Virkningerne af 19 ekstrakter fra traditionel kinesisk medicin på vækst og biofilm af havpatogen Vibrio alginolyticus

Vibrio er en bakterietype, der er udbredt i hele verden, og de udbrud og epidemier af vibriose, som den forårsager, giver ikke kun store økonomiske tab for den marine akvakulturindustri, men udgør også en alvorlig trussel mod menneskers sundhed. Vibrio alginolyticus er en halofil Gram-negativ kort stavformet bakterie, der tilhører Vibrio-slægten i Vibrionaceae-familien. Det er den mest udbredte marine Vibrio og er vidt udbredt i havvand og flodmundinger verden over. Det er et almindeligt havpatogen, der kan forårsage massiv dødelighed hos havfisk, rejer og skaldyr. I naturlige habitater kan bakterier af Vibrio-slægten næsten altid danne selvbeskyttende biofilm, som ikke kun gør det lettere for bakterierne at modstå ydre miljøpres, men også giver dem en ideel platform til lettere at invadere og inficere andre organismer.
Bakteriel biofilm er et strukturelt bakteriesamfund, der består af ekstracellulær matrix (herunder ekstracellulære polysaccharider, proteiner og eDNA), der udskilles af bakteriesamfund for at indkapsle sig selv. Dens dannelse gør det muligt for bakterier at modstå værtsimmunsystemet og den dræbende effekt af antibiotika, hvilket resulterer i høj resistens over for antibiotika og gør infektioner vanskelige at fjerne. På nuværende tidspunkt er forebyggelse og behandling af bakterielle biofilm blevet et af forskningens hotspots. Men på grund af de særlige egenskaber ved bakterielle biofilm har de en høj grad af resistens over for lægemidler. For grundlæggende at eliminere bakterier skal lægemidler ikke kun have bakteriedræbende effekter på bakterier, men også være i stand til at passere gennem biofilmen uden at blive blokeret eller neutraliseret af den. Men der er i øjeblikket kun få lægemidler, der kan opnå en sådan effekt. Som svar på denne udfordring begrænses de traditionelle behandlingsmetoder og brugen af antibiotika i stigende grad. Derfor er det af stor betydning at undersøge og finde nye og bæredygtige metoder til at kontrollere væksten og infektionen af Vibrio alginolyticus. Blandt dem har potentialet i traditionel kinesisk medicin vakt stor interesse. Kina er et land med rigelige ressourcer af traditionel kinesisk medicin, som har en lang historie med brug, klare kilder og virkninger. Det har unikke ressourcefordele inden for screening og forskning i antibakterielle lægemidler. Sammenlignet med syntetiske antibiotika indeholder de aktive ingredienser, der udvindes af traditionel kinesisk medicin, et stort antal små molekylære kemiske komponenter med unikke og forskelligartede strukturelle typer, som har et stort terapeutisk potentiale og minimale bivirkninger. Derfor giver det en bred mulighed for at finde nye virkningsmekanismer for lægemidler mod biofilm. Denne undersøgelse udvalgte 19 traditionelle kinesiske lægemidler som forskningsobjekter og ekstraherede dem med forskellige opløsningsmidler for at undersøge virkningerne af deres ekstrakter på vækst og biofilmdannelse af marine Vibrio alginolyticus, hvilket giver vejledning til udvikling af traditionelle kinesiske lægemidler mod biofilmdannelse.

Bakterier i biofilm har ikke kun en markant forbedret resistens over for antibiotika, men deres sygdomsfremkaldende evne er også blevet stærkere. Derfor er traditionel antibiotikabehandling af bakterielle biofilminfektioner stærkt begrænset. På nuværende tidspunkt er forebyggelse og kontrol af bakteriel biofilm blevet et hotspot for forskningen. Talrige undersøgelser har vist, at planteekstrakter og deres aktive ingredienser har evnen til at modstå bakterielle biofilminfektioner og har fordelene ved lave omkostninger, nem behandling, gode antibakterielle egenskaber og mindre modtagelighed for bakteriel resistens. Derfor vil udforskning af egnede planteekstrakter og deres aktive ingredienser blive en effektiv strategi til forebyggelse og behandling af bakterielle biofilminfektioner.
Denne undersøgelse udvalgte 19 traditionelle kinesiske lægemidler og ekstraherede dem ved hjælp af forskellige opløsningsmidler for at undersøge virkningerne af deres ekstrakter på vækst og biofilmdannelse af marine Vibrio alginolyticus. Resultaterne viste, at forskellige opløsningsmiddelekstrakter af 19 traditionelle kinesiske lægemidler udviste forskellige antibakterielle aktiviteter mod Vibrio alginolyticus, hvoraf 12 vandekstrakter af traditionelle kinesiske lægemidler havde antibakteriel aktivitet, 17 ethanolekstrakter af traditionelle kinesiske lægemidler havde antibakteriel aktivitet, og 15 ethylacetatekstrakter af traditionelle kinesiske lægemidler havde antibakteriel aktivitet. Blandt de forskellige opløsningsmiddelekstrakter af 19 slags traditionel kinesisk medicin fremmede de fleste ekstrakter dannelsen af biofilm af Vibrio alginolyticus, mens Gongding-parfumeekstrakt, Paris polyphylla og Anemarrhena asphodeloides ethanolekstrakt, Myrtle og Forsythia suspensa ethylacetatekstrakt signifikant hæmmede dannelsen af biofilm af Vibrio alginolyticus.
Syringa er en tørret blomsterknop af slægten Syringa i familien Myrtle, der i vid udstrækning anvendes som krydderi og lægeurt. Chen et al. brugte afkog af kogende vand til at undersøge den antibakterielle effekt af 100 kinesiske plantelægemidler på Vibrio alginolyticus. Resultaterne viste, at efter justering af medicinens pH-værdi til neutral, kunne mandlige nelliker effektivt hæmme og dræbe Vibrio alginolyticus med en MIC-værdi på 125 mg/ml. Denne undersøgelse anvendte refluxekstraktionsmetode og forskellige opløsningsmidler til lægemiddelekstraktion. Resultaterne viste, at alle tre opløsningsmiddelekstrakter af Eucommia ulmoides havde betydelige antibakterielle virkninger. MIC for vandekstraktet nåede 50 mg/ml, og ekstraktionseffekten af de aktive ingredienser i lægemidlet blev væsentligt forbedret. Desuden havde det organiske opløsningsmiddelekstrakt af Eucommia ulmoides en stærkere antibakteriel aktivitet. MIC for ethanolekstraktet og ethylacetatekstraktet nåede op på henholdsvis 1,6 mg/ml og 3,1 mg/ml. Det formodes, at dette er tæt forbundet med de kemiske egenskaber af de antibakterielle ingredienser, det indeholder. Syringa er rig på eugenol, acetyl-eugenol, eugenol, methylsalicylat, methyl-n-pentyl-keton og benzaldehyd, hvoraf eugenol er den vigtigste antibakterielle komponent. Sammenlignet med vandekstraktet af Syringa har det organiske opløsningsmiddelekstrakt derfor højere antibakteriel aktivitet. Derudover viste ekstraktet af Gongding-parfume også en signifikant hæmmende effekt på biofilmdannelsen af Vibrio alginolyticus, og ekstraktet af Gongding-parfume og ethylacetat havde stadig en signifikant hæmmende effekt på biofilmdannelsen af Vibrio alginolyticus ved en lav arbejdskoncentration (0,8 mg/mL). Derfor har Syringa en høj brugsværdi både som antibakterielle midler og antibiofilmpræparater.
Chonglou er en generel betegnelse for planter i Liliaceae-familien, der tilhører slægten Chonglou. I øjeblikket er 241 forbindelser blevet isoleret og identificeret, såsom steroide saponiner, pentacykliske triterpenoider, steroler, flavonoider, polysaccharider, alkaloider osv., som har smertestillende, hæmostatiske, antitumorale, antibakterielle og andre aktiviteter. Blandt dem er der 136 steroide saponiner, som er de vigtigste aktive ingredienser i Chonglou. Denne undersøgelse viste, at både ethanolekstrakt og ethylacetatekstrakt af Chonglou har stærk antibakteriel aktivitet med en MIC på 12,5 mg/ml. Ethanol-ekstrakt har en signifikant hæmmende effekt på dannelsen af biofilm af Vibrio alginolyticus, mens vand-ekstrakt hverken har antibakteriel eller anti-biofilm-aktivitet. Det skyldes, at den vigtigste aktive ingrediens i Chonglou, steroide saponiner, er uopløselig i vand og let opløselig i organiske opløsningsmidler som methanol, ethanol, chloroform og ether. Derfor har ethanol-ekstrakt bedre antibakterielle og anti-biofilm-effekter.
De aktive ingredienser, effekten og toksiciteten af traditionel kinesisk medicin vil ændre sig efter forarbejdning. Zhimu er det tørrede rhizom af liljeplanten Zhimu, som hovedsageligt indeholder aktive ingredienser som steroide saponiner, flavonoider, polysaccharider, lignaner, organiske syrer og benzophenoner. Blandt dem er steroide saponiner de mest biologisk aktive ingredienser i Zhimu. Bai et al. gennemførte en sammenlignende undersøgelse af ændringerne i indholdet af saponiner, flavonoider og polysaccharider i Ganoderma lucidum før og efter forarbejdning. Resultaterne viste, at efter saltristning steg indholdet af forskellige monomere saponiner, mangiferin og polysaccharider i Ganoderma lucidum; Efter ristning med alkohol steg indholdet af saponiner I, AIII, mangiferin, neomangiferin, isomangiferin og polysaccharidkomponenter i Anemarrhena chinensis; Efter omrøring steg indholdet af sarsapogenin, saponiner I fra Anemarrhena chinensis, mangiferin og polysaccharidkomponenter alle. Denne undersøgelse sammenlignede og analyserede virkningerne af forskellige opløsningsmiddelekstrakter af Ganoderma lucidum og dets tre forarbejdede produkter, salt Ganoderma lucidum, vin Ganoderma lucidum og stegt Ganoderma lucidum, på væksten og biofilmdannelsen af Vibrio alginolyticus. Resultaterne viste, at den antibakterielle aktivitet varierede med forskellige forarbejdningsmetoder, men virkningerne på dannelsen af biofilm af Vibrio alginolyticus viste visse ligheder. Det spekuleres i, at ændringerne i aktiviteten er tæt forbundet med ændringerne i den kemiske sammensætning af Ganoderma lucidum efter forarbejdning, men der er behov for yderligere forskning i det tilsvarende forhold mellem aktivitet og kemisk sammensætning.
Forskningen i planteekstrakter og deres aktive ingredienser har vist brede anvendelsesmuligheder inden for antibakteriel biofilm. Udviklingen af antibakterielle biofilmpræparater har vigtig referencebetydning for forebyggelse og behandling af sygdomme hos vanddyr forårsaget af patogene Vibrio. I den følgende forskning vil vi identificere de aktive ingredienser i ekstrakter fra traditionel kinesisk medicin og analysere deres hæmmende mekanismer på dannelsen af patogene Vibrio-biofilm med henblik på at udvikle sikre og effektive antibakterielle biofilmpræparater.