Powszechność opornego na metycylinę Staphyloccocus aureus (MRSA) jako patogenu w szpitalach i innych środowiskach podkreśla znaczenie eliminacji tego zakażenia.1 Ponieważ MRSA nie jest wrażliwy na powszechnie stosowane antybiotyki, poszukuje się alternatywnych środków przeciwdrobnoustrojowych do jego eliminacji. Jednym z obszarów zainteresowania jest stosowanie olejku z drzewa herbacianego, który, jak wykazały badania, skutecznie leczy zakażenia bakteriami opornymi na leki, w tym MRSA.2
Wprowadzenie
Staphyloccocus aureus, bardziej znana jako bakteria gronkowca lub MRSA, jest Gram-dodatnią bakterią beztlenową w kształcie kokcyka przedstawioną na rycinie 1.1 MRSA jest rodzajem bakterii gronkowca, która jest oporna na antybiotyki beta-laktamowe, takie jak penicylina, amoksycylina, oksacylina i metycylina. MRSA staje się również oporny na mupirocynę, obecnie standardowy antybiotyk stosowany w leczeniu zakażeń MRSA.3 MRSA często kolonizuje się na skórze lub w nozdrzach zdrowych osób i jest stosunkowo nieszkodliwy w tych miejscach.1 Jeśli S. aureus dostanie się do organizmu (np. rany, skaleczenia), może wywołać zakażenia. W takich przypadkach zakażenie MRSA może mieć charakter od łagodnego (np. pryszcze) do zagrażającego życiu (np. zakażenie krwiobiegu, stawów lub kości).1 MRSA rozprzestrzenia się przez kontakt i najczęściej dochodzi do niego w miejscach publicznych, a mianowicie w szpitalach.
Olejek z drzewa herbacianego (TTO) jest olejkiem eterycznym otrzymywanym w procesie destylacji z parą wodną z australijskiej rośliny Melaleuca alternifolia. Olejek z drzewa herbacianego jest używany od wieków jako środek antyseptyczny stosowany miejscowo. Uważa się, że TTO ma właściwości przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, przeciwwirusowe i przeciwzapalne, gdy jest stosowany miejscowo.4 TTO można znaleźć jako dodatek do produktów kosmetycznych i zdrowotnych, w tym szamponów, mydeł i aerozoli do nosa. Chociaż historyczne anegdoty potwierdzają właściwości lecznicze TTO, przeprowadzono niewiele badań klinicznych na poparcie tych twierdzeń. Badania kliniczne, jakkolwiek nieliczne, wskazują, że olejek z drzewa herbacianego może leczyć zakażenia skóry wywołane przez MRSA.4 Właściwości antybakteryjne olejku z drzewa herbacianego przypisuje się przynależności do klasy związków chemicznych znanych jako terpeny, a konkretnie terpinen-4-ol.4 Bakteriobójcze działanie olejku z drzewa herbacianego czyni ten ekstrakt roślinny prawdopodobnym dodatkiem lub uzupełnieniem planu leczenia MRSA.
Skład i chemia olejku z drzewa herbacianego
Dostępny w handlu TTO jest kompozycją blisko 100 związków chemicznych oznaczonych metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas.5 TTO składa się głównie z klasy związków chemicznych zwanych monoterpenami. Zazwyczaj monoterpeny są lotnymi, aromatycznymi węglowodorami, które są lipofilne, co oznacza, że mogą rozpuszczać się w tłuszczach lub lipidach.4
Terpinen-4-ol, przedstawiony na Rysunku 2, jest specyficznym związkiem monoterpenowym uważanym za głównie odpowiedzialny za aktywność antybakteryjną TTO. Ten związek węglowodorowy ma jedną grupę alkoholową dołączoną do czwartego węgla. Podobnie jak wszystkie monoterpeny, głównie węglowodorowa struktura terpinen-4-olu nadaje cząsteczce właściwości lipofilne.4 Naukowcy twierdzą, że lipofilna natura monoterpenów przyczynia się do ich aktywności przeciwbakteryjnej, chociaż dokładne szczegóły mechanizmu przeciwbakteryjnego nie są obecnie znane.4 Inne związki monoterpenowe w TTO obejmują 1,8-kineol, terpinolen i α-terpineol, których właściwości lecznicze są również przedmiotem badań.4
Skład TTO jest dostępny w handlu w różnych chemotypach. Najczęstszym chemotypem jest chemotyp terpinen-4-ol, w którym terpinen-4-ol stanowi od 30 do 40% komercyjnie dostępnego TTO.4 Stosunkowo wysoki skład terpinen-4-ol jest bardziej powszechny w produkcji komercyjnej ze względu na wykazane szerokie spektrum działań biologicznych. 4,5
Antymikrobowe działanie: Uszkodzenie błony cytoplazmatycznej
Celem aktywności przeciwdrobnoustrojowej TTO, a także głównym powodem jego laboratoryjnej i klinicznej skuteczności, jest według doniesień błona cytoplazmatyczna MRSA. Błona komórkowa bakterii fizycznie oddziela środowisko wewnętrzne komórki od środowiska zewnętrznego. Jest ona selektywnie przepuszczalna dla cząsteczek organicznych i jonów. W ten sposób reguluje ona przepływ wody i innych substancji do i z komórki.6 Jeśli przepuszczalność błony zostałaby naruszona, bariera pomiędzy środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym zostałaby osłabiona. W konsekwencji, obcy materiał mógłby łatwiej dostać się do komórki, podczas gdy materiał cytoplazmatyczny mógłby łatwiej ją opuścić (jak pokazano na rysunku 3).7,2
Based on the lipophilicity of the terpinen-4-ol molecule and other TTO components, researchers have proposed that TTO can insert itself into and damage the lipid-rich biological membranes.4 Badania badające integralność błon po traktowaniu TTO wskazują, że olejek eteryczny zakłóca istotną funkcję błony biologicznej 7,2
W badaniu in vitro (tj. laboratoryjnym) przeprowadzonym przez Coxa i wsp. stwierdzono, że traktowanie TTO zaburzyło przepuszczalność błony MRSA, co umożliwiło jodkowi propidium, substancji obcej, wniknięcie do komórki, a jonom potasu, będącym częścią materiału cytoplazmatycznego, opuszczenie komórki.7 W innym badaniu in vitro wykazano, że MRSA poddany działaniu TTO miał zwiększoną wrażliwość na chlorek sodu (NaCl), toksynę komórkową.2 Na podstawie tych dowodów badacze sądzili, że TTO zmienił błonę komórkową.
Utrata materiału wewnątrzkomórkowego i niezdolność do utrzymania regulacji osmotycznej jest zgodna z mechanizmem działania obejmującym utratę integralności błony. Pomimo dowodów na uszkodzenie błony cytoplazmatycznej, molekularny mechanizm tego upośledzenia jest nadal nieznany i wymaga dalszych badań.4
Leczenie i skuteczność
Wysiłki mające na celu potwierdzenie właściwości terapeutycznych olejku z drzewa herbacianego (TTO) przyniosły wyniki badań in vitro i badań klinicznych wykazujących, że leczenie TTO odpowiednio eliminuje i zmniejsza zakażenie MRSA. Podczas gdy TTO wykazuje skuteczność in vitro i kliniczną, nie wykazano, aby TTO zapobiegał początkowej kolonizacji MRSA. Kilka badań opisanych poniżej i przedstawionych na rycinie 4 potwierdza twierdzenia tradycyjnych uzdrowicieli, że TTO jest skutecznym środkiem przeciwbakteryjnym.
Skuteczność in vitro
Skuteczność olejku z drzewa herbacianego (TTO) wobec MRSA wykazano w badaniach laboratoryjnych z wykorzystaniem wyhodowanych próbek S. aureus. Badanie in vitro przeprowadzone przez May i wsp. wykazało, że 99,9% izolatów MRSA zostało zabitych przez TTO w ciągu 4 godzin, a wszystkie zostały zwalczone po 6 godzinach ciągłej ekspozycji na 5% TTO.8 Wyniki te sugerują, że właściwości przeciwdrobnoustrojowe TTO sprawiają, że jest to dobry środek do zwalczania MRSA i ograniczania jego przenoszenia wśród ludzi.
Skuteczność kliniczna
Skuteczność TTO w eradykacji kultur MRSA w warunkach in vitro doprowadziła do badań klinicznych z udziałem ludzkich pacjentów przy użyciu produktów wzbogaconych o TTO. TTO może być dodawany do produktów komercyjnych, takich jak płyn do mycia ciała, krem do skóry i maść do nosa, ze względu na swoje właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Skuteczność kliniczna płynu do mycia ciała i kremów z TTO jako środka dekolonizującego MRSA została potwierdzona przez Caelli i wsp. oraz Dryden i wsp.9, 3 Obaj badacze stwierdzili, że leczenie TTO jest równie skuteczne jak standardowy schemat leczenia, co wskazuje, że leczenie TTO może wzmocnić schemat eradykacji MRSA.
Caelli i wsp. ustalili klinicznie, że leczenie TTO jest tak samo skuteczne jak standardowe leczenie MRSA.9 Caelli porównał skuteczność leczenia TTO ze skutecznością standardowego leczenia przeciwko MRSA, mierzoną stężeniem MRSA na skórze i w nosie ludzkich pacjentów po leczeniu.9 W porównaniu z leczeniem standardowym, leczenie miejscowe olejkiem z drzewa herbacianego zmniejszyło lub zlikwidowało zakażenie MRSA u większej liczby uczestników. Mimo tego optymistycznego wyniku, mała liczebność próby nie pozwoliła na uzyskanie istotności statystycznej. W związku z tym Caelli stwierdził, że leczenie TTO ma podobny wpływ na zwalczanie MRSA jak standardowe leczenie medyczne.5
W podobnym badaniu Dryden i wsp. stwierdzili, że TTO zwalcza zakażenia skóry związane z MRSA lepiej niż standardowe leczenie medyczne.3 Badanie kliniczne Drydena wykazało, że codzienne stosowanie 5% TTO do mycia ciała i 10% TTO w kremie było skuteczniejsze niż standardowe leczenie w usuwaniu zmian skórnych związanych z zakażeniem MRSA.3 Chociaż badania sugerują skuteczność TTO w walce z MRSA, należałoby przeprowadzić więcej badań klinicznych, aby kompleksowo ocenić wpływ TTO na pacjentów z MRSA. Na podstawie tych eksperymentów uznano, że TTO jest wystarczająco skuteczne, bezpieczne i dobrze tolerowane, aby uznać je za część schematu eradykacji MRSA.3
Toksyczność skórna
Pomimo scharakteryzowania właściwości przeciwdrobnoustrojowych TTO, badacze nie wykonali zbyt wielu prac dotyczących bezpieczeństwa i toksyczności stosowania TTO miejscowo. Uzasadnienie dla dalszego stosowania TTO miejscowo opiera się głównie na niepotwierdzonych dowodach jego bezpiecznego stosowania w niskich stężeniach.4 Nie odnotowano zgonów ludzi w wyniku narażenia na TTO.4 Chociaż istnieje niewiele istotnych badań naukowych dotyczących bezpieczeństwa TTO, TTO może powodować reakcje podrażnieniowe lub alergiczne po zastosowaniu na skórę.4 Bardziej konkretne dowody na toksyczność TTO byłyby konieczne w celu określenia jego optymalnego stężenia dla bezpiecznego stosowania.
Podatność na oporność na antybiotyki po ekspozycji na TTO
Dostępne formy TTO obejmują zakres od czystego oleju do produktów detalicznych przeznaczonych do osobistej opieki zdrowotnej, pielęgnacji domu i pielęgnacji zwierząt domowych.10 Komercyjne preparaty TTO, które mogą różnić się stężeniem składników, dają użytkownikom więcej możliwości stosowania TTO w nieskutecznych stężeniach. Coraz szersze stosowanie TTO oznacza również, że różnorodne drobnoustroje wchodzą w kontakt z subletalnymi stężeniami TTO.10 Istnieją obawy, że narażenie MRSA na subletalne stężenia TTO może prowadzić do zmniejszenia wrażliwości na antybiotyki (tj. do zwiększenia oporności na antybiotyki). 11
TTO-Induced Antibiotic Resistance is Unlikely
Czy ekspozycja na TTO zmniejsza wrażliwość na antybiotyki w MRSA pozostaje przedmiotem badań. Dowody na poparcie obu stron tej debaty przedstawili McMahon i wsp. oraz Thomsen i wsp.12,13 Obaj badacze zastosowali podobną konstrukcję eksperymentu: badali zmiany minimalnych stężeń hamujących (MIC) różnych antybiotyków przed i po inokulacji MRSA olejkiem z drzewa herbacianego przez 72 godziny. 12,13 Kluczowe badanie McMahona wykazało, że przyzwyczajenie izolatów MRSA do subletalnego stężenia TTO zwiększyło oporność MRSA na antybiotyki.12 Podczas próby powtórzenia wyników McMahona Thomsen stwierdził, że przyzwyczajenie izolatów MRSA do subletalnego stężenia TTO nie zwiększyło oporności MRSA na antybiotyki.13 Chociaż wyników McMahona nie udało się potwierdzić, ich kluczowe badanie stało się impulsem do przeprowadzenia wielu dalszych badań dotyczących możliwości wystąpienia oporności na antybiotyki wywołanej przez MRSA.
Dalsze badania donoszą, że jest mało prawdopodobne, aby TTO indukowało oporność na antybiotyki. Badanie przeprowadzone przez Hammera i wsp. potwierdziło tezę Thomsena, że narażenie na subletalne poziomy olejku z drzewa herbacianego nie było związane z rozwojem oporności na antybiotyki.14 Hammer twierdził również, że ponieważ monoterpeny są ukierunkowane na „strukturę, funkcję i integralność błon mikrobiologicznych, wydaje się mało prawdopodobne, że powstanie prawdziwa oporność” w wyniku stosowania TTO.14
Implications of TTO-Induced Antibiotic Resistance
Given the unexplore clinical significance regarding TTO-induced antibiotic resistance, the discussion of TTO-induced antibiotic resistance remains relevant.12 Jeśli okaże się, że TTO ma wpływ na wrażliwość na antybiotyki, stężenia TTO w produktach detalicznych mogą zostać zwiększone, tak aby było mniej narażenia na subletalne stężenia TTO.12 Można to osiągnąć poprzez ustawodawstwo lub regulację formuły TTO.
Wnioski
Odkrycie alternatywnej terapii w leczeniu MRSA jest bardzo ważne, ponieważ oporność na antybiotyki staje się coraz bardziej powszechna. Dryden zauważył rosnącą oporność MRSA na mupirocynę, podstawowy antybiotyk w standardowym leczeniu eradykacyjnym MRSA.3 Ponieważ TTO wykazuje niewielkie oznaki wywoływania wrażliwości na antybiotyki w MRSA podczas leczenia, jednym z alternatywnych sposobów leczenia jest stosowanie olejku z drzewa herbacianego jako środka przeciwdrobnoustrojowego.13
Stosowanie schematu TTO jest porównywalne do standardowego leczenia MRSA w eradykacji MRSA.9,3 Mechanizm działania bakteriobójczego TTO polega na uszkodzeniu błony cytoplazmatycznej, przez co błona staje się bardziej przepuszczalna dla substancji, takich jak woda.2 Upośledzona osmoregulacja może prowadzić do lizy komórek.2
Obecne badania koncentrują się na mechanizmie działania TTO, bezpieczeństwie i wpływie na wrażliwość na antybiotyki. Chociaż uważa się, że uszkodzenie błony cytoplazmatycznej jest głównym efektem bakteriobójczym, mechanizm ten jest nadal w dużej mierze niezbadany. Inne badania badają cytotoksyczne działanie komercyjnego olejku z drzewa herbacianego stosowanego miejscowo na ludzką skórę.15 Takie badania określiłyby bezpieczeństwo regularnego stosowania TTO i, miejmy nadzieję, optymalną moc TTO do formulacji farmaceutycznej.
1. Zakażenie MRSA. Strona internetowa National Health Service (NHS). Ostatnia zmiana 23/09/2011. Dostęp 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, and L. R. Williams. Gas chromatographic quality control for oil of Melaleuca terpinen-4-ol type (Australian tea tree). J. Agric. Food Chem. 37, 1330-1335 (1989)
6. Todar, K. „Struktura i funkcja komórek bakteryjnych” Online Textbook of Bacteriology. 2012 Opublikowano. 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 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 Zmieniono. 16/04/2013 Accessed.
11. Gilbert, P., McBain A. J. Potential impact of increased use of biocides in consumer products on prevalence of antibiotic resistance. 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. Letters Applied Microb. 48, 428-433 (2008)
[Zredagowane przez Karen Leung, studentkę Nory Sullivan w BIOL187S (Microbial Life) w The Keck Science Department of the Claremont Colleges Spring 2013.
.