Estudio del efecto de extractos de medicina tradicional china sobre la biopelícula de Staphylococcus aureus
El biofilm bacteriano (BF) se refiere a una estructura funcional especial formada por bacterias para adaptarse al entorno natural y adherirse gradualmente a la superficie de organismos vivos o no vivos durante el proceso de crecimiento. Se trata de una comunidad bacteriana compuesta por células bacterianas y el agua que contiene sustratos poliméricos secretados por las propias bacterias. La formación de BF equivale a una barrera eficaz contra la invasión externa, que puede permitir a las bacterias resistir el sistema inmunitario del huésped y el efecto letal de los antibióticos, desarrollando así resistencia a los antibióticos (10-1000 veces mayor que en estado planctónico), dificultando la eliminación de las infecciones y convirtiéndose en una importante fuente potencial de infecciones difíciles de tratar en la actualidad. Por lo tanto, el uso exclusivo de antibióticos tradicionales para tratar las infecciones bacterianas por biopelículas reducirá enormemente su eficacia.
El Staphylococcus aureus es un patógeno común transmitido por los alimentos que está ampliamente presente en entornos naturales. Una característica importante del Staphylococcus aureus es la capacidad de formar biopelículas en el lugar de la infección, lo que dificulta el tratamiento de las infecciones causadas por estas cepas. Para tratar el Staphylococcus aureus en estado de biopelícula, deben utilizarse concentraciones más elevadas de antibióticos, pero un uso excesivo de antibióticos puede conducir al desarrollo de farmacorresistencia y provocar la aparición de infecciones bacterianas sinérgicas. En los últimos años, se han descrito algunas estrategias nuevas para hacer frente a las infecciones por biopelículas, como los quenchers del sistema de detección de densidad y los quenchers del sistema de detección de densidad combinados con antibióticos, pero no se ha aprobado el uso de estos métodos. Por lo tanto, la búsqueda de agentes antibacterianos naturales que puedan inhibir la formación de biopelículas se ha convertido en una opción importante.
La Organización Mundial de la Salud predice que 25% de los medicamentos modernos de todo el mundo están directa o indirectamente relacionados con las plantas medicinales, de los cuales 94 de los 162 fármacos antimicrobianos aprobados entre 1981 y 2019 proceden de productos naturales. Las plantas medicinales son una de las principales fuentes de moléculas bioactivas, pero el cribado de agentes antimicrobianos contra biopelículas a partir de plantas medicinales se encuentra todavía en sus primeras etapas. En la actualidad, se ha informado internacionalmente de que extractos de plantas medicinales como Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis y Curcuma longa muestran actividad en la inhibición de la biopelícula de Staphylococcus aureus. La medicina tradicional china se caracteriza por sus múltiples componentes, objetivos y efectos, y no es propensa a desarrollar resistencia a los fármacos, por lo que tiene buenas perspectivas de aplicación en la terapia antibacteriana. En la actualidad, también hay algunos informes sobre la inhibición de la biopelícula de Staphylococcus aureus por la medicina herbal china: Wang et al. descubrieron que el extracto de la cubierta externa de la semilla de Ginkgo biloba inhibía la formación de la biopelícula de Staphylococcus aureus de una manera dependiente de la concentración; Li et al. descubrieron que la medicina tradicional china Hezi puede inhibir significativamente la formación de biopelículas en Staphylococcus aureus, y también tiene buenos efectos antibacterianos; Liao et al. descubrieron que el extracto acuoso de Houttuynia cordata puede inhibir eficazmente la formación de biopelículas en Staphylococcus aureus. Por lo tanto, las plantas medicinales son una fuente importante para explorar inhibidores de biopelículas de patógenos. Sin embargo, la mayor parte de la investigación sobre estas plantas medicinales se basa en el análisis de su función biofilm bajo la premisa de su actividad antibacteriana. Esto puede interferir con el juicio de los resultados de las pruebas debido al efecto antibacteriano de los extractos, o puede pasar por alto el cribado de extractos de plantas que no tienen actividad antibacteriana pero tienen actividad inhibidora de la biopelícula. Por lo tanto, este estudio seleccionó 16 hierbas medicinales chinas características locales como el ruibarbo como objetos de investigación, analizó los efectos de diferentes extractos solventes sobre el crecimiento de Staphylococcus aureus, y en base a esto, seleccionó extractos de concentración sub inhibitoria para analizar sus efectos sobre la formación de biopelículas, con el objetivo de proporcionar orientación para la investigación y el desarrollo de fármacos de la medicina tradicional china contra la formación de biopelículas.

Los antibióticos son actualmente la principal estrategia para tratar los casos relacionados con la infección por Staphylococcus aureus. Sin embargo, la formación de biopelícula de Staphylococcus aureus aumenta su resistencia a los antibióticos, reduciendo así su eficacia. Por lo tanto, inhibir o eliminar la formación de biopelículas antes de utilizar antibióticos mejorará en gran medida la eficacia de éstos. También es una forma eficaz de resolver la resistencia bacteriana y las infecciones crónicas causadas por la formación de biopelículas en la práctica clínica. En este experimento se seleccionaron 16 hierbas medicinales tradicionales chinas para estudiar su actividad antibacteriana. Los resultados mostraron que la mayoría de los extractos tenían actividad antibacteriana contra Staphylococcus aureus, mientras que Longgu Feng no tenía actividad antibacteriana contra Staphylococcus aureus, lo que coincide con los resultados experimentales de otros investigadores. Longgu Feng es el tallo de la planta Cyatheaceae Cyathea, que contiene principalmente componentes químicos como terpenos, flavonoides, ácidos fenólicos y esteroides; En la actualidad, se ha encontrado que tiene diversas actividades farmacológicas como disipar el viento y la humedad, promover la circulación sanguínea y dispersar la estasis sanguínea, despejar el calor y desintoxicar, así como efectos antitumorales. Aunque el efecto antibacteriano del Longgu Feng sobre el Staphylococcus aureus no es significativo, aún hay potencial para explorar otras funciones bioactivas. Muchos extractos derivados de plantas tienen actividad antibacteriana contra el Staphylococcus aureus, pero la composición de los extractos es compleja y la diana de acción no está clara. Por lo tanto, aún queda un largo camino para sustituir completamente los antibióticos por la medicina tradicional china.

Existen múltiples mecanismos de farmacorresistencia en Staphylococcus aureus, entre los cuales el problema de la farmacorresistencia causada por la formación de biopelículas ha recibido cada vez más atención. En la actualidad, se han llevado a cabo investigaciones para controlar el fenómeno de la resistencia de las bacterias patógenas causada por la formación de biopelículas eliminando o inhibiendo la formación de biopelículas mediante métodos químicos o biológicos. En particular, el desarrollo de fármacos de la medicina tradicional china contra el biofilm de Staphylococcus aureus se ha utilizado para reducir eficazmente su resistencia, especialmente diferentes tipos de flavonoides tienen la actividad de inhibir el crecimiento y la formación de biofilm de Staphylococcus aureus. En este experimento se descubrió que los extractos acuosos y alcohólicos de ruibarbo, Polygonum cuspidatum, Qianghuo, Ligustrum lucidum, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis y menta piperita tienen efectos inhibidores significativos sobre la biopelícula de Staphylococcus aureus. La revisión bibliográfica de los componentes compuestos de las hierbas mencionadas reveló que el ruibarbo, Polygonum cuspidatum, Ligustrum lucidum, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis y la menta piperita contienen flavonoides. Sin embargo, si los flavonoides que contienen están relacionados con su inhibición de la formación de la biopelícula de Staphylococcus aureus todavía necesita una mayor verificación en experimentos posteriores. Además, las investigaciones han informado de que el ruibarbo y el Polygonum cuspidatum contienen una gran cantidad de emodina, sustancia antraquinona, y Xiang et al. también han confirmado que el aloe vera contiene emodina, sustancia antraquinona, y tiene la actividad de inhibir la formación de biopelícula de Staphylococcus aureus. Por lo tanto, se especula que la inhibición de la biopelícula de Staphylococcus aureus por los extractos de ruibarbo y Polygonum cuspidatum en este experimento puede estar relacionada con su presencia de la sustancia antraquinona emodina.

En la actualidad, los principios activos vegetales tienen un gran potencial para intervenir en las biopelículas bacterianas, ya que los antibióticos tradicionales son difíciles de penetrar en las biopelículas bacterianas y son propensos a los residuos y a los problemas de resistencia. Por lo tanto, es difícil controlar las infecciones bacterianas por biopelículas utilizando únicamente principios activos vegetales. Sin embargo, el uso de ingredientes activos vegetales de baja toxicidad y baja residualidad junto con antibióticos puede reducir eficazmente la cantidad de fármacos utilizados, reducir sus efectos secundarios tóxicos y proporcionar a los fármacos la capacidad de penetrar en las biopelículas bacterianas. Dey et al. descubrieron que la combinación de naringina con tetraciclina y ciprofloxacina puede mejorar la capacidad de estos dos antibióticos para inhibir la formación de biopelículas en Pseudomonas aeruginosa. Yan et al. descubrieron que la combinación de timol y bencilpenicilina puede potenciar significativamente los efectos inhibidores y de limpieza de la biopelícula de Staphylococcus aureus. Además, los extractos de la medicina tradicional china también pueden convertirse en nanofórmulas, ya que los antibióticos tradicionales son difíciles de penetrar en las biopelículas maduras altamente estructuradas. Sin embargo, los principios activos de las plantas pueden convertirse en nanoinhibidores, que son beneficiosos para que los fármacos penetren en las biopelículas bacterianas y ejerzan sus efectos terapéuticos. Por ejemplo, la nanoberberina puede inhibir la formación de biopelículas de Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, limpiar sus biopelículas maduras y reducir la expresión de genes de factores de virulencia relacionados con sus biopelículas. Así pues, la combinación de principios activos vegetales con otros fármacos para el tratamiento de las infecciones por biopelículas puede dar buenos resultados y tener importantes perspectivas de aplicación.

Además, el método de extracción de la medicina tradicional china también puede afectar a los resultados de los experimentos de actividad farmacológica. Chu et al. utilizaron cinco métodos de extracción diferentes para extraer las sustancias activas de la medicina tradicional china Luo Xianzi, y descubrieron que el producto obtenido mediante extracción con agua tenía la actividad antibacteriana más potente. Zhang et al. utilizaron la extracción con agua, alcohol y CO2 supercrítico para extraer los principios activos de Schisandra chinensis. Descubrieron que la actividad antibacteriana del principio activo obtenido por extracción con alcohol era significativamente superior a la de los otros dos extractos con disolventes. Iqbal et al. descubrieron que los extractos de metanol, n-hexano, acetato de etilo, n-butanol y agua de Araceae tienen diferentes efectos antibacterianos sobre los patógenos probados. El análisis de la composición de compuestos reveló diferencias significativas en los tipos y la abundancia de componentes en estos extractos de disolventes diferentes. Zhang et al. utilizaron 7 disolventes diferentes para extraer la raíz de Angélica y encontraron diferencias significativas en la actividad biológica y la composición de compuestos de los extractos de diferentes disolventes. Estos resultados sugieren que los tipos y abundancias de componentes en extractos de plantas extraídos con diferentes disolventes pueden variar. En este experimento, se utilizaron agua y etanol como disolventes para extraer sustancias activas de la medicina tradicional china. Los resultados mostraron que los extractos acuosos de cuatro medicamentos, a saber, Tie Lingxian, Pixian Grass, Feng Wei Grass y Jing Jie, tenían un efecto promotor sobre la formación de la biopelícula de Staphylococcus aureus, mientras que sus extractos alcohólicos tenían un efecto inhibidor sobre la formación de la biopelícula de Staphylococcus aureus. Se especula que la razón de esto puede ser la diferencia en la composición y abundancia de las sustancias extraídas por los dos métodos de extracción diferentes, lo que conduce a diferentes efectos sobre la formación de la biopelícula de Staphylococcus aureus. Este descubrimiento nos proporciona algunos indicios de que las sustancias que inhiben las biopelículas y las sustancias que las promueven pueden extraerse utilizando disolventes diferentes. Si en el futuro se desarrollaran inhibidores de Tielingxian, Pixian Grass, Phoenix Tail Grass y Schizonepeta tenuifolia, habría que considerar la posibilidad de extraerlos primero con agua para eliminar las impurezas y, a continuación, volver a extraer sus extractos con etanol. Por lo tanto, los resultados de este experimento pueden proporcionar una referencia para el desarrollo de fármacos naturales con efectos inhibidores sobre la biopelícula de Staphylococcus aureus, reduciendo así el uso de antibióticos.
Los resultados de este estudio mostraron que la mayoría de los extractos de estas 16 hierbas medicinales chinas tienen efectos inhibidores sobre la biopelícula de Staphylococcus aureus, pero algunos extractos tienen altas concentraciones de acción, como los extractos acuosos de Qianghuo y Ligustrum lucidum con concentraciones superiores a 60mg/mL. El valor real de estos extractos de alta concentración no es elevado, por lo que el desarrollo de estas hierbas medicinales debe considerar exhaustivamente factores como el contenido o la potencia de los principios activos eficaces en sus extractos. En la actualidad, la investigación sobre la medicina tradicional china para el tratamiento antibiopelícula en China se encuentra todavía en fase exploratoria, y el estudio de sus principios activos y objetivos no es lo suficientemente profundo. En el futuro, basándonos en el cribado de plantas medicinales activas para el tratamiento antibiopelícula, también tendremos que identificar los componentes de sus compuestos activos y estudiar sus dianas y mecanismos de acción a nivel de biología molecular.