بررسي علت خاصيت ضدميكروبي پايين چند آلكالوئيد گياهي (نوسكاپين، كافئين و وينكامين) بر روي سويه‌هاي مختلف سودوموناس آئروجينوزا با مقاومت چند دارويي (MDR)

In vitro evaluation of the reason(s) of low level antimicrobial activity of some plant-based alkaloids (noscapine, caffeine and vincamine) on various strains of multidrug resistance Pesudomonas aeruginosa

اغلب تركیب‌های گیاهی نسبت به آنتی‌بیوتیك‌ها به‌خصوص علیه باكتریهای گرم منفی، خاصیت ضدمیكروبی بسیار پایین‌تری دارند (µg/ml1000-100 = MIC). امروزه دانشمندان معتقدند كه پمپ‌های افلوكسی باكتریایی مسئول این مشكل هستند. این پروتئین‌های غشایی قادر به شناسایی و خروج تركیب‌های ضدمیكروبی مختلف ازجمله تركیب‌های گیاهی با ساختارهای شیمیایی گوناگون از داخل سلول می‌باشند و متعاقباً منجر به بروز مقاومت باكتریها در برابر این مواد می‌گردند. هدف از این تحقیق بررسی علت اصلی خاصیت ضدمیكروبی پایین آلكالوئیدهای نوسكاپین، كافئین و وینكامین علیه سودوموناس آئروجینوزا (نماینده باكتریهای گرم منفی با مقاومت بالای دارویی) بوده‌است. اغلب آلكالوئیدها جزء فیتوآلكسین‌های گیاهی هستند كه مقدار آنها در هنگام تهاجم میكروبی افزایش می‌یابد، بدین معنی كه عملاً دارای خاصیت ضدمیكروبی هستند، اما آلكالوئیدهای مورد استفاده در این تحقیق در شرایط آزمایشگاهی هیچ خاصیت ضدمیكروبی از خود نشان نمی‌دهند. اثر ضدمیكروبی ذاتی (واكنش بین آلكالوئیدها و فنیل آلانین-آرژینین بتانفتیل‌آمید (PAβN) (مهاركننده پمپ‌های افلوكسی باكتریهای گرم منفی)) و خاصیت مهاركنندگی پمپ‌های افلوكسی (سینرژی بین آلكالوئیدها و لووفلوكساسین (سوبسترای پمپ‌های افلوكسی موجود در سودوموناس آئروجینوزا)) آلكالوئیدهای این تحقیق به‌وسیله آزمایش تیتراسیون چكربورد بررسی شد. نتایج نشان داد كه كافئین و وینكامین ذاتاً مواد ضدمیكروبی گیاهی هستند. به‌طوری كه با مختل كردن پمپ افلوكسی MexAB-OprM در سویه بسیار مقاوم nalB سودوموناس آئروجینوزا توسط PAβN، خاصیت ضدمیكروبی كافئین و وینكامین به‌ترتیب به مقادیر قابل‌توجه 17 و 8 برابر افزایش یافت. بنابراین می‌توان گفت پمپ‌های افلوكسی باكتریایی مهمترین عامل در تضعیف خاصیت ضدمیكروبی تركیب‌های گیاهی می‌باشند؛ البته به نظر می‌رسد با مهار فعالیت این پمپ‌ها بتوان عملكرد بالینی این مواد طبیعی را به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشید و بدین طریق امید داشت كه مواد گیاهی نیز همانند آنتی‌بیوتیك‌ها به زمینه درمان بالینی راه یابند.

Most plant compounds have very low level of antimicrobial activity than antibiotics especially against Gram-negative bacteria (MIC=100-1000µg/ml). Recently, scientists believe that the bacterial efflux pumps are responsible for this problem.These transmembrane proteins (efflux pumps) are capable of recognizing and expelling a variety of structually unrelated antimicrobial agents including plant compounds from the bacterial cell and subsequenly conferring resistance to these compounds. The aim of this study was to investigate the main reason(s) of low level antimicrobial activity of plant-based alkaloids; noscapine, caffein and vincamine, against representative highly resistant Gram negative bactria (Pseudomonas aeruginosa). Most alkaloids are the part of plant phytoalexins which their levels increase strongly in response to microbial invasion, this means that most alkaloids are plant antimicrobial agents but noscapine, caffein and vincamine did not actually show any antimicrobial activity in a direct susceptibility tests in vitro. Intrinsic antimicrobial activity (intraction between alkaloids and PAβN (inhibitor of Gram negative bacteria)) or efflux pump inhibitory properties (synergy between alkaloids and levofloxacin (substrate of the efflux pumps in (Pseudomonas aeruginosa) of noscapine, affeine and vincamine were assessed by a checkerboard titration assay. Results showed that caffeine and vincamine were intrinsically the plant antimicrobial compounds.With disrupting the function of MexAB-OprM in nalB highly resistant strain of Pseudomonas aeruginosa by PAβN, antimicrobial activities of caffeine and vincamine were increased by 17-and 8-fold, respectively. Therefore, it could be said that bacterial efflux pumps are a major factor in the weakening of antimicrobial activity of plant compounds. It appears that inhibition of these pumps may significantly improve the clinical performance of these natural compounds and thereby hoped that plant antimicrobials similar to systemic antibiotics will find its way to the field of clinical treatment in future.