Die Auswirkungen von 19 Extrakten aus der traditionellen chinesischen Medizin auf das Wachstum und den Biofilm von Vibrio alginolyticus, einem marinen Krankheitserreger

Vibrio ist eine weltweit verbreitete Bakterienart, und die von ihr verursachten Ausbrüche und Epidemien von Vibriose verursachen nicht nur enorme wirtschaftliche Verluste für die marine Aquakulturindustrie, sondern stellen auch eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Vibrio alginolyticus ist ein halophiles, gramnegatives, kurzes, stäbchenförmiges Bakterium, das zur Gattung Vibrio aus der Familie der Vibrionaceae gehört. Es ist das am häufigsten vorkommende marine Vibrio und ist weltweit in Meerwasser und Flussmündungen weit verbreitet. Es ist ein weit verbreiteter mariner Krankheitserreger, der ein massives Sterben von Meeresfischen, Garnelen und Schalentieren verursachen kann. In natürlichen Lebensräumen können Bakterien der Gattung Vibrio fast immer selbstschützende Biofilme bilden, die es den Bakterien nicht nur erleichtern, sich gegen äußere Umwelteinflüsse zu wehren, sondern ihnen auch eine ideale Plattform bieten, um leichter in andere Organismen einzudringen und sie zu infizieren.
Der bakterielle Biofilm ist eine strukturelle Bakteriengemeinschaft, die aus einer extrazellulären Matrix (einschließlich extrazellulärer Polysaccharide, Proteine und eDNA) besteht, die von Bakteriengemeinschaften abgesondert wird, um sich einzukapseln. Ihre Bildung ermöglicht es den Bakterien, dem Immunsystem des Wirts und der abtötenden Wirkung von Antibiotika zu widerstehen, was zu einer hohen Resistenz gegen Antibiotika führt und die Beseitigung von Infektionen erschwert. Die Vorbeugung und Behandlung von bakteriellen Biofilmen ist zu einem der wichtigsten Forschungsschwerpunkte geworden. Aufgrund der Eigenschaften von bakteriellen Biofilmen weisen diese jedoch eine hohe Arzneimittelresistenz auf. Um Bakterien grundsätzlich zu beseitigen, müssen Medikamente nicht nur eine bakterientötende Wirkung auf Bakterien haben, sondern auch in der Lage sein, den Biofilm zu durchdringen, ohne von ihm blockiert oder neutralisiert zu werden. Derzeit gibt es jedoch nur wenige Medikamente, die eine solche Wirkung erzielen können. Als Reaktion auf diese Herausforderung werden die traditionellen Behandlungsmethoden und der Einsatz von Antibiotika zunehmend eingeschränkt. Daher ist es von großer Bedeutung, neue und nachhaltige Methoden zur Kontrolle des Wachstums und der Infektion von Vibrio alginolyticus zu untersuchen und zu finden. Dabei hat das Potenzial der traditionellen chinesischen Medizin großes Interesse geweckt. China ist ein Land mit reichhaltigen Ressourcen an traditioneller chinesischer Medizin, die seit langem verwendet wird und über eindeutige Quellen und Wirkungen verfügt. Es verfügt über einzigartige Ressourcenvorteile beim Screening und bei der Erforschung von antibakteriellen Arzneimitteln. Im Vergleich zu synthetischen Antibiotika enthalten die aus der traditionellen chinesischen Medizin gewonnenen Wirkstoffe eine große Anzahl kleiner chemischer Moleküle mit einzigartigen und vielfältigen Strukturtypen, die ein großes therapeutisches Potenzial und minimale Nebenwirkungen haben. Daher bieten sie ein breites Feld für die Suche nach neuen Wirkmechanismen für Anti-Biofilm-Medikamente. In dieser Studie wurden 19 traditionelle chinesische Arzneimittel als Forschungsobjekte ausgewählt und mit verschiedenen Lösungsmitteln extrahiert, um die Auswirkungen ihrer Extrakte auf das Wachstum und die Biofilmbildung des marinen Vibrio alginolyticus zu untersuchen und so Anhaltspunkte für die Entwicklung von Arzneimitteln der traditionellen chinesischen Medizin gegen die Biofilmbildung zu erhalten.

Bakterien, die sich in einem Biofilm befinden, haben nicht nur eine deutlich verbesserte Resistenz gegen Antibiotika, sondern auch ihre pathogenen Fähigkeiten sind stärker geworden. Daher ist die herkömmliche antibiotische Behandlung von bakteriellen Biofilm-Infektionen stark eingeschränkt. Die Vorbeugung und Bekämpfung von bakteriellen Biofilmen ist derzeit zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Pflanzenextrakte und ihre Wirkstoffe in der Lage sind, bakteriellen Biofilminfektionen zu widerstehen, und dass sie die Vorteile niedriger Kosten, einfacher Verarbeitung, guter antibakterieller Eigenschaften und geringerer Anfälligkeit für bakterielle Resistenz haben. Daher wird die Erforschung geeigneter Pflanzenextrakte und ihrer Wirkstoffe eine wirksame Strategie zur Vorbeugung und Behandlung bakterieller Biofilm-Infektionen darstellen.
In dieser Studie wurden 19 traditionelle chinesische Arzneimittel ausgewählt und mit verschiedenen Lösungsmitteln extrahiert, um die Auswirkungen ihrer Extrakte auf das Wachstum und die Biofilmbildung des marinen Vibrio alginolyticus zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass verschiedene Lösungsmittelextrakte von 19 traditionellen chinesischen Arzneimitteln unterschiedliche antibakterielle Aktivitäten gegen Vibrio alginolyticus aufwiesen, von denen 12 Wasserextrakte traditioneller chinesischer Arzneimittel antibakterielle Aktivität aufwiesen, 17 Ethanolextrakte traditioneller chinesischer Arzneimittel antibakterielle Aktivität aufwiesen und 15 Ethylacetat-Extrakte traditioneller chinesischer Arzneimittel antibakterielle Aktivität aufwiesen. Unter den verschiedenen Lösungsmittelextrakten von 19 Arten traditioneller chinesischer Medizin förderten die meisten Extrakte die Bildung des Biofilms von Vibrio alginolyticus, während Gongding-Parfüm-Extrakt, Paris polyphylla und Anemarrhena asphodeloides Ethanolextrakt, Myrte und Forsythia suspensa Ethylacetat-Extrakt die Bildung des Biofilms von Vibrio alginolyticus signifikant hemmten.
Syringa ist eine getrocknete Blütenknospe der Gattung Syringa aus der Familie der Myrtengewächse, die weithin als Gewürz und Heilpflanze verwendet wird. Chen et al. untersuchten die antibakterielle Wirkung von 100 chinesischen Kräutermitteln auf Vibrio alginolyticus mit Hilfe einer Abkochung mit kochendem Wasser. Die Ergebnisse zeigten, dass männliche Gewürznelken, nachdem der pH-Wert der Medizin auf neutral eingestellt wurde, Vibrio alginolyticus wirksam hemmen und abtöten konnten, mit einem MIC-Wert von 125mg/mL. In dieser Studie wurden die Reflux-Extraktionsmethode und verschiedene Lösungsmittel für die Arzneimittelextraktion verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass alle drei Lösungsmittelextrakte von Eucommia ulmoides signifikante antibakterielle Wirkungen hatten. Die MHK des Wasserextrakts erreichte 50 mg/ml, und die Extraktionswirkung der Wirkstoffe der Droge wurde deutlich verbessert. Außerdem hatte der mit organischen Lösungsmitteln extrahierte Eucommia ulmoides eine stärkere antibakterielle Aktivität. Die MHK des Ethanolextrakts und des Ethylacetatextrakts erreichte 1,6 mg/ml bzw. 3,1 mg/ml. Es wird vermutet, dass dies eng mit den chemischen Eigenschaften der darin enthaltenen antibakteriellen Inhaltsstoffe zusammenhängt. Syringa ist reich an Eugenol, Acetyleugenol, Eugenol, Methylsalicylat, Methyl-N-Pentyl-Keton und Benzaldehyd, von denen Eugenol der wichtigste antibakterielle Bestandteil ist. Im Vergleich zum Wasserextrakt von Syringa hat der Extrakt aus organischen Lösungsmitteln daher eine höhere antibakterielle Aktivität. Darüber hinaus zeigte der Extrakt aus Gongding-Parfüm auch eine signifikante hemmende Wirkung auf die Biofilmbildung von Vibrio alginolyticus, und der Extrakt aus Gongding-Parfüm und Ethylacetat hatte auch bei einer niedrigen Arbeitskonzentration (0,8 mg/ml) noch eine signifikante hemmende Wirkung auf die Biofilmbildung von Vibrio alginolyticus. Daher hat Syringa sowohl als antibakterielles Mittel als auch als Anti-Biofilm-Präparat einen hohen Nutzungswert.
Chonglou ist ein allgemeiner Begriff für Pflanzen aus der Familie der Liliengewächse, die zur Gattung Chonglou gehören. Derzeit sind 241 Verbindungen isoliert und identifiziert worden, darunter Steroidsaponine, pentazyklische Triterpenoide, Sterole, Flavonoide, Polysaccharide, Alkaloide usw., die analgetische, hämostatische, antitumorale, antibakterielle und andere Wirkungen haben. Darunter befinden sich 136 steroidale Saponine, die die wichtigsten Wirkstoffe von Chonglou sind. In dieser Studie wurde festgestellt, dass sowohl der Ethanolextrakt als auch der Ethylacetatextrakt von Chonglou eine starke antibakterielle Aktivität mit einer MHK von 12,5 mg/ml aufweisen. Der Ethanolextrakt hat eine signifikante hemmende Wirkung auf die Bildung des Biofilms von Vibrio alginolyticus, während der Wasserextrakt weder eine antibakterielle noch eine Anti-Biofilm-Aktivität aufweist. Dies liegt daran, dass der Hauptwirkstoff von Chonglou, steroidale Saponine, in Wasser unlöslich und in organischen Lösungsmitteln wie Methanol, Ethanol, Chloroform und Ether leicht löslich ist. Daher hat der Ethanolextrakt eine bessere antibakterielle und Anti-Biofilm-Wirkung.
Die Wirkstoffe, die Wirksamkeit und die Toxizität der traditionellen chinesischen Medizin ändern sich nach der Verarbeitung. Zhimu ist das getrocknete Rhizom des Liliengewächses Zhimu, das hauptsächlich Wirkstoffe wie Steroidsaponine, Flavonoide, Polysaccharide, Lignane, organische Säuren und Benzophenone enthält. Unter ihnen sind die steroidalen Saponine die biologisch aktivsten Bestandteile von Zhimu. Bai et al. führten eine vergleichende Studie über die Veränderungen des Gehalts an Saponinen, Flavonoiden und Polysacchariden in Ganoderma lucidum vor und nach der Verarbeitung durch. Die Ergebnisse zeigten, dass nach der Salzröstung der Gehalt an verschiedenen monomeren Saponinen, Mangiferin und Polysacchariden in Ganoderma lucidum anstieg; nach dem Rösten mit Alkohol der Gehalt an Saponinen I, AIII, Mangiferin, Neomangiferin, Isomangiferin und Polysaccharidkomponenten in Anemarrhena chinensis anstieg; nach dem Rührbraten der Gehalt an Sarsapogenin, Saponinen I aus Anemarrhena chinensis, Mangiferin und Polysaccharidkomponenten anstieg. In dieser Studie wurden die Auswirkungen verschiedener Lösungsmittelextrakte von Ganoderma lucidum und seiner drei verarbeiteten Produkte - Ganoderma lucidum in Salz, Ganoderma lucidum in Wein und Ganoderma lucidum in gebratenem Zustand - auf das Wachstum und die Biofilmbildung von Vibrio alginolyticus verglichen und analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die antibakterielle Aktivität mit den verschiedenen Verarbeitungsmethoden variierte, aber die Auswirkungen auf die Biofilmbildung von Vibrio alginolyticus zeigten gewisse Ähnlichkeiten. Es wird vermutet, dass die Veränderungen in der Aktivität in engem Zusammenhang mit den Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung von Ganoderma lucidum nach der Verarbeitung stehen, aber es sind weitere Untersuchungen über die entsprechende Beziehung zwischen Aktivität und chemischer Zusammensetzung erforderlich.
Die Erforschung von Pflanzenextrakten und ihren Wirkstoffen hat breite Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der antibakteriellen Biofilme aufgezeigt. Die Entwicklung von antibakteriellen Biofilm-Präparaten hat eine wichtige Bedeutung für die Prävention und Behandlung von Wassertierkrankheiten, die durch pathogene Vibrio verursacht werden. In den folgenden Forschungsarbeiten werden wir die Wirkstoffe der Extrakte aus der traditionellen chinesischen Medizin identifizieren und ihre hemmenden Mechanismen auf die Bildung von pathogenen Vibrio-Biofilmen analysieren, um sichere und wirksame antibakterielle Biofilm-Präparate zu entwickeln.