus spp. to antimicrobials, triclosan, tea tree oil, terpinen-4-ol and carvacrol. Int. J. Antimicrob. Agents. 41, 343-351. (2013)
14. Hammer, K. A., Carson, C. F., Riley, T. V. Effects of Malaleuca alternifolia (Tea Tree) essential oil and the major monoterpene component terpinen-4-ol on the development of single- and multistep antibiotic resistance and antimicrobial susceptibility. Antimicrob. Agents Chemother. 56, 909-915 (2012)
15. Loughlin, R., Gilman, B. F., McCarron, P. A., Tunney, M. M. Comparison of the cidal activity of tea tree oil and terpinen-4-ol against clinical bacterial skin isolates and human fibroblast cells (Srovnání cidální aktivity tea tree oil a terpinen-4-olu proti klinickým bakteriálním kožním izolátům a lidským fibroblastovým buňkám). Letters Applied Microb. 48, 428-433 (2008)
[Zpracovala Karen Leung, studentka Nory Sullivanové v předmětu BIOL187S (Život mikrobů) na The Keck Science Department of the Claremont Colleges, jaro 2013.
.