Den hyppige forekomst af meticillinresistent Staphyloccocus aureus (MRSA) som patogen på hospitaler og i andre samfundsmiljøer understreger vigtigheden af at udrydde infektionen.1 Da MRSA ikke er modtagelig over for almindeligt anvendte antibiotika, søges alternative antimikrobielle midler til udryddelse af den. Et område af interesse omfatter brugen af tea tree oil, som undersøgelser har vist, at det effektivt kan behandle infektioner med lægemiddelresistente bakterier, herunder MRSA.2
Introduktion
Staphyloccocus aureus, mere almindeligt kendt som stafylokokker eller MRSA, er en Gram-positiv kokkusformet anaerob bakterie, der er afbildet i figur 1.1 MRSA er en type stafylokokker, der er resistent over for beta-lactam-antibiotika, såsom penicillin, amoxicillin, oxacillin og methicillin. MRSA er også ved at blive resistent over for mupirocin, det nuværende standardantibiotikum, der anvendes til behandling af MRSA-infektioner.3. MRSA koloniserer ofte på huden eller i næseborene hos raske personer og er relativt harmløs på disse steder.1 Hvis S. aureus kommer ind i kroppen (f.eks. ved sår, snitsår), kan den forårsage infektioner. I sådanne tilfælde kan MRSA-infektionen være lige fra mild (f.eks. bumser) til livstruende (f.eks. infektion i blodbanen, led eller knogler).1 MRSA spredes ved kontakt og smittes oftest i offentlige omgivelser, dvs. på hospitaler.
Tea tree oil (TTO) er den æteriske olie, der er udvundet ved dampdestillation fra den australske hjemmehørende plante Melaleuca alternifolia. Tea tree oil har i århundreder været anvendt som et antiseptisk middel til lokal brug. TTO menes at have antibakterielle, svampedræbende, antivirale og antiinflammatoriske egenskaber, når den anvendes topisk.4 TTO kan findes som tilsætningsstoffer i skønheds- og sundhedsprodukter, herunder shampoo, sæbe og næsespray. Selv om historiske anekdoter støtter TTO’s medicinske egenskaber, er der kun gennemført få kliniske undersøgelser, som understøtter sådanne påstande. Kliniske undersøgelser, om end få, tyder på, at tea tree oil kan behandle hudinfektion forårsaget af MRSA.4 Tea tree oil’s antimikrobielle egenskaber tilskrives at tilhøre en klasse af kemikalier kendt som terpener, specifikt terpinen-4-ol.4 Tea tree oil’s bakteriedræbende virkninger gør dette planteekstrakt til en plausibel tilføjelse eller supplement til en MRSA-behandlingsplan.
Tea Tree Oil Composition and Chemistry
Kommercielt tilgængelig TTO er en sammensætning af næsten 100 kemiske forbindelser bestemt ved gaskromatografi-massespektrometri.5 TTO består primært af en klasse af kemikalier kaldet monoterpener. Typisk er monoterpener flygtige, aromatiske kulbrinter, der er lipofile, hvilket betyder, at de kan opløses i fedtstoffer eller lipider.4
Terpinen-4-ol, som er vist i figur 2, er den specifikke monoterpenforbindelse, der menes at være hovedansvarlig for TTO’s antimikrobielle aktivitet. Denne kulbrinteforbindelse har en alkoholgruppe knyttet til det fjerde kulstof. Som alle monoterpener giver terpinen-4-ol’s hovedsagelig kulbrintestruktur molekylet lipofile egenskaber.4 Forskere hævder, at monoterpenernes lipofile natur bidrager til den antimikrobielle aktivitet, selv om de nøjagtige detaljer i den antimikrobielle mekanisme ikke er kendt på nuværende tidspunkt.4 Andre monoterpenforbindelser i TTO omfatter 1,8-cineol, terpinolen og α-terpineol, hvis medicinske egenskaber også er ved at blive undersøgt.4
TTO-sammensætningen er kommercielt tilgængelig i forskellige kemotyper. Den mest almindelige kemotype er terpinen-4-ol-kemotypen, hvor terpinen-4-ol udgør mellem 30 og 40 % af kommercielt tilgængelig TTO.4 En forholdsvis høj sammensætning af terpinen-4-ol er mere almindelig i kommerciel produktion på grund af dens påviste brede spektrum af biologiske aktiviteter. 4,5
Antimikrobiel aktivitet: Cytoplasmisk membranbeskadigelse
Målet for TTO’s antimikrobielle aktivitet og den primære årsag til dets laboratorie- og kliniske effektivitet er angiveligt MRSA’s cytoplasmiske membran. Den bakterielle cellemembran adskiller fysisk cellens indre miljø fra det ydre miljø. Den er selektivt permeabel for organiske molekyler og ioner. Som sådan regulerer den bevægelsen af vand og andre stoffer ind i og ud af cellen.6 Hvis membranens permeabilitet blev kompromitteret, ville barrieren mellem det indre og det ydre miljø blive svækket. Som følge heraf kan fremmed materiale lettere trænge ind i cellen, mens cytoplasmatisk materiale lettere kan forlade den (som vist i figur 3).7,2
Baseret på terpinen-4-ol-molekylets lipofilihed og andre TTO-komponenter har forskere foreslået, at TTO kan sætte sig ind i og beskadige de lipidrige biologiske membraner.4
Undersøgelser, der undersøger membranintegriteten efter TTO-behandling, viser, at den æteriske olie forstyrrer den biologiske membrans vitale funktion 7,2
En in vitro-undersøgelse (dvs. laboratorieundersøgelse) af Cox et al. fandt, at TTO-behandling forstyrrede MRSA-membranens permeabilitet, hvilket gjorde det muligt for propidiumjodid, et fremmedstof, at trænge ind i cellen og for kaliumioner, der er en del af cytoplasmamaterialet, at forlade cellen.7 En anden in vitro-undersøgelse viste, at TTO-behandlet MRSA havde øget modtagelighed over for natriumklorid (NaCl), et celletoksin.2 Ud fra disse beviser mente forskerne, at TTO ændrede cellemembranen.
Tabet af intracellulært materiale og den manglende evne til at opretholde osmotisk regulering er i overensstemmelse med en virkningsmekanisme, der involverer tab af membranintegritet. På trods af beviser for cytoplasmisk membranbeskadigelse er den molekylære mekanisme for denne forringelse stadig ukendt og berettiger til yderligere forskning.4
Behandling og effektivitet
Søgninger for at validere de terapeutiske egenskaber ved tea tree oil (TTO) har resulteret i in vitro- og kliniske undersøgelser, der viser, at TTO-behandling udrydder og reducerer henholdsvis MRSA-infektion. Selv om TTO udviser in vitro og klinisk effektivitet, er det ikke blevet påvist, at TTO forhindrer initial MRSA-kolonisering. Flere undersøgelser, der beskrives nedenfor og illustreres af figur 4, støtter de traditionelle healere, der hævder, at TTO er et effektivt antimikrobielt middel.
In vitro-effektivitet
Den effektive virkning af tea tree oil (TTO) mod MRSA er blevet påvist i laboratorieundersøgelser med dyrkede S. aureus-prøver. En in vitro-undersøgelse af May et al. viste, at 99,9 % af MRSA-isolatet blev dræbt af TTO inden for 4 timer, og at alt var udryddet efter 6 timers kontinuerlig eksponering for 5 % TTO.8 Disse resultater tyder på, at TTO’s antimikrobielle egenskaber gør dette til et godt middel til at kontrollere MRSA og reducere dets overførsel blandt mennesker.
Klinisk effektivitet
TTO’s effektivitet med hensyn til at udrydde MRSA-kulturer in vitro førte til kliniske forsøg med menneskelige patienter ved hjælp af produkter, der er forstærket med TTO. TTO kan tilsættes kommercielle produkter, såsom kropsvask, hudcreme og næsesalve, på grund af dets antimikrobielle egenskaber. Den kliniske effektivitet af TTO-kropsvask og -cremer som et middel til afkolonisering af MRSA er blevet støttet af Caelli et al. og Dryden et al.9, 3 Begge forskere fandt, at TTO-behandling er lige så effektiv som standardbehandlingsregimet, hvilket tyder på, at TTO-behandling kan forbedre et MRSA-udryddelsesregime.
Caelli et al. fastslog klinisk, at TTO-behandling var lige så effektiv som den medicinske standardbehandling for MRSA.9 Caelli sammenlignede effektiviteten af TTO-behandling med standardbehandlinger mod MRSA, målt ved MRSA-koncentrationer efter behandlingen på huden og i næsen hos menneskelige patienter.9 Sammenlignet med standardbehandlingen reducerede eller udryddede den aktuelle behandlingskur med te-træolie MRSA-infektion hos flere forsøgspersoner. På trods af dette optimistiske resultat forhindrede den lille stikprøvestørrelse dette resultat i at være statistisk signifikant. Derfor konkluderede Caelli, at TTO-behandling havde en lignende effekt som medicinsk standardbehandling til at udrydde MRSA 5
I en lignende undersøgelse fandt Dryden et al. at TTO ryddede MRSA-relaterede hudinfektioner bedre op end den medicinske standardbehandling.3
I en lignende undersøgelse fandt Dryden et al. at TTO ryddede MRSA-relaterede hudinfektioner bedre op end den medicinske standardbehandling.3 Drydens kliniske undersøgelse viste, at daglig anvendelse af 5 % TTO kropsvask og 10 % TTO-creme var mere effektiv end standardbehandling til at rydde hudlæsioner i forbindelse med MRSA-infektion.3 Selv om forskningen tyder på TTO’s effektivitet mod MRSA, skal der udføres flere kliniske undersøgelser for at kunne foretage en omfattende vurdering af TTO’s virkninger på MRSA-patienter. Ud fra disse forsøg blev TTO anset for at være tilstrækkelig effektiv, sikker og veltolereret til at blive betragtet som en del af et MRSA-udryddelsesregime.3
Dermal toksicitet
Selv om TTO’s antimikrobielle egenskaber er karakteriseret, har forskerne ikke arbejdet meget med sikkerheden og toksiciteten ved at bruge TTO topisk. Begrundelsen for fortsat topisk brug af TTO hviler primært på anekdotiske beviser for sikker anvendelse ved lave koncentrationer.4 Der er ikke rapporteret om dødsfald hos mennesker som følge af TTO-eksponering.4 Selv om der kun foreligger få væsentlige videnskabelige undersøgelser vedrørende TTO’s sikkerhed, kan TTO forårsage irriterende eller allergiske reaktioner, når det påføres huden.4 Der vil være behov for mere konkret dokumentation for TTO’s toksicitet for at kunne bestemme den optimale koncentration for sikker anvendelse.
Modtagelighed for antibiotikaresistens efter TTO-eksponering
De tilgængelige former for TTO spænder fra ren olie til detailprodukter til personlig sundhedspleje, hjemmepleje og kæledyrspleje.10 Kommercielle TTO-præparater, som kan variere i koncentrationerne af komponenterne, giver brugerne større mulighed for at anvende TTO i ineffektive koncentrationer. Den stigende anvendelse af TTO indebærer også, at en mangfoldighed af mikrober kommer i kontakt med subdødelige TTO-koncentrationer.10 Der er bekymring for, at udsættelse af MRSA for subdødelige koncentrationer af TTO kan føre til nedsat modtagelighed for antibiotika (dvs. øget antibiotikaresistens). 11
TTO-induceret antibiotikaresistens er usandsynlig
Hvis TTO-eksponering mindsker antibiotikafølsomheden hos MRSA er fortsat et emne, der skal undersøges. Der er blevet fremlagt beviser for begge sider af denne debat af McMahon et al. og Thomsen et al.12,13 Begge forskere brugte samme eksperimentelle design: de undersøgte ændringerne i de minimale hæmmende koncentrationer (MIC) af forskellige antibiotika før og efter MRSA blev inokuleret med tea tree oil i 72 timer. 12,13 McMahons nøgleundersøgelse rapporterede, at habituering af MRSA-isolater til en subdødelig koncentration af TTO øgede MRSA’s resistens over for antibiotika.12 I et forsøg på at replikere McMahons resultater fandt Thomsen i stedet, at habituering af MRSA-isolater til en subdødelig koncentration af TTO ikke øgede MRSA’s antibiotikaresistens.13 Selv om McMahons resultater ikke kunne bekræftes, gav deres centrale undersøgelse anledning til en række yderligere undersøgelser vedrørende muligheden for MRSA-induceret antibiotikaresistens.
Den videre undersøgelse rapporterer, at det er usandsynligt, at TTO inducerer antibiotikaresistens. En undersøgelse foretaget af Hammer et al. støttede Thomsens idé om, at eksponering for subdødelige niveauer af tea tree oil ikke var forbundet med udvikling af antibiotikaresistens.14 Hammer hævdede også, at da monoterpener er rettet mod “struktur, funktion og integritet af mikrobielle membraner, forekommer det usandsynligt, at der vil opstå ægte resistens” som følge af brugen af TTO.14
Implikationer af TTO-induceret antibiotikaresistens
I betragtning af den uudforskede kliniske betydning vedrørende TTO-induceret antibiotikaresistens, er diskussionen om TTO-induceret antibiotikaresistens fortsat relevant.12 Hvis det viser sig at påvirke antibiotikafølsomheden, kan TTO-koncentrationerne i detailprodukter øges, så der er mindre eksponering for subdødelige TTO-koncentrationer.12 Dette kan opnås gennem lovgivning eller regulering af TTO-formuleringen.
Konklusion
Det er meget vigtigt at finde alternative behandlingsformer til behandling af MRSA, da antibiotikaresistens bliver mere udbredt. MRSA’s stigende resistens over for mupirocin, det primære antibiotikum i standardbehandlinger til udryddelse af MRSA, er blevet bemærket af Dryden.3 Da TTO viser få tegn på at fremkalde antibiotikamodtagelighed hos MRSA ved behandling, er en alternativ behandling brugen af tea tree oil som antimikrobielt middel.13
Anvendelsen af en TTO-kur er sammenlignelig med standardbehandling af MRSA med hensyn til udryddelse af MRSA.9,3 Den rapporterede mekanisme for TTO’s bakteriedræbende virkninger er beskadigelse af cytoplasmamembranen, hvorved membranen bliver mere permeabel for stoffer, såsom vand.2 Forringet osmoregulering kan føre til cellelysis.2
Den aktuelle forskning fokuserer på TTO’s virkningsmekanisme, sikkerhed og virkning på antibiotikafølsomhed. Selv om cytoplasmisk membranbeskadigelse menes at være den vigtigste bakteriedræbende virkning, er mekanismen stadig stort set uudforsket. Andre undersøgelser undersøger kommerciel tea tree oil’s cytotoksiske virkninger, hvis den anvendes lokalt på menneskers hud.15 Sådanne undersøgelser vil kunne bestemme sikkerheden ved regelmæssig anvendelse af TTO og forhåbentlig den optimale styrke af TTO til farmaceutisk formulering.
1. MRSA-infektion. Websted for National Health Service (NHS). Senest revideret den 23/09/2011. Tilgået den 21/03/2013.
2. Carson, C. F., Mee, B. J., Riley, T. V. Virkningsmekanisme af Melaleuca alternifolia (tea tree) olie på Staphylococcus aureus bestemt ved tidsdræbende, lysis-, lækage- og salttoleranceassays og elektronmikroskopi. 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 og L. R. Williams. Gaskromatografisk kvalitetskontrol af olie af Melaleuca terpinen-4-ol-typen (australsk tea tree). J. Agric. Food Chem. 37, 1330-1335 (1989)
6. Todar, K. “Structure and function of bacterial cells” Online Textbook of Bacteriology. 2012 Published. 15/04/2013 Accessed.
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 te tree oil 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-undersøgelser af tea tree-olier på kliniske isolater. 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 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 Revideret. 16/04/2013 Tilgået.
11. Gilbert, P., McBain A. J. Potentiel indvirkning af øget brug af biocider i forbrugerprodukter på prævalensen af antibiotikaresistens. Clin. Microbiol. Rev. 16, 189-208 (2003)
12. McMahon, M. A. S., Blair, I. S., Moore, J. E., McDowell, D. A. Habituation til subdødelige koncentrationer af tea tree oil (Melaleuca alternifolia) er forbundet med nedsat modtagelighed over for antibiotika hos humane patogener. 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. Effekter af æterisk olie af Malaleuca alternifolia (Tea Tree) og den vigtigste monoterpenkomponent terpinen-4-ol på udviklingen af enkelt- og flertrinsantibiotikaresistens og antimikrobiel modtagelighed. Antimicrob. Agents Chemother. 56, 909-915 (2012)
15. Loughlin, R., Gilman, B. F., McCarron, P. A., Tunney, M. M. Sammenligning af den cidale aktivitet af tea tree oil og terpinen-4-ol mod kliniske bakterielle hudisolater og humane fibroblastceller. Letters Applied Microb. 48, 428-433 (2008)
[Redigeret af Karen Leung, studerende hos Nora Sullivan i BIOL187S (Microbial Life) i The Keck Science Department of the Claremont Colleges Spring 2013.