Förekomsten av meticillinresistenta Staphyloccocus aureus (MRSA) som patogen på sjukhus och i andra samhällsmiljöer understryker vikten av att utrota infektionen.1 Eftersom MRSA inte är känslig för vanligt förekommande antibiotika söker man efter alternativa antimikrobiella medel för att utrota den. Ett område av intresse omfattar användning av tea tree-olja, som i studier har visat sig effektivt behandla infektioner med läkemedelsresistenta bakterier, inklusive MRSA.2
Introduktion
Staphyloccocus aureus, mer allmänt känd som stafylokockbakterier eller MRSA, är en grampositiv koccusformad anaerob bakterie som avbildas i figur 1.1 MRSA är en typ av stafylokockbakterier som är resistent mot beta-laktamantibiotika, såsom penicillin, amoxicillin, oxacillin och meticillin. MRSA håller också på att bli resistent mot mupirocin, det nuvarande standardantibiotikumet som används vid behandling av MRSA-infektioner.3. MRSA koloniserar ofta på huden eller i näsborrarna hos friska personer och är relativt ofarlig på dessa ställen.1 Om S. aureus kommer in i kroppen (t.ex. sår, skärsår) kan den orsaka infektioner. I sådana fall kan MRSA-infektionen vara allt från mild (t.ex. finnar) till livshotande (t.ex. infektion i blodomloppet, leder eller ben).1 MRSA sprids genom kontakt och smittas oftast i offentliga miljöer, dvs. på sjukhus.
Tee tree oil (TTO) är den eteriska olja som framställs genom ångdestillation från den australiensiska inhemska växten Melaleuca alternifolia. Tea tree oil har använts i århundraden som ett lokalt antiseptiskt medel. TTO anses ha antibakteriella, svampdödande, antivirala och antiinflammatoriska egenskaper när den används lokalt.4 TTO kan hittas som tillsatser i skönhets- och hälsoprodukter, inklusive schampo, tvål och nässpray. Även om historiska anekdoter stöder TTO:s medicinska egenskaper har få kliniska studier genomförts för att stödja dessa påståenden. Kliniska studier, hur få de än är, tyder på att teträdolja kan behandla den hudinfektion som orsakas av MRSA.4 Teträdoljans antimikrobiella egenskaper tillskrivs att den tillhör en klass av kemikalier som kallas terpener, närmare bestämt terpinen-4-ol.4 Teträdoljans bakteriedödande effekter gör att detta växtextrakt är ett trovärdigt tillägg eller komplement till en MRSA-behandlingsplan.
Teträdoljans sammansättning och kemi
Kommersiellt tillgänglig TTO är en sammansättning av nästan 100 kemiska föreningar som bestämts med gaskromatografi-masspektrometri.5 TTO består främst av en klass av kemikalier som kallas monoterpener. Typiskt sett är monoterpener flyktiga, aromatiska kolväten som är lipofila, vilket innebär att de kan lösas upp i fetter eller lipider.4
Terpinen-4-ol, som avbildas i figur 2, är den specifika monoterpenförening som tros vara huvudansvarig för TTO:s antimikrobiella aktivitet. Denna kolväteförening har en alkoholgrupp knuten till det fjärde kolet. Liksom alla monoterpener ger terpinen-4-ols huvudsakligen kolvätestruktur molekylen lipofila egenskaper.4 Forskare hävdar att den lipofila karaktären hos monoterpener bidrar till dess antimikrobiella aktivitet, även om de exakta detaljerna i den antimikrobiella mekanismen för närvarande inte är kända.4 Andra monoterpenföreningar i TTO inkluderar 1,8-cineol, terpinolen och α-terpineol, vars medicinska egenskaper också undersöks.4
TTO-komposition finns kommersiellt tillgänglig i olika kemotyper. Den vanligaste kemotypen är kemotypen terpinen-4-ol där terpinen-4-ol utgör mellan 30 och 40 % av kommersiellt tillgänglig TTO.4 En relativt hög sammansättning av terpinen-4-ol är vanligare i kommersiell produktion på grund av dess påvisade breda spektrum av biologiska aktiviteter. 4,5
Antimikrobiell aktivitet: Cytoplasmisk membranskada
Målet för TTO:s antimikrobiella aktivitet, och den främsta orsaken till dess laboratorie- och kliniska effektivitet, rapporteras vara MRSA:s cytoplasmiska membran. Bakteriernas cellmembran separerar fysiskt cellens inre miljö från den yttre miljön. Det är selektivt genomsläppligt för organiska molekyler och joner. Som sådan reglerar den rörelsen av vatten och andra ämnen in i och ut ur cellen.6 Om membranets permeabilitet äventyras skulle barriären mellan den inre och yttre miljön försvagas. Följaktligen kan främmande material lättare komma in i cellen medan cytoplasmatiskt material lättare kan lämna den (se figur 3).7,2
Baserat på terpinen-4-ol-molekylens och andra TTO-komponenters lipofilitet har forskare föreslagit att TTO kan sätta sig in i och skada de lipidrika biologiska membranen4 . Studier som undersöker membranintegriteten efter TTO-behandling tyder på att den eteriska oljan stör den vitala funktionen hos det biologiska membranet 7,2
En in vitro-studie (dvs. laboratoriestudie) av Cox et al. visade att TTO-behandling störde MRSA-membranens genomsläpplighet, vilket gjorde det möjligt för propidiumjodid, en främmande substans, att tränga in i cellen och för kaliumjoner, som är en del av cytoplasmamaterialet, att lämna cellen7 . En annan in vitro-studie visade att TTO-behandlad MRSA hade ökad känslighet för natriumklorid (NaCl), ett cellgift.2 Utifrån dessa bevis trodde forskarna att TTO förändrade cellmembranet.
Förlusten av intracellulärt material och oförmågan att upprätthålla osmotisk reglering överensstämmer med en verkningsmekanism som inbegriper förlust av membranintegritet. Trots bevis för skador på cytoplasmiska membran är den molekylära mekanismen för denna försämring fortfarande okänd och motiverar ytterligare forskning.4
Behandling och effektivitet
Ansträngningar för att validera teeträdoljans (TTO) terapeutiska egenskaper har resulterat i in vitro-studier och kliniska studier som visar att behandling med TTO eradikerar respektive minskar MRSA-infektioner. Medan TTO uppvisar in vitro och klinisk effektivitet har det inte visats att TTO förhindrar initial MRSA-kolonisering. Flera studier som beskrivs nedan och illustreras av figur 4 stöder de traditionella läkarnas påståenden om att TTO är ett effektivt antimikrobiellt medel.
In vitro-effektivitet
Teeträdoljans (TTO) effektivitet mot MRSA har påvisats i laboratoriestudier med hjälp av odlade S. aureus-prover. En in vitro-studie av May et al. visade att 99,9 % av MRSA-isolat dödades av TTO inom 4 timmar och att alla var utrotade efter 6 timmars kontinuerlig exponering för 5 % TTO.8 Dessa resultat tyder på att TTO:s antimikrobiella egenskaper gör detta till ett bra medel för att kontrollera MRSA och minska överföringen av MRSA bland människor.
Klinisk effektivitet
TTO:s effektivitet när det gäller att utrota MRSA-kulturer in vitro ledde till kliniska tester med mänskliga patienter med hjälp av produkter som är berikade med TTO. TTO kan tillsättas i kommersiella produkter, t.ex. kroppstvättar, hudkräm och nässalva på grund av dess antimikrobiella egenskaper. Den kliniska effekten av kroppstvättar och krämer med TTO som avkoloniseringsmedel för MRSA har stödts av Caelli et al. och Dryden et al. 9, 3. Båda forskarna fann att behandling med TTO är lika effektiv som standardbehandlingsregimen, vilket tyder på att behandling med TTO kan förstärka en regim för utrotning av MRSA.
Caelli et al. fastställde kliniskt att TTO-behandlingen var lika effektiv som den medicinska standardbehandlingen mot MRSA.9 Caelli jämförde effektiviteten av TTO-behandling med standardbehandlingar mot MRSA, vilket mättes genom MRSA-koncentrationer efter behandlingen på huden och i näsan hos mänskliga patienter.9 Jämfört med standardbehandlingen reducerade eller utplånade den topiska behandlingen med teträdolja MRSA-infektion hos fler personer. Trots detta optimistiska resultat hindrade den lilla urvalsstorleken detta resultat från att vara statistiskt signifikant. Följaktligen drog Caelli slutsatsen att TTO-behandling hade en liknande effekt som medicinsk standardbehandling när det gäller att utrota MRSA 5
I en liknande studie fann Dryden et al. att TTO rensade bort MRSA-relaterade hudinfektioner bättre än den medicinska standardbehandlingen3. Drydens kliniska studie visade att daglig applicering av 5 % TTO-kroppstvätt och 10 % TTO-kräm var effektivare än standardbehandlingen när det gällde att rensa bort hudförändringar i samband med MRSA-infektioner.3 Även om forskningen tyder på TTO:s effektivitet mot MRSA måste fler kliniska studier utföras för att man ska kunna göra en heltäckande bedömning av TTO:s effekter på MRSA-patienter. Från dessa experiment ansågs TTO vara tillräckligt effektivt, säkert och väl tolererat för att betraktas som en del av en MRSA-utrotningsregim.3
Dermal toxicitet
Trots karakteriseringen av TTO:s antimikrobiella egenskaper har forskarna inte gjort mycket arbete på säkerheten och toxiciteten vid topisk användning av TTO. Motiveringen för fortsatt topisk användning av TTO bygger i första hand på anekdotiska bevis för dess säkra användning vid låga koncentrationer.4 Inga dödsfall hos människor på grund av TTO-exponering har rapporterats.4 Även om det finns få omfattande vetenskapliga studier om TTO:s säkerhet kan TTO orsaka irriterande eller allergiska reaktioner när det appliceras på huden.4 Mer konkreta bevis för TTO:s toxicitet skulle behövas för att fastställa dess optimala koncentration för säker användning.
Möjlighet till antibiotikaresistens efter TTO-exponering
De tillgängliga formerna av TTO sträcker sig från ren olja till detaljhandelsprodukter för personlig hälsovård, hemvård och husdjursvård.10 Kommersiella TTO-preparat, som kan variera i sina komponenters koncentrationer, ger användarna större möjlighet att applicera TTO i ineffektiva koncentrationer. Den ökande användningen av TTO innebär också att en mångfald av mikrober kommer i kontakt med subletala TTO-koncentrationer.10 Det finns en oro för att exponering av MRSA för subletala koncentrationer av TTO kan leda till minskad antibiotikakänslighet (dvs. ökad antibiotikaresistens). 11
TTO-inducerad antibiotikaresistens är osannolik
Om TTO-exponering minskar antibiotikakänsligheten hos MRSA förblir ett föremål för undersökning. Bevis har presenterats för båda sidor av denna debatt av McMahon et al och Thomsen et al.12,13 Båda forskarna använde sig av liknande experimentell utformning: de undersökte förändringarna i minimala hämmande koncentrationer (MIC) av olika antibiotika före och efter det att MRSA inokulerades med teträdolja i 72 timmar. 12,13 McMahons nyckelstudie rapporterade att habituering av MRSA-isolat till en subdödlig koncentration av TTO ökade MRSA:s resistens mot antibiotika.12 Under ett försök att replikera McMahons resultat fann Thomsen istället att habituering av MRSA-isolat till en subdödlig koncentration av TTO inte ökade MRSA:s antibiotikaresistens.13 Även om McMahons resultat inte kunde bekräftas, föranledde deras nyckelstudie ett antal ytterligare studier om möjligheten av MRSA-inducerad antibiotikaresistens.
Fortsatta undersökningar rapporterar att det är osannolikt att TTO inducerar antibiotikaresistens. En studie av Hammer et al. bekräftade Thomsens idé om att exponering för subdödliga nivåer av tea tree-olja inte var kopplad till utveckling av antibiotikaresistens.14 Hammer hävdade också att eftersom monoterpener riktar in sig på ”struktur, funktion och integritet hos mikrobiella membran, verkar det osannolikt att verklig resistens kommer att uppstå” vid användning av TTO.14
Implikationer av TTO-inducerad antibiotikaresistens
Med tanke på den outforskade kliniska betydelsen av TTO-inducerad antibiotikaresistens är diskussionen om TTO-inducerad antibiotikaresistens fortfarande relevant.12 Om det visar sig att det påverkar antibiotikakänsligheten kan TTO-koncentrationerna i detaljhandelsprodukter ökas så att det blir mindre exponering för subletala TTO-koncentrationer.12 Detta kan uppnås genom lagstiftning eller reglering av TTO-formuleringen.
Slutsats
Det är mycket viktigt att upptäcka alternativa behandlingsmetoder för behandling av MRSA, eftersom antibiotikaresistens blir alltmer utbredd. MRSA:s ökande resistens mot mupirocin, det primära antibiotikumet i standardbehandlingar för utrotning av MRSA, har noterats av Dryden.3 Eftersom TTO visar små tecken på att framkalla antibiotikakänslighet hos MRSA vid behandling, är en alternativ behandling användningen av tea tree-olja som antimikrobiellt medel.13
Användningen av en TTO-behandling är jämförbar med standardbehandling av MRSA när det gäller att utplåna MRSA.9,3 Den rapporterade mekanismen för TTO:s bakteriedödande effekter är skador på cytoplasmimembranet, vilket gör membranet mer genomsläppligt för ämnen, t.ex. vatten.2 Försämrad osmoreglering kan leda till celllys.2
Den aktuella forskningen fokuserar på TTO:s verkningsmekanism, säkerhet och effekt på antibiotikakänslighet. Även om cytoplasmiska membranskador tros vara den viktigaste bakteriedödande effekten är mekanismen fortfarande till stor del outforskad. I annan forskning undersöks kommersiella tea tree-oljans cytotoxiska effekter om den appliceras lokalt på mänsklig hud.15 Sådana undersökningar skulle kunna fastställa säkerheten vid regelbunden applicering av TTO och förhoppningsvis den optimala styrkan av TTO för farmaceutisk formulering.
1. MRSA-infektion. National Health Service (NHS) webbplats. Senast reviderad den 23 september 2011. Tillgänglig 2013-03-21.
2. Carson, C. F., Mee, B. J., Riley, T. V. Verkningsmekanism för Melaleuca alternifolia (tea tree)-olja på Staphylococcus aureus bestämd med hjälp av tidsdöds-, lysis-, läckage- och salttoleransanalyser samt 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 och L. R. Williams. Gaskromatografisk kvalitetskontroll av olja av typen Melaleuca terpinen-4-ol (Australian tea tree). J. Agric. Food Chem. 37, 1330-1335 (1989)
6. Todar, K. ”Structure and function of bacterial cells” Online Textbook of Bacteriology. 2012 Publicerad. 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 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 Reviderad. 16/04/2013 Tillgänglig.
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. Habituering till subdödliga koncentrationer av tea tree-olja (Melaleuca alternifolia) är förknippad med minskad känslighet för antibiotika hos humana patogener. J. Antimicrob. Chemother. 59, 125-127. (2007)
13. Thomsen, N. A., Hammer, K. A., Riley, T. V. Belkum, A. V., Carson, C. F. Effekten av vana vid olja från teträd (Melaleuca alternifolia) på den efterföljande känsligheten hos Staphylococcus spp. för antimikrobiella medel, triclosan, olja från teträd, terpinen-4-ol och karvacrol. Int. J. Antimicrob. Agents. 41, 343-351. (2013)
14. Hammer, K. A., Carson, C. F., Riley, T. V. Effekter av eterisk olja från Malaleuca alternifolia (Tea Tree) och den viktigaste monoterpenkomponenten terpinen-4-ol på utvecklingen av en- och flerstegs antibiotikaresistens och antimikrobiell känslighet. 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)
[Redigerad av Karen Leung, en student till Nora Sullivan i BIOL187S (Microbial Life) i The Keck Science Department of the Claremont Colleges våren 2013.