Антимикробные свойства эфирного масла Mонарды и его основных компонентов

Целью настоящего исследования было выявление связи между антимикробной активностью экстрактов и компонентным составом эфирного масла из растительного сырья Monarda fistulosa L., M. didyma L. и M. х hybrida hort. Установлено, что массовая доля эфирного масла в сухом сырье изучаемых видов составляет 2,49-2,50%, в нем преобладают монотерпеновые фенолы (тимол и карвакрол) и моноциклические монотерпены (γ-терпинен и p-цимен). Основными компонентами эфирного масла M. fistulosa являются тимол (массовая доля 60,95%) и γ-терпинен (16,6%), M. didyma – γ-терпинен (46,18%), тимол (18,73%), p-цимен (15,07%), M. х hybrida – карвакрол (28,83%), p-цимен (22,90%) тимол (22,85%). Результаты исследования антимикробной активности водных и спиртовых экстрактов из растительного сырья изучаемых видов на естественных светящихся бактериях Aliivibrio fischeri F1 и рекомбинантном штамме Escherichia coli MG1655 (pXen-lux), показали, что высокой антимикробной активностью отличаются экстракты M. х hybrida, что, на наш взгляд можно объяснить накоплением в надземной массе данного вида эфирного масла с высоким содержанием тимола и карвакрола,  антибактериальный эффект воздействия которых, согласно литературных данным (Лапина и др., 2018; Духанина и др., 2019). заключается в разрушении цитоплазматической мембраны, что повышает ее проницаемость и деполяризует ее потенциал, а также присутствием тимогидрохинона (3,21%), обуславливающего противоопухолевый эффект. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения сырья M. х hybrida для создания фитопрепаратов с антимикробным, противовоспалительным, регенерирующим спектром активности.

1. Гавриченко Ю.Ю., Сафронюк С.Л., Кацев А.М., Шевчук О.М., Логвиненко Л.А., Феськов С.А. Скрининг антимикробной активности водных и спиртовых извлечений из растительного сырья с использованием биолюминесцентных бактерий // Вестник Воронежского государственного университета. 2022. № 1. С. 60-69. [Gavrichenko Yu.Yu., Safronyuk S.L., Katsev A.M., Shevchuk O.M., Logvinenko L.A., Feskov S.A. Screening of antimicrobial activity of aqueous and alcoholic extracts from plant raw materials using bioluminescent bacteria // Bulletin of the Voronezh State University. 2022. No.1. P. 60-69.]

2. Духанина И.В., Никитина А.С., Никитина Н.В., Феськов С.А., Романов В.А. Обоснование антибактериального действия стоматологических гелей на основе Monarda fistulosa L. экстракта жидкого // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2019. 22(1). P. 48-53. doi: 10.29296/25877313-2019-01-07 [Dukhanina I.V., Nikitina A.S., Nikitina N.V., Feskov S.A., Romanov V.A. Justification of the antibacterial action of dental gels based on Monarda fistulosa L. liquid extract // Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2019. 22(1). P. 48-53. DOI: 10.29296/25877313-2019-01-07]

3. Кисленко В.Н., Реймер В.А., Черемушкина В.А., Высочина Г.И. и др. Некоторые фармакологические свойства монарды дудчатой и солянки холмовой // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2011. Т. 2. № 18. С. 87-91. [Kislenko V.N., Reimer V.A., Cheremushkina V.A., Vysochina G.I. et al. Some pharmacological properties of Monarda fistulosa and Salsola collina // Bulletin of the Novosibirsk State Agrarian University. 2011. Vol. 2. No. 18. P. 87-91.]

4. Лапина А.С., Варина Н.Р., Куркин В.А., Владимировна А.Е. и др. Монарда дудчатая как перспективный источник получения лекарственных препаратов // Сборник научных трудов ГНБС. 2018. Том 146. С. 175-178. [Lapina A.S., Varina N.R., Kurkin V.A., Vladimirovna A.E. et al. Monarda fistulosa as a promising source for obtaining medicinal products // Collection of scientific papers of the SNBG. 2018. Vol. 146. P. 175-178.]

5. Никитина А.С., Алиев А.М., Феськов С.А., Никитина Н.В. Компонентный состав эфирного масла травы Monarda fistulosa L. из коллекции Никитского ботанического сада // Химия растительного сырья. 2018. № 2. С. 55-62. DOI: 10.14258/jcprm.2018023295 [Nikitina A.S., Aliev A.M., Feskov S.A., Nikitina N.V. Component composition of the essential oil of the herb Monarda fistulosa L. from the collection of the Nikitsky Botanical Gardens // Chemistry of plant raw materials. 2018. No. 2. P. 55-62. DOI: 10.14258/jcprm.2018023295]

6. Ткачев А.В. Исследование летучих веществ растений. Новосибирск: «Офсет». 2008. 969 с. [Tkachev A.V. Study of plant volatiles. Novosibirsk: "Offset", 2008. 969 p.]

7. Шевчук О.М., Исиков В.П., Логвиненко Л.А. Методологические и методические аспекты интродукции ароматических и лекарственных растений / Под ред. Ю.В. Плугатаря. Симферополь: ИТ «Ареал». 2022. 140 с. [Shevchuk O.M., Isikov V.P., Logvinenko L.A. Methodological and methodical aspects of the introduction and selection of aromatic and medicinal plants / Ed. Yu.V. Plugatar. Simferopol: Arial, 2022. 140 р.]

8. Adams R.P. Identification of essential oil compounds by gas chromatography/quadrupole mass spectroscopy. USA: 4th Edition. Allured Pub. Corp, 2007. 804 p.

9. Aeschbach R., Loliger J., Scott B.C. Antioxidant actions of thymol, carvacrol, 6- gingerol, zingerone and hydroxytyrosol // Food and Chemical Toxicology. 1994. Vol. 1. № 32. P. 31-36.

10. Aznar A., Fernández P.S., Periago P.M., Palop A. Antimicrobial activity of nisin, thymol, carvacrol and cymene against growth of Candida lusitaniae // Food Science and Technology International. 2015. Vol. 21. №1. Р. 72-79. DOI: 10.1177/1082013213514593

11. Burt S.A., Van der Zee R., Koets A.P., de Graaff A.M. et al. Carvacrol induces heat shock protein and inhibits synthesis of flagellin in Escherichia coli O157:H7 // Appl. Environ. Microbiol. 2007. Vol. 73. № 14. Р. 4484-4490. DOI: 10.1128/AEM.00340-07

12. Chami N., Bennis S., Chami F. Study of anticandidal activity of carvacrol and eugenol in vitro and in vivo // Oral Microbiology and Immunology. 2005. Vol. 2. № 20. P. 106-111.

13. Cristani M., D’Arrigo M., Mandalari G., Castelli F. et al. Interaction of four monoterpenes contained in essential oils with model membranes: implications for their antibacterial activity // J. Agric. Food Chem. 2007. Vol. 55(15). Р. 6300-6308. DOI: 10.1021/jf070094x

14. Dorman H.J.D., Deans S.G. Antimicrobial agents from plants: Antibacterial activity of plant volatile oils // J. Appl. Microbiol. 2000. Vol. 88. № 2. P. 308-316. DOI: 10.1046/j.1365-2672.2000.00969.x

15. Gabel C.V., Berg H.C. The speed of the flagellar rotary motor of Escherichia coli varies linearly with proton motive force // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. Vol. 100. № 15. Р. 8748-8751. DOI: 10.1073/pnas.1533395100

16. Gutierrez J., Barry-Ryan C., Bourke P. The anti-microbial efficacy of plant essential oil combinations and interactions with food ingredients // Int. J. Food Microbiol. 2008. Vol. 124. № 1. Р. 91-97. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2008.02.028

17. La Storia A., Ercolini D., Marinello F., di Pasqua R., Villani F., Mauriello G. Atomic force microscopy analysis shows surface structure changes in carvacrol-treated bacterial cells // Res. Microbiol. 2011. Vol. 162. № 2. Р. 164-172. DOI: 10.1016/j.resmic.2010.11.006

18. Lambert R.J.W., Skandamis P.N., Coote P.J., Nychas G.J.E. A study of the minimum inhibitory concentration and mode of action of oregano essential oil, thymol and carvacrol // J. Appl. Microbiol. 2001. Vol. 91. № 3. Р. 453-462. DOI: 10.1046/j.1365-2672.2001.01428.x

19. Liu H., Xu X., Wu R., Bi L., Zhang C., Chen H., Yang Y. Antioral squamous cell carcinoma effects of carvacrol via Inhibiting inflammation, proliferation, and migration related to Nrf2/Keap1 Pathway // Biomed Res Int. 2021. PMID: 34212035. DOI: 10.1155/2021/6616547

20. Mastelic J., Jerkovic I., Blazevic I. Comparative study on the antioxidant and biological activities of carvacrol, thymol, and eugenol derivatives // J. of Agricultural and Food Chemistry. 2008. Vol. 1. № 56. P. 3989-3996. DOI: 10.1021/jf073272v

21. Mehdi S.J., Ahmad A., Irshad M. Cytotoxic effect of carvacrol on human cervical cancer cells // Biology and Medicine. 2011. Vol. 2. № 3. P. 307-312. DOI: 10.4172/0974-8369.10000119

22. Mohamed L.S. Immunomodulatory and therapeutic properties of the Nigella sativa L. seed // J. Intern. Immunopharmacology. 2005. №5. P. 1749-1770. DOI: 10.1016/j.intimp.2005.06.008

23. Nazzaro F., Fratianni F., De Martino L., Coppola R., De Feo V. Effect of essential oils on pathogenic bacteria // Pharmaceuticals. 2013. 6. № 12. Р. 1451-1474. DOI: 10.3390/ph6121451

24. Nazzaro F., Fratianni F., d’Acierno A. et al. Essential oils and microbial communication // Essential Oils – Oils of Nature. London. Intech Open. 2020. Р. 1-26. DOI: 10.5772/intechopen.85638.

25. Nychas G.J.E. Natural antimicrobials from plants // New Methods of Food Preservation / Ed. Gould G.W. London: Blackie Academic Professional. 1995. P. 58-89.

26. Ose R., Tu J., Schink A., Maxeiner J., Schuster P. et al. Cinnamon extract inhibits allergen-specific immune responses in human and murine allergy models // Clin. Exp. Allergy. 2020. №50. Р. 41-50. DOI: 10.1111/cea.13507.

27. Thosar N., Basak S., Bahadure R.N., Rajurkar M. Antimicrobial efficacy of five essential oils against oral pathogens: An in vitro study // Eur. J. Dent. 2013. 07(S 01). S071S077. DOI: 10.4103/1305-7456.119078.

28. Sikkema J., de Bont J.A.M., Poolman B. Mechanisms of membrane toxicity of hydrocarbons // Microbiol. Rev. 1995. Vol. 59. № 2. Р. 201-222. DOI: 10.1128/mr.59.2.201222.1995

29. Sobotta L., Lijewski S., Dlugaszewska J. et al. Photodynamic inactivation of Enterococcus faecalis by conjugates of zinc (II) phthalocyanines with thymol and carvacrol loaded into lipid vesicles // Inorganica Chimica Acta. 2019. Vol. 489. P. 180-190. DOI: 10.1016/j.ica.2019.02.031

30. Soković M., Glamočlija J., Marin P.D., Brkić D., van Griensven L.J. Antibacterial effects of the essential oils of commonly consumed medicinal herbs using an in vitro model // Molecules. 2010. Vol. 15. Р. 7532-7546. DOI: 10.3390/molecules15117532.

31. Sovova H., Sajfrtova M., Topiar M. Supercritical CO2 extraction of volatile thymoquinone from Monarda didyma and M. fistulosa herbs // J. Supercrit. Fluids. 2015. Vol. 105. P. 29-34. DOI: 10.1016/j.supflu.2015.01.004.

32. Speranza B., Bevilacqua A., Campaniello D., Altieri C. et al. Minimal inhibitory concentrations of thymol and carvacrol: toward a unified statistical approach to find common trends // Microorganisms. 2023. 11. № 7. Р. 1774-1786. DOI: 10.3390/microorganisms11071774

33. Ultee A., Bennik M.H., Moezelaar R. The phenolic hydroxyl group of carvacrol is essential for action against the food-borne pathogen Bacillus cereus // Appl. Environ. Microbiol. 2002. Vol. 68. № 4. Р. 1561-1568. DOI: 10.1128/AEM.68.4.1561-1568.2002

34. Zhang L., Gao F., Ge J., Li H., et al. Potential of aromatic plant-derived essential oils for the control of foodborne bacteria and antibiotic resistance in animal production: A review // Antibiotics. 2022. Vol. 11. Р. 1673-1700. DOI: 10.3390/antibiotics11111673.