Lavandula Angustifolia Mill. українського походження: порівняльне дослідження хімічного складу та антимікробного потенціалу екстрактів з трави

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.313236

Ключові слова:

лаванда вузьколиста, екстракти, хімічний склад, антимікробна активність, протигрибкова активність, біоплівкоутворення мікробних культур

Анотація

Доповнені дані про антимікробну активність оригінальних сухих екстрактів трави лаванди вузьколистої українського походження та їх хімічного складу.

Мета – експериментальне порівняльне дослідження хімічного профілю, та антимікробної активності оригінальних сухих екстрактів трави лаванди вузьколистої та їх впливу на здатність руйнувати біоплівки мікробних культур або запобігати їх утворенню в умовах in vitro.

Матеріали та методи. Об’єкти дослідження – сухі екстракти, які отримали з трави лаванди вузьколистої водою очищеною та розчинами етанолу (40 та 70 %). Основні біологічно активні речовини (БАР) екстрактів визначали методами тонкошарової хроматографії та абсорбційної спектрофотометрії. Мікробіологічні властивості тест-зразків досліджуваних рослинних екстрактів вивчали in vitro методом двократних серійних розведень. Здатність мікроорганізмів до утворення біоплівки визначали методом адгезії до полістиролу в плоскодонних пластикових планшетах. Вимірювання оптичної щільності вихідної бактеріальної суспензії проводили на приладі «Densi-La-Meter», інокульованих бактеріальних клітин ‒ на фотометрі «Multiskan EX» за довжини хвилі 540 нм. Дослідження антимікробної активності водних та етанольних екстрактів трави лаванди в широкому спектрі концентрацій проводили загальноприйнятим у мікробіологічній практиці методом дифузії в агар у модифікації «колодязів».

Результати. Одержані водний та водно-етанольні екстракти лаванди вузьколистої українського походження. В екстрактах ідентифіковано терпеноїди (ліналоол, лінілілацетат та сліди 1,8-цинеолу), флавоноїди (гіперозид, ізокверцитрин) та гідроксикоричні кислоти (розмаринова, хлорогенова). Сумарний вміст фенольних речовин становить 2,02-2,60 мг/г, флавоноїдів – 1,46-3,17 мг/г. Найбільша кількість БАР вилучалася етанолом 70%.  Згідно з результатами експериментальних досліджень екстракти трави лаванди вузьколистої, отримані екстракцією водно-етанольним розчином (40  і 70 % етанолом) у концентрації 1 мг/мл, володіють антимікробними властивостями щодо широкого спектра збудників інфекцій (S. aureus, E. coli,  K. рneumoniae, P. aeruginosa, C. albicans). Дослідження впливу тест-зразків екстрактів лаванди в концентрації 1 мг/мл на здатність мікроорганізмів (S. aureus, E. coli,  K. рneumoniae, P. aeruginosa) до формування біоплівок продемонстрували, що найвища інгібіторна активність щодо біоплівкоутворен­ня виявлена у разі дії тест-зразка фітоекстракту, отриманого екстракцією водно-етанольним розчином (40 % етанолом), яка склала відповідно до  S. aureus ‒ 57,8 %, P. aeruginosа – 66,7 %. Установлений широкий спектр антимікробної дії для досліджуваних фітоекстрактів лаванди в умовах застосування діапазону концентрацій 10-60 мкг/мл. Найкращий спектр антимікробної дії та найвища активність відповідає екстракту лаванди вузьколистої, отриманому екстракцією 70 % етанолом, залежність ефекту від концентрації.

Висновки. Трава лаванди вузьколистої українського походження є перспективним та доступним джерелом потенційних антимікробних активних фармацевтичних інгредієнтів (АФІ). Екстракт лаванди водно-спиртовий 70% за результатами досліджень виявив високий антимікробний та протигрибковий потенціал. За попередніми даними антимікробна активність корелює із вмістом фенольних речовин. Одержані результати можуть бути корисними для пошуку оригінальних субстанцій для комплексної корекції симптомів неврологічного дефіциту інфекційної етіології

Спонсор дослідження

  • The Ministry of Health of Ukraine provided funds for this study as part of the funding of a scientific topic: “Research of original substances for the correction of neurological deficits symptoms, prediction and assessment of factors affecting the mechanisms of action”, 2023-2025; №: 0123U101751

Біографії авторів

Олена Олегівна Богатирьова, Національний фармацевтичний університет

Аспірант

Кафедра клінічної лабораторної діагностики, мікробіології та біологічної хімії

Вікторія Олексіївна Гуріна, Національний фармацевтичний університет

Аспірант

Кафедра фармацевтичної хімії

Ольга Іванівна Набока, Національний фармацевтичний університет

Доктор біологічних наук, професор

Кафедра клінічної лабораторної діагностики, мікробіології та біологічної хімії

Наталія Ігорівна Філімонова, Національний фармацевтичний університет

Доктор медичних наук, професор

Кафедра «Мікробіології, вірусології та імунології»

Світлана Карьягдиївна Джораєва, ДУ «Інститут дерматології та венерології Національної академії медичних наук України»

Доктор медичних наук, старший дослідник, завідувач відділу

Лабораторно-експериментальний відділ

Olha Mykhailenko, UCL School of Pharmacy

PhD, Associate Professor

Department of Pharmaceutical Chemistry

Вікторія Акопівна Георгіянц, Національний фармацевтичний університет

Доктор фармацевтичних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедрa фармацевтичної хімії

Посилання

  1. Kremenchuk, R. I. (2017). Fitonomiia ta suchasnyi stan taksonomii lavandy (Lavandula L.). Suchasnyi stan ta harmonizatsiia nazv kulturnykh roslyn u systemi UPOV. Vinnytsia. Nilan-LTD, 26–27.
  2. Adaszyńska-Skwirzyńska, M., Dzięcioł, M. (2017). Comparison of phenolic acids and flavonoids contents in various cultivars and parts of common lavender (Lavandula angustifolia) derived from Poland. Natural Product Research, 31 (21), 2575–2580. https://doi.org/10.1080/14786419.2017.1320792
  3. Batiha, G. E.-S., Teibo, J. O., Wasef, L., Shaheen, H. M., Akomolafe, A. P., Teibo, T. K. A., Al-kuraishy, H. M., Al-Garbeeb, A. I., Alexiou, A., Papadakis, M. (2023). A review of the bioactive components and pharmacological properties of Lavandula species. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology, 396 (5), 877–900. https://doi.org/10.1007/s00210-023-02392-x
  4. Kalam, M. A., Habib, A., Arzoo, K. S., Ahmad, W., Ahmad, R., Avid, M. (2024). Khuzāma (Lavandula angustifolia Mill.): Pharmacological Action and Therapeutic Uses in Perspective of Unani Medicine: A Review. Journal of Complementary and Alternative Medical Research, 25 (1), 18–25. https://doi.org/10.9734/jocamr/2024/v25i1511
  5. Prusinowska, R., Śmigielski, K. B. (2014). Composition, biological properties and therapeutic effects of lavender (Lavandula angustifolia L). A review. Herba Polonica, 60 (2), 56–66. https://doi.org/10.2478/hepo-2014-0010
  6. Caputo, L., Souza, L., Alloisio, S., Cornara, L., De Feo, V. (2016). Coriandrum sativum and Lavandula angustifolia Essential Oils: Chemical Composition and Activity on Central Nervous System. International Journal of Molecular Sciences, 17 (12), 1999. https://doi.org/10.3390/ijms17121999
  7. Zaringhalam, J., Shams, J., Rezazadeh, S., Manaheji, H., Akhondzadeh, S., Asefifar, F. (2010). Role of the methanolic extracts of Boswellia serrata and Lavandula angustifolia on apomorphine induced ejaculation in male Wistar rats. Journal of Medicinal Plants Research, 4, 1073–1080.
  8. Slighoua, M., Mahdi, I., Ez-Zahra Amrati, F., Boucetta, N., Cristo, F. D., Boukhira, S. et al. (2022). Pharmacological effects of Lavandula officinalis Chaix and its polyphenols: Focus on their in vivo estrogenic and anti-inflammatory properties. South African Journal of Botany, 146, 354–364. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2021.11.014
  9. Li, M., Cao, X., Yan, H., Wang, M., Tashibolati, A., Maiwulanjiang, M. (2022). Integrating Zebrafish Model to Screen Active Ingredients and Network Pharmacology Methods to Explore the Mechanism of Lavandula angustifolia Therapy for Alzheimer’s Disease. ChemistrySelect, 7 (28). https://doi.org/10.1002/slct.202201364
  10. Barut Gök, S., Erdoğdu, Y. (2024). Chemical composition and antimicrobial activity of essential oils from six lavender (Lavandula angustifolia Mill.) cultivars. Plant, Soil and Environment, 70 (2), 111–123. https://doi.org/10.17221/438/2023-pse
  11. Jianu, C., Pop, G., Lukinich-Gruia, A., Horhat, F. (2013). Chemical Composition and Antimicrobial Activity of Essential Oils of Lavender (Lavandula angustifolia) and Lavandin (Lavandula x intermedia) Grown in Western Romania. International Journal of Agriculture and Biology, 15, 772–776.
  12. Torumkuney, D., Bratus, E., Yuvko, O., Pertseva, T., Morrissey, I. (2020). Results from the Survey of Antibiotic Resistance (SOAR) 2016–17 in Ukraine: data based on CLSI, EUCAST (dose-specific) and pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) breakpoints. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 75 (1), i100–i111. https://doi.org/10.1093/jac/dkaa087
  13. Müller, A., Schmidt, L. (2021). Assessing the Development of Fungicide Resistance in Microorganisms: Current Status and Future Perspectives. Frontiers in Microbiology, 12, 589.
  14. Villalba, N., Ma, Y., Gahan, S. A., Joly-Amado, A., Spence, S., Yang, X. et al. (2023). Lung infection by Pseudomonas aeruginosa induces neuroinflammation and blood–brain barrier dysfunction in mice. Journal of Neuroinflammation, 20 (1). https://doi.org/10.1186/s12974-023-02817-7
  15. McLoughlin, A., Rochfort, K. D., McDonnell, C. J., Kerrigan, S. W., Cummins, P. M. (2016). Staphylococcus aureus-mediated blood-brain barrier injury: anin vitrohuman brain microvascular endothelial cell model. Cellular Microbiology, 19 (3), e12664. https://doi.org/10.1111/cmi.12664
  16. Kielian, T., Hickey, W. F. (2000). Proinflammatory Cytokine, Chemokine, and Cellular Adhesion Molecule Expression during the Acute Phase of Experimental Brain Abscess Development. The American Journal of Pathology, 157 (2), 647–658. https://doi.org/10.1016/s0002-9440(10)64575-0
  17. Weissenborn, K., Donnerstag, F., Kielstein, J. T., Heeren, M., Worthmann, H., Hecker, H. et al. (2012). Neurologic manifestations of E coli infection-induced hemolytic-uremic syndrome in adults. Neurology, 79 (14), 1466–1473. https://doi.org/10.1212/wnl.0b013e31826d5f26
  18. Fang, C. T., Chen, Y. C., Chang, S. C., Sau, W. Y., Luh, K. T. (2000). Klebsiella pneumoniae meningitis: timing of antimicrobial therapy and prognosis. QJM, 93, 45–53.
  19. Kwiatkowski, P., Łopusiewicz, Ł., Kostek, M., Drozłowska, E., Pruss, A., Wojciuk, B. et al. (2019). The Antibacterial Activity of Lavender Essential Oil Alone and In Combination with Octenidine Dihydrochloride against MRSA Strains. Molecules, 25 (1), 95. https://doi.org/10.3390/molecules25010095
  20. Gismondi, A., Di Marco, G., Redi, E. L., Ferrucci, L., Cantonetti, M., Canini, A. (2021). The antimicrobial activity of Lavandula angustifolia Mill. essential oil against Staphylococcus species in a hospital environment. Journal of Herbal Medicine, 26, 100426. https://doi.org/10.1016/j.hermed.2021.100426
  21. Ramić, D., Bucar, F., Kunej, U., Dogša, I., Klančnik, A., Smole Možina, S. (2021). Antibiofilm Potential of Lavandula Preparations against Campylobacter jejuni. Applied and Environmental Microbiology, 87 (19). https://doi.org/10.1128/aem.01099-21
  22. El-Tarabily, K. A., El-Saadony, M. T., Alagawany, M., Arif, M., Batiha, G. E., Khafaga, A. F. et al. (2021). Using essential oils to overcome bacterial biofilm formation and their antimicrobial resistance. Saudi Journal of Biological Sciences, 28 (9), 5145–5156. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.05.033
  23. Slimani, C., Sqalli, H., Rais, C., Farah, A., Lazraq, A., GHADRAOUI, L. E., Belmalha, S., Echchgadda, G. (2022). Chemical composition and evaluation of biological effects of essential oil and aqueous extract of Lavandula angustifolia L. Notulae Scientia Biologicae, 14 (1), 11172. https://doi.org/10.15835/nsb14111172
  24. Moon, T., Wilkinson, J., Cavanagh, H. (2006). Antibacterial activity of essential oils, hydrosols and plant extracts from Australian grown Lavandula spp. International Journal of Aromatherapy, 16 (1), 9–14. https://doi.org/10.1016/j.ijat.2006.01.007
  25. Zenão, S., Aires, A., Dias, C., Saavedra, M. J., Fernandes, C. (2017). Antibacterial potential of Urtica dioica and Lavandula angustifolia extracts against methicillin resistant Staphylococcus aureus isolated from diabetic foot ulcers. Journal of Herbal Medicine, 10, 53–58. https://doi.org/10.1016/j.hermed.2017.05.003
  26. Abdelhamid, A. G., Yousef, A. E. (2023). Combating Bacterial Biofilms: Current and Emerging Antibiofilm Strategies for Treating Persistent Infections. Antibiotics, 12 (6), 1005. https://doi.org/10.3390/antibiotics12061005
  27. Choi, V., Rohn, J. L., Stoodley, P., Carugo, D., Stride, E. (2023). Drug delivery strategies for antibiofilm therapy. Nature Reviews Microbiology, 21 (9), 555–572. https://doi.org/10.1038/s41579-023-00905-2
  28. Mączka, W., Duda-Madej, A., Grabarczyk, M., Wińska, K. (2022). Natural Compounds in the Battle against Microorganisms – Linalool. Molecules, 27 (20), 6928. https://doi.org/10.3390/molecules27206928
  29. Gupta, A., Singh, P. P., Singh, P., Singh, K., Singh, A. V., Singh, S. K., Kumar, A. (2019). Medicinal Plants Under Climate Change: Impacts on Pharmaceutical Properties of Plants. Climate Change and Agricultural Ecosystems. Woodhead Publishing, 181–209. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-816483-9.00008-6
  30. Harna, S. V. (2015). The rational use of the natural extracts. Zbirnyk naukovykh prats spivrobitnykiv NMAPO im. P. L. Shupyka, 24 (5), 306–311. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Znpsnmapo_2015_24(5)__60
  31. Mykhailenko, O., Hurina, V., Ivanauskas, L., Marksa, M., Skybitska, M., Kovalenko, O. et al. (2024). Lavandula angustifolia Herb from Ukraine: Comparative Chemical Profile and in vitro Antioxidant Activity. Chemistry & Biodiversity, 21 (9). https://doi.org/10.1002/cbdv.202400640
  32. European Pharmacopoeia (Ph. Eur.) Available at: https://www.edqm.eu/en/european-pharmacopoeia-ph.-eur.-11th-edition Last accessed: 23.04.2024
  33. Ivanauskas, L., Uminska, K., Gudžinskas, Z., Heinrich, M., Georgiyants, V., Kozurak, A., Mykhailenko, O. (2023). Phenological Variations in the Content of Polyphenols and Triterpenoids in Epilobium angustifolium Herb Originating from Ukraine. Plants, 13 (1), 120. https://doi.org/10.3390/plants13010120
  34. Derzhavna Farmakopeia Ukrainy. Vol. 1 (2015). Kharkiv: Derzhavne pidpryiemstvo «Ukrainskyi naukovyi farmakopeinyi tsentr yakosti likarskykh zasobiv», 1128.
  35. Mykhailenko, O., Bezruk, I., Volochai, V., Mishchenko, V., Ivanauskas, L., Georgiyants, V. (2022). Phytochemical Analysis and Antioxidant Activity of Crocus speciosus Leaves. Phyton, 91 (1), 207–221. https://doi.org/10.32604/phyton.2022.016458
  36. Volianskyi, Yu. L., Hrytsenko, I. S., Shyrobokov, V. P. (2004). Vyvchennia spetsyfichnoi aktyvnosti protymikrobnykh likarskykh zasobiv. Kyiv: DFTs MOZ Ukrainy, 38.
  37. Vyznachennia chutlyvosti mikroorhanizmiv do antybakterialnykh preparativ (2007). Metodychni vkazivky.
  38. Hryhoriv, H., Mariutsa, I., Kovalenko, S. M., Sidorenko, L., Perekhoda, L., Filimonova, N. et al. (2021). Structural modification of ciprofloxacin and norfloxacin for searching new antibiotics to combat drug-resistant bacteria. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 5 (33), 4–11. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2021.242997
  39. Oliveira, N. M., Martinez-Garcia, E., Xavier, J., Durham, W. M., Kolter, R., Kim, W., Foster, K. R. (2015). Correction: Biofilm Formation As a Response to Ecological Competition. PLOS Biology, 13 (8), e1002232. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002232
  40. Kukhtyn, M., Berhilevych, O., Kravcheniuk, K., Shynkaruk, O., Horyuk, Y., Semaniuk, N. (2017). Formation of biofilms on dairy equipment and the influence of disinfectants on them. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (11 (89)), 26–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110488
  41. Coyle, M. B. (2005). Manual of Antimicrobial Susceptibility Testing. American Society for Microbiology. Washington: American Society for Microbiology, 236.
  42. McFarland, J. (1907). The nephelometer:an instrument for estimating the number of bacteria in suspensions used for calculating the opsonic index and for vaccines. JAMA: The Journal of the American Medical Association, XLIX (14), 1176–1178. https://doi.org/10.1001/jama.1907.25320140022001f
  43. Kutasevych, Y., Dzhoraieva, S. K., Kondakova, G. K., Khoroshun, E. M., Lyapunov, N. A., Goncharenko, V. V. et al. (2023). Determination of biofilm formation ability of representatives of microbiocenose of battle wounds. Dermatology and Venerology, 3, 13–17. https://doi.org/10.33743/2308-1066-2023-3-13-17
  44. Malcheva, B. Z., Naskova, P., Grigorova-Pesheva, B., Plamenov, D., Yordanova, M., Kostadinova-Slaveva, A. et al. (2024). Investigation of Lavandula angustifolia Mill. extracts as anti-Escherichia coli agents and microbial additives: are they an alternative to enrichment, decontaminating and deodorizing agents for organic soil improvers? Soil Science Annual, 75 (1), 1–9. https://doi.org/10.37501/soilsa/186455
  45. Kryvtsov, M. V., Király, J., Koščová, J., Kostenko, Ye. Ya., Bubnov, R. V., Spivak, M. Ya. (2020). Determination of biofilm formation and associated gene detection in Staphylococcus genus isolated from the oral cavity under inflammatory periodontal diseases. Studia Biologica, 14 (3), 49–64. https://doi.org/10.30970/sbi.1403.627
Lavandula Angustifolia Mill. українського походження: порівняльне дослідження хімічного складу та антимікробного потенціалу екстрактів з трави

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-14

Як цитувати

Богатирьова, О. О., Гуріна, В. О., Набока, О. І., Філімонова, Н. І., Джораєва, С. К., Mykhailenko, O., & Георгіянц, В. А. (2024). Lavandula Angustifolia Mill. українського походження: порівняльне дослідження хімічного складу та антимікробного потенціалу екстрактів з трави. ScienceRise: Pharmaceutical Science, (5 (51), 4–14. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.313236

Номер

№ 5 (51) (2024)

Розділ

Фармацевтичні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Olena Bogatyrova, Viktoriia Hurina, Olga Naboka, Nataliia Filimonova, Svitlana Dzhoraieva, Olha Mykhailenko, Victoriya Georgiyants

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.