Antibacterial Activity and Synergistic Interaction of Various Essential Oil Components and Antibiotics

Çeşitli Uçucu Yağ Bileşenleri ile Antibiyotiklerin Antibakteriyel Etkinliği ve Sinerjik Etkileşimi

Abstract

Inappropriate and uncontrolled use of antibiotics in humans and animals leads to the emergence of multi-resistant bacteria. Before the discovery of antibiotics, plant extracts and essential oils were used for therapeutic purposes. Today, due to increasing antibiotic resistance, many studies are frequently carried out on the antimicrobial activities of natural active substances that can be a source for new drug candi- dates. The aim of this study was to investigate the antibacterial activity of components such as α-pinene (α-PN), p-cymene (p-CYM), carvacrol (CAR), thymol (TY) and eugenol (EG) found in the essential oils of many plants and their synergistic interaction with antibiotics. In this study, the antibacterial activity of these essential oil components and antibiotics in clinical use such as gentamicin (GEN), tetracycline (TET), tigecycline (TGC) and linezolid (LZD), against Staphylococcus aureus [methicillin resistant S.aureus (MRSA), and methicillin sensitive S.aureus (MSSA)], Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa strains were deter- mined by disc diffusion and microdilution method. In addition, the interaction between the essential oil components and antibiotics was also determined by the checkerboard method. While CAR, TY and EG components showed strong antibacterial activity, the antibacterial activity of αPN and p-CYM was found to be weak. Combinations of α-pinene, carvacrol, thymol and eugenol with gentamicin and tetracycline mostly showed synergistic interactions against all bacteria. In αPN, CAR, TY and EG with GEN and TET, synergistic/partial synergistic interaction was observed against S.aureus strains, while indifferent interaction was detected in E.coli and P.aeruginosa strains. The combination of αPN and p-CYM with TGC showed synergistic interaction against E.coli and P.aeruginosa strains, and additive and indifferent interaction against S.aureus strains. On the other hand, synergistic interaction was observed against all bacterial strains in com- binations of TGC and CAR, TY and EG components. Antagonistic interaction was not detected in any of the tested component-antibiotic combinations against the bacteria used in our study. A synergistic interaction between natural bioactive components and commonly used antibiotics may contribute to the effectiveness of antibiotics and components at lower doses, minimizing their potential toxic side effects and reducing treatment costs. However, more research is needed in terms of their pharmacokinetic and toxic properties to evaluate the therapeutic application potential of phytochemicals.

Özet

İnsanlarda ve hayvanlarda uygun olmayan ve denetimsiz antibiyotik kullanımı çok ilaca dirençli bak- terilerin ortaya çıkmasına yol açmaktadır. Antibiyotiklerin keşfinden önce bitki özütleri ve uçucu yağlar tedavi amacıyla kullanılmıştır. Günümüzde artan antibiyotik direnci nedeniyle yeni ilaç adayı moleküllere kaynak oluşturabilecek doğal aktif maddelerin antimikrobiyal etkinlikleri konusunda sıklıkla araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, birçok bitkinin uçucu yağlarında bulunan α-pinen (α-PN), p-simen (p-SM), karvakrol (KAR), timol (TİM) ve öjenol (ÖJN) gibi bileşenlerin antibakteriyel etkinliğinin ve antibiyotiklerle sinerjik etkileşiminin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmada, söz konusu uçucu yağ bileşenleri ile klinik kul- lanımda olan gentamisin (GEN), tetrasiklin (TET), tigesiklin (TGC) ve linezolid (LZD) gibi antibiyotiklerin, Staphylococcus aureus [metilisilin duyarlı S.aureus (MSSA), metilisilin dirençli S.aureus (MRSA)], Escheric- hia coli ve Pseudomonas aeruginosa suşlarına karşı antibakteriyel etkinliği disk difüzyon ve mikrodilüsyon yöntemiyle belirlenmiştir. Ek olarak, bu bileşenler ile antibiyotikler arasındaki etkileşim de dama tahtası yöntemiyle saptanmıştır. KAR, TİM ve ÖJN bileşenleri güçlü antibakteriyel etkinlik gösterirken, α-PN ve p-SM’in antibakteriyel etkinliğinin zayıf olduğu görülmüştür. α-PN, KAR, TİM ve ÖJN ile GEN ve TET kombinasyonları tüm bakterilere karşı çoğunlukla sinerjik etkileşim göstermiştir. Bileşenler ile linezolid (LZD) kombinasyonlarında S.aureus suşlarına karşı sinerjik/kısmi sinerjik etkileşim gözlenirken, E.coli ve P.aeruginosa suşlarında “indifferent (belirsiz)” etkileşim saptanmıştır. α-PN ve p-SM ile TGC kombinasyo- nu, E.coli ve P.aeruginosa suşlarına karşı sinerjik etkileşim, S.aureus suşlarına karşı ise “additif” ve “indif- ferent” etkileşim göstermiştir. Buna karşılık KAR, TİM ve ÖJN bileşenleri ile TGC bileşenleri ile tigesiklin kombinasyonlarında, tüm bakteriyel suşlara karşı sinerjik etkileşim gözlenmiştir. Çalışmamızda kullanılan bakterilere karşı denenen bileşen-antibiyotik kombinasyonlarının hiçbirinde antagonistik etkileşim tespit edilmemiştir. Doğal biyoaktif bileşenler ile sık kullanılan antibiyotikler arasında sinerjik bir etkileşim olması, antibiyotiklerin ve bileşenlerin daha düşük dozlarda etkili olmasına, potansiyel toksik yan etkilerinin en aza indirilmesine ve tedavi maliyetlerinin düşürülmesine katkı sağlayabilir. Bununla birlikte, fitokimyasalların terapötik uygulama potansiyelini değerlendirmek için daha fazla araştırmaya gereksinim bulunmaktadır