Исследование по клюквенной антибактериальной выгоде

Устойчивость к антибиотикам стала глобальной проблемой. В китае проблема особенно серьезна из-за пациентов#- 39; Слепая опора на антибиотики и неэффективное регулирование использования антибиотиков. Традиционные методы, такие как открытие новых антибиотиков от бактерий сталкиваются со многими проблемами, такими как трудность поиска новых штаммов бактерий. Поэтому поиск новых антибиотиков у животных и растений стал важным направлением исследований и разработок.

Клюква (вакциниум macrocarpon Ait.) является одним из трех основных фруктов в северной америке. В соединенных штатах площадь культивирования клюквы составляет около 1,41 квадратного километра, а площадь культивирования клюквы во всем мире достигла 1,50 квадратного километра. В стране насчитывается около 1200 производителей, общий объем продаж которых превышает 1,5 млрд. долл. США. Более 90% клюквенной продукции продается и потребляется в северной америке [1]. Помимо своей питательной ценности клюква и ее компоненты, как было установлено, препятствуют росту бактерий и их адгезии. Недавние доклады зарубежной литературы показывают, что клюква и ее препараты могут предотвратить инфекции мочевыводящих путей и снизить частоту кариеса зубов и пародонтита [2]. В данной статье рассматриваются компоненты клюквы, их антибактериальные и антиадгезионные эффекты, а также механизмы действия.

1. Состав ягод клюквы

Клюква составляет 88% воды, остальная часть состоит из органических кислот, витамин с, флавоноиды, антоцианины, проантоцианиды и другие вещества. В таблице 1 перечислены основные компоненты клюквы.

В настоящее время считается, что проантоцианиды являются основными антибактериальными компонентами клюквы. Проантоцианиды представляют собой большой класс полифенолических соединений, широко распространенных в различных растениях (таких как гинкго, рубарб, хоторн и виноград). Первоначально они были классифицированы как конденсированные таннины или флаванолы. По мере развития технологий и углубленных исследований они теперь классифицируются как общий термин для большой группы веществ под названием проантоцианидин [3]. Их структура представляет собой полимер катехинов, эпикатехинов или катехинов и эпикатехинов. Исследователи провели много исследований по проантоцианидам, и клюквенный проантоцианидин, в частности, имеют антибактериальный эффект, поэтому их структура должна быть особенной.

Проантоцианиды, встречающиеся в других растениях (например, виноград), являются полимерами флаван -3- ол, причем каждый мономер полимеризируется следующим образом: положение C4 "верхнего" мономера связано с положением C6 или C8 "нижнего" мономера с помощью облигации C-C (4β →C6 или 4β →C8), образуя соединение типа b (B1 и B2). Клюквенный проантоцианидин также является полимером флаван -3- ол. В дополнение к связям типа в также присутствуют следующие связи: C2 и C4 "верхнего" мономера соединены с O "C7" и C6 или C8 "нижнего" мономера через связи типа с-о и с-с, соответственно, образуя связи типа а. этот проантоцианидин, содержащийся в якве, назван проантоцианидин а. в литературе сообщается, что проантоцианидин а имеет антибактериальное, антибактериальное адгезию и противовоспалительные эффекты [4-5].

2. Антибактериальный эффект клюквы и механизм действия

Иностранные исследователи провели большое количество исследований антибактериального воздействия клюквы. Бактериальные эксперименты проводились с использованием клюквенного сока, клюквенного концентрата иЭкстракт клюквыНа нескольких грам-положительных бактерий и грам-негативных бактерий, в Том числе Escherichia coli и Staphylococcus aureus. Получены различные степени бактериального воздействия, что подтверждает наличие бактериального воздействия клюквы. В таблице 2 перечислены некоторые исследователи, экспериментальные материалы, испытательные бактерии и экспериментальные результаты экспериментов по бактериальному эффекту клюквы.

После подтверждения антибактериального эффекта клюквы исследователи начали исследовать антибактериальные компоненты и возможные антибактериальные механизмы клюквы.

Лакомбе и др. [7] использовали хроматографию колонок для выделения клюквенных компонентов и их разделения на три группы: сахары и органические кислоты, фенолы и антоцианины (антоцианины, проантоцианиды и т.д.). Минимальные ингибиторные концентрации этих трех групп веществ против Escherichia coli O157:H7 были испытаны при их естественном pH и нейтральном pH состоянии. Результаты показали, что за исключением группы сахара и органических кислот, которые не оказывали бактериостатического воздействия при нейтральном pH, остальные группы оказывали хорошее бактериостатическое воздействие как при естественном pH, так и при нейтральном pH состоянии. Наблюдение с помощью электронно-микроскопии показало, что клеточные мембны клеток, обработанных сахаром и органическими кислотами, стали размытыми, форма клеток была неправильной, а цитоплазма агрегирована. Частичное разложение клеточной мембраны и утечка цитоплазмы наблюдались также в двух группах клеток, обработанных фенолическими веществами и антоцианинами.

Группа сахара и органических кислот в основном оказывает бактериостатическое воздействие, значительно снижая внутриклеточный и внеклеточный рн с помощью органических кислот. Исследования показали [13], что при увеличении внутриклеточного ацетата Escherichia coli K-12 повышается и концентрация Иона калия. Это явление приводит к накоплению органических кислотных анионов на клеточной мембране, что в конечном итоге приводит к резкому повышению осмотического давления. Вышеприведенные электронные микроскопии наблюдения также подтверждают эту теорию.

Фенолическая группа обладает хорошим бактериостатическим действием как при естественных, так и нейтральных условиях pH, что доказывает, что ее бактериостатическое действие не зависит от условий pH. Гидрофобность крезола позволяет ему присоединяться к клеточной мембране, что приводит к изменению ее текучести. Результаты электронной микроскопии показывают, что форма бактериальных клеток, обработанных фенолами, является нерегулярной, что также доказывает наличие локальной химической привязки на поверхности клеточной мембраны. При проникновение клеточной мембраны небольшие молекулы фенолов могут войти в клетку и повлиять на метаболизм.

Клеточная мембрана антоцианиновой группы бактерий частично деградировала, цитоплазма вытекла, а поверхность мембраны была частично агрегирована. Возможно, что проантоцианиды обладают ионно-металлическим хелирующим действием, подобным EDTA, связывая Ca2+ и Mg2+ на мембрану, дестабилизируя мембрану клетки, высвобождая кти и повышая проницаемость мембраны клетки. Кроме того, проантоцианидин может хелатировать кти, вызывая локальную полимеризацию на мембранной поверхности [7].

Лин и др. [6] использовали технологию генных чипов для наблюдения за воздействием клюквы на генное выражение Escherichia coli. Результаты показали, что по сравнению с обычными культурами Escherichia coli, генное выражение бактерий, инкубатированных клюквенным соком или проантоцианидинами клюквы, было занижено, в то время как генное выражение, связанное с адаптацией к изменениям pH, было повышено. В связи с важностью железа в бактериальном росте, исследователи уделили особое внимание железородным генам. Результаты показали, что выражение всех генов, связанных с переносом ионов железа и обменом веществ, занижено.

Из приведенных выше результатов следует, что наиболее очевидный эффект клюквенного сока на эшерихию коли заключается в уменьшении выражения генов, связанных с транспортировкой ионов железа. Некоторые исследования показывают, что таннины и их гидролизаты достигают антибактериального эффекта, блокируя поставку ионов металлов, необходимых для роста микробов. Клюквенный сок уменьшает выражение гена кишечной палочки при транспортировке ионов железа, в то время как проантоцианиды, содержащиеся в клюквенном соке, оказывают сильное хелирующее воздействие на ионы железа, в результате чего кишечная палочки растет в среде с серьезным дефицитом железа. Это основной механизм, с помощью которого клюква оказывает антибактериальный эффект.

Однако, когда исследователи добавляли экзогенный железо в бактерии, инкубационный с клюквенным соком, темпы роста Escherichia coli не были полностью восстановлены (до 65%), что говорит о наличии других синергетических механизмов для антибактериального эффекта клюквы. По результатам генного чипа и предыдущих исследований лин считает, что, прежде всего, способность клюквенных компонентов формировать комплексы с крахмалом, белком, пищеварительными ферментами и т.д. может привести к нехватке питательных веществ, необходимых для бактериального роста. Во-вторых, блокирование клюквой других ионов металла может повлиять на метаболизм бактерий и некоторые важные функции мембраны. Двумя другими возможными механизмами являются действия, аналогичные действию таннинов, которые препятствуют окислительному фосфорилированию и тем самым влияют на обмен веществ, и дестабилизация мембраны, которая приводит к уничтожению ферментов, необходимых для синтеза атф [6].

3 противоадгезионный эффект клюквы и механизм ее действия

Ранее Zafriri В то же времяal. [14] наблюдали влияние клюквенного сока на адреналическую кортикальную опухоль кишечника у различных клеток (Y1 мышей, брюхонеальные макрофаги мышей и яичные клетки хомяка). Результаты показали, что клюквенный сок содержит два ингибитора сцепления плей типа 1 и недиализованный ингибитор фимбриального сцепления типа p (который позднее был продемонстрирован лином и др. [6] как проантоцианидин). Элисон и др. [15] наблюдали влияние клюквы на адгезию Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Campylobacter jejuni, листерическое моноцитогенное адгезию к горкам. Результаты показали, что клюква уменьшает адгезию Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Salmonella typhimurium к кочанам.

Несколько экспериментов показали, что проантоцианиды в клюкве играют роль антиадгезии. Foo et al. [16] пришли к выводу, что проантоцианидин может эффективно препятствовать адгезии В случае необходимостиvitro при минимальной эффективной концентрации 75 мг/л. - ховелл!et al. [17] использовали экстракт pH 6,5 клюквенного проантоцианида для наблюдения за его ингибиторным воздействием на адгезию патогенной Escherichia coli типа P pili к мочевым эпителиальным клеткам. Диапазон концентрации антиадгезии составил 6-375 мг/л.

Howell et al. [18] сравнили способность проантоцианидина A/данные отсутствуют.(обнаруженного в клюкве) и проантоцианидина B (обнаруженного в винограде, чае, яблоках и т.д.) к ингибированию бактериального адгезии in vitro. Они обнаружили, что проантоцианидин A оказывает антиклеевое действие при ≥60 μg/mL, в то время как проантоцианидин b-типа, содержащийся в винограде, имеет слабый антиклеевый эффект (при концентрациях выше 1200 μg/mL), другой проантоцианидин b-типа не имеет антиклеевого эффекта. В другом эксперименте Foo et al. [19] сравнили антиадгезионное воздействие мономеров, димеров и тримеров на адгезию патогенной Escherichia coli к P-type pili. Результаты показали, что только тример оказывает сильное антиклеевое действие.

Лин и др. [6] обнаружили в исследовании генных чипов, что клюквенный сок вниз регулирует выражение генов, связанных с адгезированием в кишечной палочки. Ниже регулируемые гены включают флагеллар базального белка тела FlgB и флагеллар мотор белка флиг, а также триптофаназе TnaA. Понижение регулирования FlgB и FliG приводит к снижению P-fimbriae кишечной палочки, тем самым уменьшая адгезию. Неактивация tnaA снижает способность кишечной палочки присоединяться к различным биологическим поверхностям.

4. Выводы

Клюква уже давно известна своей эффективностью в борьбе с инфекциями мочевыводящих путей. Были проведены многочисленные исследования их антибактериальных и антиадгезионных эффектов, но механизм их действия до сих пор не до конца понят. Клюква также препятствует образованию биофильма и сопротивляется бактериальной секреции протеазов [20]. Клюква, таким образом, является одним из nature's оружие против бактерий, и они тем более ценны сегодня, когда проблема устойчивости к антибиотикам становится все более и более серьезной. Дальнейшие исследования антибактериального механизма, антибактериального спектра, лекарственной устойчивости и других вопросов заложат теоретическую основу для использования клюквенных продуктов в медицине.

Ссылки на статьи

[1] Ян цзиньхуй, ли цзяньке, ян эньцинь и др. История, нынешнее положение и тенденции развития выращивания клюквы [J]. Журнал академии сельского хозяйства тяньцзинь, 2009, 16(3): 44 — 46.

[2] Bonifait L, Grenier D. клюквенные полифенолы: потенциальные выгоды для кариеса зубов и пародонтальных заболеваний [J]. Can Dent Assoc, 2010, 76: a130.

[3] шао Лили, лю чжижи. Исследования по проантоцианидинам [J]. Heilongjiang Science иTechnology Information, 2011, (4): 35.

[4] Дженсен х, крогфельт к а, корнетт к и др. Гидрофилический карбоксил Кислот в кислотах И иридоидные гликозиды в соке американца и Европейской экономической комиссии - клюква. (вакциниум макрокарпон и - ви. - привет. Оксикокк (oxycoccus), "Линг онберри" (V. vitisidaea) и чернику (V. myrtillus)[J]. Агропищевая химия, 2002, 50: 6871-6874.

[5] Кот джей, - кейлле. S, Doyon G, и др. Анализ клюквенных биоактивных соединений [J]. Crit Rev Food Sci Nutr, 2010 50(9): 872-888.

[6] Лин би СИ, джонсон би джей, рубин р а, и др. Железная хелатация клюквенным соком и ее воздействие на рост кишечной палочки Escherichia [J]. Биохимические факторы, 2011, 37(2): 121 — 130.

[7] Лакомб а, ву ви Ч ч, тайлер С, и др. Противомикробное действие американских клюквенных компонентов; Фенолики, антоцианины и органические кислоты против Escherichia coli O157:H7. Int [J]. Пищевая микробиола, 2010, 139(1-2): 102-107.

[8] Кесониен (Чешская республика) Л, ясутьен I, Саркинас а. фенолика и антоцианина в ягодах европейской клюквы и их противомикробной активности [J]. Медичина (каунас), 2009, 45(12): 992-999.

[9] Гупта к, чу м и, ховелл а и др. Клюквенные продукты ингибируют присоединение p-fimbriated Escherichia coli к первичным культурологам мочевого пузыря и эпителиальным клеткам влагалища [J]. Urol, 2007, 177: 2357 — 2360.

[10] валентова - к, Стейскал д, беднар п, и др. Биобезопасность, антиоксидант - статус, and  5. Метаболиты in  - моча, моча. После потребления сушеного клюквенного сока у здоровых женщин: экспериментальное испытание плацебо с двойной слепотой [J]. Agric Food Chem, 2007, 55: 3217-3224.

[11] кавана H M A, хипвелл M, уилкинсон J м. антибактериальная активность ягод, используемых в кулинарных целях [J]. Медицина, 2003, 6: 57 — 61.

[12]Lee уL, Owens J, Thrupp L, et al. Клюквенный сок обладает антибактериальной активностью [J]? Джама, 2000, 283: 1691.

[13]Van ymseel F, Russell J - B,Flythe M D, et al. Использование органических кислот для борьбы с сальмонеллой в птицеводстве: механическое объяснение эффективности [J]. Птичий патол, 2006, 35: 182 — 188.

[14] зафрири д, офек I, адар р и др. Ингибиторная активность клюквенного сока при присоединении фибрированной Escherichia coli типа 1 и типа P к клеткам эвкариотики [J]. Антимикробные агенты Chemother, 1989, 33(1): 92-98.

[15] элисон д., кронин м., хокер дж., и др. Влияние клюквенного сока на прикрепление Escherichia coli к стеклу [J]. Базовый микробиол, 2000, 40: 3-6.

[16]Foo 1. О- Y,Лу (Lu)Y, Howell A B, et al. Структура клюквенного проантоцианидина, которая препятствует присоединению уропатогенной P-fimbriated Escherichia coli in vitro[J]. Фитохимия, 2000, 54: 173 — 181.

[17]Howell A B, Foxman B. клюквенный сок и адгезия уропатогенов, устойчивых к антибиотикам [J]. Джама, 2002,287: 3082 — 3083.

[18]Howell A B, Reed J D, крюгер C G, et al. A- тип клюквенного проантоцианидина и уропатогенной бактериальной антиадгезионной активности [J]. Фитохимия, 2005, 66: 2161 — 2291.

[19]Foo L  Y,  Lu  Y  - р, Howell  A  B,  et  - эл. - привет. A-проантоцианидные тримеры типа от клюквы, которые препятствуют присоединению уропатогенной Escherichia coli[J]. Natl Prod, 2000, 63: 1225-1228.

[20]La V D, Howell A B, Grenier D. Anti-Porphyromonas gingivalis и противовоспалительная деятельность A-типа клюквенного проантоцианидина [J]. Антимикробные агенты Chemother, 2010, 54(5): 1778-1784.