 Overview, Health Benefits, Side effects (2).jpg?s3=1)
της Δήμητρας Σπανού, χημικού, καθηγήτριας Δ/θμιας Εκπ/σης 1ου Γυμνασίου Δάφνης
υπό κατασκευή
ακατέργαστο
Η δομή του κυτταρικού τοιχώματος των θετικών κατά Gram βακτηρίων επιτρέπει στα υδρόφοβα μόρια να διεισδύσουν εύκολα στα κύτταρα και να δράσουν τόσο στο κυτταρικό τοίχωμα όσο και στο κυτταρόπλασμα. Οι φαινολικές ενώσεις, οι οποίες είναι επίσης παρούσες στις ΕΟΤ, εμφανίζουν γενικά αντιμικροβιακή δράση εναντίον θετικών κατά Gram βακτηριδίων. Η επίδρασή τους εξαρτάται από την ποσότητα της υπάρχουσας ένωσης. σε χαμηλές συγκεντρώσεις, μπορούν να παρεμβαίνουν στα ένζυμα που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας, και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, μπορούν να μετουσιώνουν τις πρωτεΐνες [ 7 ]. Το κυτταρικό τοίχωμα Gram-αρνητικών βακτηρίων είναι πιο περίπλοκο. Έχει ένα στρώμα πεπτιδογλυκάνης πάχους 2-3 nm, το οποίο είναι λεπτότερο από το κυτταρικό τοίχωμα θετικών κατά Gram βακτηρίων και συνθέτει περίπου το 20% του ξηρού βάρους του κυττάρου. Μια εξωτερική μεμβράνη (OM) βρίσκεται έξω από το λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης. Η πεπτιδογλυκάνη και η ΟΜ συνδέονται σταθερά με την λιποπρωτεΐνη Braun. αυτή η πρωτεΐνη συνδέεται ομοιοπολικά με την πεπτιδογλυκάνη και είναι ενσωματωμένη στο ΟΜ. Η παρουσία ενός ΟΜ είναι ένα από τα χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν το Gram-αρνητικό από Gram-θετικά βακτηρίδια. Αποτελείται από ένα διπλό στρώμα φωσφολιπιδίων που συνδέεται με την εσωτερική μεμβράνη με λιποπολυσακχαρίτες (LPS). Η στιβάδα πεπτιδογλυκάνης καλύπτεται από ένα ΟΜ που περιέχει διάφορες πρωτεΐνες καθώς και LPS. Το LPS αποτελείται από το λιπίδιο Α, τον πολυσακχαρίτη πυρήνα και την πλευρική αλυσίδα Ο, το οποίο παρέχει το "quid" που επιτρέπει στα Gram-αρνητικά βακτήρια να είναι πιο ανθεκτικά σε EO και σε άλλα φυσικά εκχυλίσματα με αντιμικροβιακή δράση. Οι μικρές υδρόφιλες διαλυμένες ουσίες είναι ικανές να περάσουν μέσω του ΟΜ μέσω άφθονων πρωτεϊνών πορίνης που χρησιμεύουν ως υδρόφιλα διαμεμβρανικά κανάλια και αυτός είναι ένας λόγος που τα Gram-αρνητικά βακτήρια είναι σχετικά ανθεκτικά σε υδρόφοβα αντιβιοτικά και τοξικά φάρμακα [ 8 , 9 ]. Ο ΟΜ είναι, ωστόσο, σχεδόν, αλλά όχι εντελώς αδιαπέρατος από υδρόφοβα μόρια, μερικά από τα οποία μπορούν αργά να διασχίσουν πορώδη [ 10 , 11 ]. Οι μηχανισμοί δράσης των ΕΟ και / ή των συστατικών τους εξαρτώνται από τη χημική τους σύνθεση. Για παράδειγμα, η θυμόλη και η καρβακρόλη έχουν παρόμοιες αντιμικροβιακές δράσεις, αλλά έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης κατά Gram θετικών και Gram αρνητικών βακτηριδίων. Η θέση μιας ή περισσοτέρων λειτουργικών ομάδων σε αυτά τα μόρια μπορεί να επηρεάσει την αντιμικροβιακή τους δράση. Η θυμόλη είναι δομικά ανάλογη με την καρβακρόλη, αλλά οι θέσεις των ομάδων υδροξυλίου διαφέρουν μεταξύ των δύο μορίων. Ωστόσο, αυτές οι διαφορές δεν επηρεάζουν τη δραστηριότητα ούτε αντιμικροβιακού παράγοντα. Η αντιμικροβιακή δράση άλλων μορίων, όπως το λιμονένιο και το ρ -κύμηνο, εξαρτάται από την αλκυλική ομάδα. Έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις, το λιμονένιο μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι πιο αποτελεσματικό από το ρ -κύμηνο [ 12 ]. Οι ΟΕ και / ή τα μέλη τους μπορούν να έχουν έναν μόνο στόχο ή πολλαπλούς στόχους της δραστηριότητάς τους. Για παράδειγμα, η τρανς- κινναμαλδεΰδη μπορεί να αναστέλλει την ανάπτυξη των Ε. Coli και S. typhimirium χωρίς να αποσυνθέτει το ΟΜ ή να καταστρέφει το ενδοκυτταρικό ΑΤΡ.Παρόμοια με τη θυμόλη και την καρβακρόλη, η τρανς- κινναμαλδεΰδη πιθανότατα αποκτά πρόσβαση στο περίπλασμα και στα βαθύτερα τμήματα του κυττάρου. Η Carvone είναι επίσης αναποτελεσματική έναντι του OM και δεν επηρεάζει την κυτταρική πισίνα ATP [ 13 , 14 ]. Είναι δύσκολο να προβλεφθεί η ευαισθησία όχι μόνο ενός συγκεκριμένου είδους αλλά και ενός συγκεκριμένου στελέχους στο ίδιο είδος με τους ΟΕ. De Martino et αϊ. [ 5 , 15 ] παρατήρησε ότι δύο στελέχη του Bacillus cereus συμπεριφέρθηκαν διαφορετικά όταν εκτέθηκαν στους ίδιους EO και στα μοναδικά συστατικά τους. Ο προσδιορισμός του τρόπου δράσης των ΟΕ απαιτεί μεγάλη μελέτη της πρώτης ύλης μέχρις ότου τα μοναδικά συστατικά αναγνωριστούν και ο τρόπος δράσης πρέπει επίσης να μελετηθεί σε πολλαπλά στελέχη και είδη μικροοργανισμών. Η διεύρυνση των βασικών μας γνώσεων σχετικά με τα μόρια που υπάρχουν στις ΟΕ θα υποστηρίξει μελλοντικές μελέτες σχετικά με τους ολοκληρωμένους τρόπους αντιμικροβιακής δράσης των ΕΟ.
2.1. Terpenes
Τα τερπένια είναι υδρογονάνθρακες που σχηματίζονται μέσω του συνδυασμού αρκετών μονάδων ισοπρενίου (C5H8). Συντίθενται μέσα στο κυτταρόπλασμα του φυτικού κυττάρου. η σύνθεσή τους συμβαίνει στο μονοπάτι των μεβαλονικών οξέων ξεκινώντας από το ακετύλιο CoA. Τα τερπένια περιέχουν ένα σκελετό υδρογονάνθρακα που μπορεί να αναδιαταχθεί σε μια κυκλική δομή από τις κυκλάσες [ 16 ].Τα πιο κοινά τερπένια είναι μονοτερπένια (C10H16) και σεσκιτερπένια (C15H24), αλλά μακρύτερες αλυσίδες, όπως διτερπένια (C20H32), τριτερπένια (C30H40) και ούτω καθ 'εξής, το φυτικό κύτταρο.Μεταξύ των τερπενίων, το πι-Κυμένιο, το λιμονένιο, το τερπινένιο, το σαβινένιο και το πινένιο είναι τα πιο γνωστά. Τα περισσότερα τερπένια δεν έχουν υψηλή εγγενή αντιμικροβιακή δράση. Το p -Cymene, ένα από τα σημαντικότερα συστατικά του θυμαριού ΕΟ, δεν δείχνει αντιμικροβιακή δράση έναντι πολλών Gram αρνητικών παθογόνων [ 17 ]. Τα άλλα τερπένια, όπως το λιμονένιο, το α-πινένιο, το β-πινένιο, το γ-τερπινένιο δ-3-καρένιο, το (+) - σαβινένιο και το α-τερπινένιο έδειξαν πολύ χαμηλή ή καθόλου αντιμικροβιακή δράση έναντι 25 γενών βακτηριδίων [ 12 ]. Αυτές οι in vitro δοκιμές υποδεικνύουν ότι τα τερπένια εμφανίζουν αναποτελεσματική αντιμικροβιακή δράση όταν χρησιμοποιούνται ως μοναδιαίες ενώσεις.
2.2. Τερπενοειδή
Τα τερπενοειδή είναι τερπένια με προστιθέμενα μόρια οξυγόνου ή που έχουν μετακινηθεί ή απομακρυνθεί από μεμονωμένες ομάδες μεθυλίου [ 16 ]. Η θυμόλη, η καρβακρόλη, η λιναλόλη, η μινθόλη, η γερανιόλη, το οξικό λιναλλύλιο, η κιτρονελλάλη και η πιπεριτόνη είναι τα πιο κοινά και γνωστά τερπενοειδή. Η αντιμικροβιακή δράση των περισσότερων τερπενοειδών σχετίζεται με τις λειτουργικές τους ομάδες και η υδροξυλομάδα των φαινολικών τερπενοειδών και η παρουσία των απομεταλλωμένων ηλεκτρονίων είναι σημαντικά στοιχεία για την αντιμικροβιακή δράση τους. Για παράδειγμα, η καρβακρόλη είναι πιο αποτελεσματική από άλλες ΟΟΣ, όπως το p -κύμηνο [ 12 , 18 , 19 ]. Η ανταλλαγή μεταξύ της ομάδας υδροξυλίου και ενός μεθυλαιθέρα στην καρβακρόλη μπορεί να επηρεάσει την υδροφοβικότητα και την αντιμικροβιακή δράση της. Η θέση της ομάδας υδροξυλίου στο φαινολικό μόριο δεν επηρεάζει την τάση της αντιμικροβιακής δράσης. Σε σύγκριση με την καρβακρόλη, η θυμόλη έχει παρόμοια αντιμικροβιακή δράση έναντι του B. cereus , του S. aureus και του P. aeruginosa , παρόλο που η υδροξυλομάδα του βρίσκεται σε διαφορετική θέση [ 18,20 ]. Η θυμόλη και η καρβακρόλη έχουν εμφανείς ιδιότητες αποικοδόμησης ΟΜ. Helander et αϊ. [ 13 ] κατέδειξαν ότι τα ενισχυμένα LPS απελευθερώνουν και ευαισθητοποιούν τα κύτταρα στα απορρυπαντικά. Εντούτοις, η θυμόλη και η καρβακρόλη δεν δρουν άμεσα ως παράγοντες διαπερατότητας OM (αντίθετα με το EDTA ή την πολυαιθυλενιμίνη, οι οποίες διασπούν την ΟΜ σε υπο-θανατηφόρες συγκεντρώσεις) [ 9 , 14 ]. Αυτές οι ενώσεις είναι επίσης ικανές να αυξάνουν τη διαπερατότητα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης σε ΑΤΡ. Το p- κύμη είναι το πρόδρομο της καρβακρόλης και είναι ένα μονοτερπένιο με βενζολικό δακτύλιο χωρίς οποιεσδήποτε λειτουργικές ομάδες στις πλευρικές του αλυσίδες. Άλλοι έχουν περιγράψει την αντιμικροβιακή δραστικότητα του ρ-κυμένιο όταν χρησιμοποιείται μόνη [ 17 , 21 , 22 ] και το p -κύμηνο μπορεί επίσης να αυξήσει την αντιμικροβιακή δράση άλλων ενώσεων, όπως το παράγωγο carvacrol [ 18 , 23 ]. Το p- κύμημα παρουσιάζει υψηλή συγγένεια για τις μικροβιακές μεμβράνες και μπορεί να διαταράξει τις μεμβράνες, προκαλώντας τους να επεκταθούν και να επηρεάσουν το δυναμικό της μεμβράνης ακέραιων κυττάρων [ 18]. Το p- Κύμης δεν επηρεάζει τη διαπερατότητα της μεμβράνης αλλά μπορεί να μειώσει την ενθαλπία και τη θερμοκρασία τήξης της μεμβράνης [ 24 ]. αυτές οι ιδιότητες ενισχύουν την ιδέα ότι αυτή η ένωση μπορεί να δράσει ως υποκατάστατη ακαθαρσία στη μεμβράνη. Ωστόσο, το ρ -κύμηνο δεν δρα μόνο στο επίπεδο της μεμβράνης. Burt et αϊ. [ 25 ] έδειξε ότι παρόλο που η ένωση δεν επηρέασε την πρωτεϊνική σύνθεση στο Ε. Coli , επηρέασε το δυναμικό της μεμβράνης. Η θεραπεία με ρ-κυμένιο είχε ως αποτέλεσμα μειωμένη κυτταρική κινητικότητα επειδή η κινητήρια δύναμη του πρωτονίου απαιτείται για την κίνηση της μαστίγας. Η θυμόλη είναι ένα φαινολικό μονοτερπενοειδές που απαντάται στον ΕΟ του θυμαριού. Η δομή του είναι παρόμοια με την καρβακρόλη και έχει ομάδες υδροξυλίου που κατέχουν διαφορετικές θέσεις στον φαινολικό δακτύλιο. Παρόμοια με την καρβακρόλη, η αντιμικροβιακή δραστηριότητα θυμόλης έχει ως αποτέλεσμα δομικές και λειτουργικές αλλοιώσεις της κυτταροπλασματικής μεμβράνης [ 26 ] που μπορεί να βλάψει την εξωτερική και την εσωτερική μεμβράνη. μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει με πρωτεΐνες μεμβράνης και ενδοκυτταρικούς στόχους. Η αλληλεπίδραση της θυμόλης με τη μεμβράνη επηρεάζει τη διαπερατότητα της μεμβράνης και έχει σαν αποτέλεσμα την απελευθέρωση ιόντων Κ + και ΑΤΡ [ 20 , 27 , 28 ]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η θυμόλη μπορεί να προκαλέσει την απελευθέρωση των λιποπολυσακχαριτών, αλλά δεν επηρεάζει τα κατιόντα χηλικοποίησης [ 13 ]. Η θυμόλη ενσωματώνεται μέσα στις πολικές ομάδες κεφαλής της λιπιδικής διπλοστοιβάδας, επάγοντας αλλοιώσεις της κυτταρικής μεμβράνης. Σε χαμηλά επίπεδα θυμόλης, η μεμβράνη μπορεί να προσαρμόσει το λιπιδικό προφίλ της για να διατηρήσει τη λειτουργία και τη δομή της μεμβράνης [ 29 ]. Η θυμόλη αλληλεπιδρά επίσης με πρωτεΐνες, όπως καταδεικνύεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μοντέλου με αλβουμίνη βόειου ορού [ 30]. Οι αλληλεπιδράσεις θυμόλης με πρωτεΐνες εμφανίζονται σε διαφορετικές θέσεις εντός του κυττάρου και μπορούν να επηρεάσουν μια ποικιλία κυτταρικών λειτουργιών. Το Carvacrol είναι ένα φαινολικό μονοτερπενοειδές που απαντάται κυρίως στον ΕΟ του ρίγανου. Μαζί με ενώσεις όπως η θυμόλη, η καρβακρόλη είναι ένα από τα πλέον διερευνημένα συστατικά ΕΟ. Παρόμοια με τη θυμόλη, η καρβακρόλη δρα επί μικροβιακών κυττάρων και προκαλεί δομική και λειτουργική βλάβη στις μεμβράνες τους [ 26 ] που έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη διαπερατότητα. Το Carvacrol είναι ένα από τα λίγα συστατικά ενός ΕΟ που έχει αποσυνθετική επίδραση στο ΟΜ των Gram-αρνητικών βακτηριδίων [ 31 ]. Προκαλεί την απελευθέρωση του LPS [ 13 ] και δρα επίσης στην κυτταροπλασματική μεμβράνη για να μεταβάλει τη μεταφορά των ιόντων. Η δραστικότητα της καρβακρόλης φαίνεται να συνδέεται με την παρουσία μιας υδροξυλομάδας που μπορεί να λειτουργήσει ως φορέας μεμβρανών μονοσθενών κατιόντων, μεταφέροντας το Η + στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και μεταφέροντας το Κ + προς τα πίσω [ 18,19 ]. Αυτή η υπόθεση έρχεται σε αντίθεση με άλλες αναφορές ότι η αντιμικροβιακή δραστικότητα της καρβακρόλης δεν συνδέεται με τις υδροξυλομάδες αλλά σχετίζεται με την παρουσία μη υδροξυλομάδων [ 32 ]. Ωστόσο, ο τρόπος δράσης της καρβακρόλης φαίνεται να είναι η αύξηση της ρευστότητας και της διαπερατότητας των μεμβρανών. Όταν τα μικροβιακά κύτταρα εκτίθενται στην καρβακρόλη, μπορούν να αλλάξουν τη σύνθεση μεμβρανικών λιπαρών οξέων. Αυτός είναι ένας πολύ γνωστός μηχανισμός που επιτρέπει στα κύτταρα να διατηρούν τη βέλτιστη δομή και λειτουργία της μεμβράνης. Η αλλοίωση της σύνθεσης των λιπαρών οξέων σε απόκριση της καρβακρόλης θα μπορούσε να επηρεάσει όχι μόνο τη ρευστότητα της μεμβράνης αλλά μπορεί επίσης να επηρεάσει στη συνέχεια τη διαπερατότητά της [ 8 , 33 , 34 , 35 ]. Η επίδραση της Carvacrol στην διαπερατότητα της μεμβράνης επιβεβαιώθηκε με την παρακολούθηση της εκροής των Η +, Κ +, καρβοξυφλουορεσκεΐνης και ΑΤΡ και την εισροή κηλίδων νουκλεϊνικού οξέος [ 13 , 20 , 24 , 28 , 36]. Υπάρχουν επίσης περιορισμένες ενδείξεις ότι η καρβακρόλη επηρεάζει τα περιπλασμικά ένζυμα και τις μεμβρανικές πρωτεΐνες [ 30 ] και μπορεί επίσης να έχει ενδοκυτταρικούς στόχους [ 37 ]. Το Carvacrol μπορεί να επηρεάσει την αναδίπλωση ή την εισαγωγή πρωτεϊνών OM. Burt et αϊ. [ 25 ] έδειξαν ότι τα κύτταρα Ε. Coli που αναπτύχθηκαν παρουσία υπο-θανατηφόρας συγκέντρωσης καρβακρόλης παρήγαγαν σημαντικά περισσότερη GroEL, υποδεικνύοντας ότι η καρβακρόλη επηρέασε την δίπλωση πρωτεΐνης. Το Carvacrol αναστέλλει επίσης τη σύνθεση μίας άλλης μικροβιακής πρωτεΐνης, της φασγκελλίνης, και έδωσε αφορμή για κύτταρα χωρίς μαστίγια που ακολούθως εμφάνισαν μειωμένη κινητικότητα. Ωστόσο, ακόμη και τα κύτταρα με μαστίγια εμφάνισαν μειωμένη κινητικότητα που εξαρτιόταν από την ποσότητα καρβακρόλης, υποδεικνύοντας ότι η ένωση μείωσε επίσης την κινητήρια δύναμη του πρωτονίου που απαιτείται για να κατευθύνει τη φλεγμονώδη κίνηση [ 38 ].
2.3. Φαινυλπροπένια
Τα φαινυλοπροπένια ονομάζονται ως τέτοια επειδή περιέχουν μία ομάδα αρωματικών φαινόλης έξι ατόμων άνθρακα και μία ουσία προπενίου τριών ανθράκων από το κινναμικό οξύ, η οποία παράγεται κατά το πρώτο στάδιο της βιοσύνθεσης φαινυλοπροπανοειδούς. Αυτές οι ενώσεις αντιπροσωπεύουν σχετικά μικρό τμήμα των ΕΟ. Η ευγενόλη, η ισοεγενόλη, η βανιλίνη, η σαφρόλη και η κινναμαλδεΰδη είναι τα πλέον μελετημένα φαινυλοπροπένια. Η περισσότερη αντιμικροβιακή δράση αυτών των μορίων προσδίδεται από τις ελεύθερες υδροξυλομάδες τους [ 39 ]. Η αντιμικροβιακή δράση της ευγενόλης μπορεί να αποδοθεί στην παρουσία ενός διπλού δεσμού στις θέσεις α, β της πλευρικής αλυσίδας και σε μια ομάδα μεθυλίου που βρίσκεται στη γ θέση [ 40 ]. Η αντιμικροβιακή δραστικότητα των φαινυλοπροπενών εξαρτάται επίσης από τον τύπο και τον αριθμό των υποκαταστάσεων στον αρωματικό δακτύλιο και παρόμοια με τα περισσότερα άλλα ΕΟ, από τη μικροβιακή καταπόνηση και από τις συνθήκες στις οποίες εξετάζεται ο ΕΟ [ 41 ]. Σε γενικές γραμμές, τα φαινυλοπροπένια παρουσιάζουν μια σειρά αντιβακτηριακής δράσης. Η ισοεγενόλη είναι πιο δραστική έναντι των βακτηριδίων από την ευγενόλη και είναι επίσης αποτελεσματική έναντι των ζυμών και των καλουπιών [ 39 , 42 , 43 ]. Είναι ενδιαφέρον ότι η ευγενόλη και η ισοεγενόλη εμφανίζουν υψηλότερη δραστικότητα έναντι Gram-αρνητικών βακτηριδίων από τα Gram-θετικά βακτηρίδια [ 44 ]. Η κινναμαλδεΰδη είναι γενικά λιγότερο ισχυρή από την ευγενόλη [ 45 ], αλλά όταν χρησιμοποιείται ενάντια στα Ε. Coli και S. typhimurium , η δράση της είναι παρόμοια με την θυμόλη και την καρβακρόλη, τα ισχυρότερα ΟΕ [ 13 ]. Η ευγενόλη μεταβάλλει τη μεμβράνη, επηρεάζει τη μεταφορά ιόντων και ΑΤΡ και αλλάζει το προφίλ λιπαρών οξέων διαφορετικών βακτηρίων. Επίσης δρα εναντίον διαφορετικών βακτηριακών ενζύμων, συμπεριλαμβανομένης της ΑΤΡάσης, της ιστιδίνης καρβοξυλάσης, της αμυλάσης και της πρωτεάσης [ 46 , 47 ]. Η κινναμαλδεΰδη έχει τουλάχιστον τρεις μηχανισμούς δράσης κατά των βακτηριδίων. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, αναστέλλει τα ένζυμα που εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις κυτοκίνης ή άλλες λιγότερο σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, δρα ως αναστολέας της ΑΤΡάσης. Σε μια θανατηφόρο συγκέντρωση, το cinnamaldheyde διαταράσσει τη μεμβράνη. Ορισμένες μελέτες έχουν αναφέρει αντικρουόμενες πληροφορίες σχετικά με τη δραστηριότητα διαταραχής της μεμβράνης του cinnamaldheyde. Για παράδειγμα, μια υπο-θανατηφόρος συγκέντρωση του μορίου δεν επηρεάζει την ακεραιότητα της μεμβράνης στο Ε. Coli αλλά μπορεί να αναστείλει την ανάπτυξη και τη βιοφωταύγεια του μικροοργανισμού Photobacterium leiognathi . αυτό υποδηλώνει ότι το cinnamaldheyde αποκτά πρόσβαση στο περιπλάσμα και ίσως επίσης στο κυτταρόπλασμα [ 13 ]. Η κινναμαλδεΰδη είναι πράγματι ικανή να μεταβάλλει το λιπιδικό προφίλ της μεμβράνης μικροβιακών κυττάρων [ 47 ]. Η βανιλλίνη είναι μια φαινυλοπροπενική φαινολική αλδεΰδη με έναν κακώς κατανοητό μηχανισμό δράσης. Ωστόσο, μερικές μελέτες έχουν δείξει ότι αναστέλλει την οδό αναπνοής σε Ε. Coli και L. innocua και ότι έχει δράση εναντίον ορισμένων βακτηρίων γαλακτικού οξέος, όπως το L. plantarum , διακόπτοντας την ομοιοστασία Κ + και ρΗ [ 48 ]. Fitzgerald et αϊ. [ 49 ] παρατήρησε ότι ο πρωταρχικός στόχος της βανιλίνης είναι η μεμβράνη, αλλά ανέφερε ότι άλλοι στόχοι μπορεί να υπάρχουν μέσα στο μικροβιακό κύτταρο. Το Carvone είναι ικανό να διαταράξει την κλίση του ρΗ και το δυναμικό μεμβράνης των κυττάρων. Με αυξανόμενη ποσότητα καρβόνης, Oosterhaven et al. [ 50 ] παρατηρήθηκε μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των Ε. Coli , Streptococcus thermophilus και L. lactis και υποθέτει ότι η ένωση μπορεί να δράσει διαταράσσοντας την κατάσταση μεταβολικής ενέργειας των κυττάρων. Αντίθετα, μια άλλη μελέτη [ 13 ] διαπίστωσε ότι η καρβόνη ήταν αναποτελεσματική έναντι του OM των Ε. Coli και S. typhimurium και δεν επηρέασε την ενδοκυτταρική τους ομάδα ΑΤΡ. Το γ-τερπινένιο δεν επηρεάζει την ανάπτυξη του S. typhimurium [ 30 ], ενώ η α-τερπινένη ανέστειλε 11 από τα 25 βακτηριακά είδη που εξετάστηκαν από τους Dorman και Deans [ 12 ].
3. Μηχανισμοί δράσης των αιθέριων ελαίων ή / και των συστατικών τους
Η αντιμικροβιακή δράση των ΕΟΣ, παρόμοια με όλα τα φυσικά εκχυλίσματα, εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση και την ποσότητα των μεμονωμένων συστατικών. Πολλές από τις αντιμικροβιακές ενώσεις εκφράζονται συστατικά από τα φυτά και άλλες μπορούν να συντεθούν ως μηχανισμός αυτοάμυνας σε απόκριση παθογόνων. Τα λαχανικά, τα μπαχαρικά και τα φρούτα με υψηλό επίπεδο Ε.Ο. είναι εξαιρετικές πηγές φυσικών στοιχείων με δράση εναντίον μικροοργανισμών αγροτικού και υγειονομικού ενδιαφέροντος [ 51 ]. Αυτά τα μόρια μπορούν να είναι φυσικά παρόντα στην ενεργή τους μορφή στο φυτό ή μπορούν να ενεργοποιηθούν από ειδικά ένζυμα όταν ο φυτικός οργανισμός υποβάλλεται σε ιδιαίτερο βιοτικό ή αβιοτικό στρες [ 52 ]. Διάφορες ποσότητες συγκεκριμένων ενώσεων μπορούν να επηρεάσουν την αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ. Για παράδειγμα, υψηλές συγκεντρώσεις κινναμωμικής αλδεΰδης, ευγενόλης ή κιτραλής προσδίδουν αντιμικροβιακές ιδιότητες σε ΕΟ [ 53 , 54 ]. Τα μονοτερπένια και οι φαινόλες που υπάρχουν σε εσπεριδοειδή θυμάρι, φασκόμηλο και δενδρολίβανο έχουν αξιοσημείωτη αντιμικροβιακή, αντιμυκητιακή και αντιική δράση [ 55 , 56 , 57 ]. Ορισμένες ΟΕ, όπως αυτές που βρίσκονται σε βασιλικό, φασκόμηλο, υσόπιο, δεντρολίβανο, ρίγανη και μαντζουράνα, είναι δραστικές κατά των E.coli , S. aureus , Β. Cereus και Salmonella spp. αλλά είναι λιγότερο αποτελεσματικά έναντι του Pseudomonas spp. λόγω του σχηματισμού εξωπολυσακχαριτών που αυξάνουν την αντοχή σε ΟΕ [ 5 , 57 ].Ο μηχανισμός δράσης των EO εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση και η αντιμικροβιακή δράση τους δεν οφείλεται σε ένα μοναδικό μηχανισμό, αλλά είναι ένας καταρράκτης αντιδράσεων που αφορούν ολόκληρο το βακτηριακό κύτταρο [ 57 ]. μαζί, αυτές οι ιδιότητες αναφέρονται ως "ευελιξία αιθέριων ελαίων". Γενικά, οι ΟΕ δρουν να αναστέλλουν την ανάπτυξη βακτηριακών κυττάρων και επίσης να αναστέλλουν την παραγωγή τοξικών βακτηριακών μεταβολιτών. Τα περισσότερα EO έχουν ισχυρότερη επίδραση στα Gram-θετικά βακτήρια από τα Gram-αρνητικά είδη και αυτό το φαινόμενο πιθανότατα οφείλεται στις διαφορές στις συνθέσεις των κυτταρικών μεμβρανών ( Εικόνα 1 ) [ 3 , 56 , 58 ].
4. Ποιοι είναι οι πιθανοί μηχανισμοί δράσης των Ε.Ο. ή / και των συστατικών τους κατά των μικροβίων;
Διάφοροι μηχανισμοί έχουν περιγραφεί για να εξηγήσουν τη δραστηριότητα μιας ΕΟ σε βακτηριακά κύτταρα. Η δραστηριότητα ενός ΕΟ μπορεί να επηρεάσει τόσο το εξωτερικό περίβλημα του κυττάρου όσο και το κυτταρόπλασμα. Η υδροφοβικότητα που είναι χαρακτηριστική των ΕΟΣ είναι υπεύθυνη για τη διάσπαση των βακτηριακών δομών που οδηγεί σε αυξημένη διαπερατότητα εξαιτίας της αδυναμίας διαχωρισμού των ΕΟ από τη βακτηριακή κυτταρική μεμβράνη. Ο φραγμός διαπερατότητας που παρέχεται από τις κυτταρικές μεμβράνες είναι απαραίτητος σε πολλές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης της ενεργειακής κατάστασης του κυττάρου, των διεργασιών μετατροπής ενέργειας με μεμβράνη, της μεταφοράς διαλυτών ουσιών και της μεταβολικής ρύθμισης. Η κυτταρική μεμβράνη είναι επίσης απαραίτητη για τον έλεγχο της πίεσης [ 59 , 60 ]. Οι τοξικές επιδράσεις στη δομή και λειτουργία της μεμβράνης χρησιμοποιούνται γενικά για να εξηγήσουν την αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ [ 61 , 62 , 63 ]. Στην πραγματικότητα, οι μηχανισμοί δράσης των ΕΟ περιλαμβάνουν την αποικοδόμηση του κυτταρικού τοιχώματος [ 13 , 64 ], καταστροφή της κυτταροπλασμικής μεμβράνης, πήξη του κυτταροπλάσματος [ 18 , 33 , 65 ], καταστροφή των πρωτεϊνών της μεμβράνης, αυξημένη διαπερατότητα που οδηγεί σε διαρροή κυττάρων μειώνοντας την κινητήρια δύναμη του πρωτονίου [ 66 ], μειώνοντας την ενδοκυτταρική συγκέντρωση ATP μέσω μειωμένης σύνθεσης ATP και αυξημένης υδρόλυσης, η οποία είναι ξεχωριστή από την αυξημένη διαπερατότητα της μεμβράνης και μειώνει το δυναμικό της μεμβράνης μέσω αυξημένης διαπερατότητας μεμβράνης [ 57 ]. Helander et αϊ. [ 13 ] περιγράφεται η επίδραση διαφορετικών συνιστωσών ΕΟ επί της διαπερατότητας OM. Το έλαιο τσαγιού προκάλεσε βλάβη στις δομές μεμβράνης κυττάρου που συνοδεύτηκε από μειωμένη βιωσιμότητα και για τους τρεις μικροοργανισμούς που περιλαμβάνονται στη μελέτη τους και η βλάβη της μεμβράνης επιβεβαιώθηκε ως η πιο πιθανή αιτία θανάτου κυττάρων. Έτσι, η υδρόφοβη φύση των ΕΟΤ τους επιτρέπει να διεισδύουν στα μικροβιακά κύτταρα και να προκαλούν αλλοιώσεις στη δομή και τη λειτουργικότητά τους. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι ΟΟ είναι γενικά πιο αποτελεσματικοί, με κάποιες εξαιρέσεις [ 67 ], έναντι των θετικών κατά Gram μικροοργανισμών. Η εξωτερική κάψουλα κάποιων αρνητικών κατά Gram βακτηρίων περιορίζει ή εμποδίζει τη διείσδυση των ΕΟΣ στο μικροβιακό κύτταρο. Οι ενώσεις που υπάρχουν στις ΕΟΤ είναι επίσης ικανές να παρεμβαίνουν με πρωτεΐνες στο τοίχωμα που συχνά εμπλέκονται στη μεταφορά βασικών μορίων στο κύτταρο. Άλλοι συγγραφείς έχουν προτείνει ότι τα συστατικά του ΕΟ ενεργούν με διάφορους τρόπους ώστε να έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια της μικροβιακής βιωσιμότητας. Οι επιδράσεις των ΟΟ οδηγούν συνήθως στην αποσταθεροποίηση της διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίων, στην καταστροφή της λειτουργίας και της σύνθεσης της μεμβράνης του πλάσματος, στην απώλεια ζωτικών ενδοκυτταρικών συστατικών και στην αδρανοποίηση των ενζυμικών μηχανισμών. Σε μερικές περιπτώσεις, τα αιθέρια έλαια μεταβάλλουν επίσης τη διαπερατότητα της μεμβράνης καταστρέφοντας το σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων [ 68 ] και πολλά συστατικά των ΕΟ, όπως το καρπόν, η θυμόλη και η καρβακρόλη, οδηγούν σε αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του ΑΤΡ, που συνδέεται με την καταστροφή της μικροβιακής μεμβράνης [ 13 ]. Η παρεμπόδιση της μεταφοράς ηλεκτρονίων για την παραγωγή ενέργειας και η διατάραξη της κινητήριας δύναμης του πρωτονίου, η μετατόπιση των πρωτεϊνών και η σύνθεση των κυτταρικών συνιστωσών αποτελούν φυσιολογικές αλλαγές που μπορούν να οδηγήσουν σε κυτταρική λύση και θάνατο [ 19 , 29 ]. Η ακεραιότητα της κυτταρικής μεμβράνης είναι απαραίτητη για την επιβίωση των βακτηρίων, διότι αποτελεί βασικό στοιχείο για τις θεμελιώδεις βιολογικές δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα μέσα στα κύτταρα. Η μεμβράνη αντιπροσωπεύει ένα αποτελεσματικό φράγμα μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος. η εισαγωγή και εξαγωγή των μεταβολιτών και των ιόντων που είναι απαραίτητα για όλες τις δραστηριότητες που συμβαίνουν στο μικροβιακό κύτταρο συμβαίνουν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Όταν υπάρχουν αντιμικροβιακές ενώσεις στο περιβάλλον που περιβάλλει τους μικροοργανισμούς, τα βακτήρια μπορεί να αντιδράσουν μεταβάλλοντας τη σύνθεση των λιπαρών οξέων και των μεμβρανικών πρωτεϊνών για να τροποποιήσουν τη ρευστότητα της μεμβράνης [ 69 ]. Η υδροφοβικότητα των ΕΟ και των συστατικών τους επιτρέπει να διαχέονται διαμέσου του διπλού λιπιδικού στρώματος της μεμβράνης. Οι ΕΟ μπορούν να αλλάξουν τόσο τη διαπερατότητα όσο και τη λειτουργία των μεμβρανικών πρωτεϊνών. Ορισμένες ΟΕ, ιδιαίτερα έλαια που είναι πλούσια σε φαινολικά, είναι ικανά να εισάγουν στα διπλά στρώματα φωσφολιπιδίων βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων, όπου συνδέονται με τις πρωτεΐνες και εμποδίζουν τους να εκτελούν τις φυσιολογικές λειτουργίες τους [ 30 ]. Αυτό το φαινόμενο δείχνει ότι η μεμβράνη είναι ο πρώτος στόχος των ΟΕ. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο μηχανισμός δράσης του ΕΟ δεν είναι απομονωμένος αλλά αντίθετα περιλαμβάνει μια σειρά συμβάντων τόσο στην κυτταρική επιφάνεια όσο και στο κυτταρόπλασμα. Η αλλοίωση της διαπερατότητας της μεμβράνης και οι ατέλειες στη μεταφορά των μορίων και των ιόντων οδηγούν σε μια «αποσταθεροποίηση» εντός του μικροβιακού κυττάρου. Αυτό οδηγεί στη συνέχεια στην πήξη του κυτταροπλάσματος, στην μετουσίωση αρκετών ενζύμων και κυτταρικών πρωτεϊνών και στην απώλεια μεταβολιτών και ιόντων [ 4 ]. Σε πολλές περιπτώσεις, όπως παρουσία υπο-θανατηφόρων συγκεντρώσεων ΕΟΣ ή άλλων αντιμικροβιακών ενώσεων, οι μικροοργανισμοί αντιδρούν αυξάνοντας την έκφραση των πρωτεϊνών απόκρισης [ 25 ] για την αποκατάσταση των κατεστραμμένων πρωτεϊνών [ 20 ]. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση των ΕΟΣ ή άλλων φυσικών αντιμικροβιακών είναι υψηλότερη, αυτή η απόκριση δεν είναι ικανή να αποτρέψει τον κυτταρικό θάνατο. Αυτό το φαινόμενο είναι περισσότερο εμφανές για Gram-θετικά βακτηρίδια. Το κυτταρικό τοίχωμα Gram-αρνητικών βακτηρίων είναι πιο ανθεκτικό στη δραστηριότητα των ΕΟ και των συστατικών τους. Το Gram-αρνητικό κυτταρικό τοίχωμα δεν επιτρέπει την είσοδο υδρόφοβων μορίων τόσο εύκολα όσο τα θετικά κατά Gram βακτήρια. Έτσι, οι EO είναι λιγότερο ικανοί να επηρεάσουν την κυτταρική ανάπτυξη των Gram-αρνητικών βακτηριδίων [ 4 ]. Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των μορίων που υπάρχουν στα φυσικά εκχυλίσματα, η αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ δεν μπορεί να αποδοθεί σε ένα μόνο μηχανισμό. Αντ 'αυτού, εμπλέκονται διάφοροι βιοχημικοί και δομικοί μηχανισμοί [ 70 ] σε πολλαπλές θέσεις εντός του κυττάρου και επί της κυτταρικής επιφάνειας. Αυτοί οι μηχανισμοί περιλαμβάνουν χημικές τροποποιήσεις της κυτταρικής μεμβράνης, του κυτταροπλάσματος, των ενζύμων και των πρωτεϊνών και μπορούν να αλλάξουν εντελώς τη διαμόρφωση του μικροβιακού κυττάρου. Επιπλέον, η παρατεταμένη απώλεια ιόντων ή μεταβολιτών λόγω έκθεσης σε ΕΟ μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τον μικροβιακό μεταβολισμό και να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο [ 4 , 57 ]. Για παράδειγμα, το έλαιο δέντρων τσαγιού μπορεί να προκαλέσει το θάνατο του E. coli χωρίς να λυθεί το κελί [ 65 ]. Το σχήμα 2 περιγράφει κάποιους πιθανούς μηχανισμούς δράσης των ΕΟ και / ή των συστατικών τους και δείχνει τους πιθανούς κυτταρικούς στόχους της αντιμικροβιακής δράσης τους. Ωστόσο, κάθε μία από αυτές τις δράσεις δεν μπορεί να θεωρηθεί ως χωριστά γεγονότα, αλλά μπορεί να είναι συνέπεια των άλλων δραστηριοτήτων.
4.1. Επίδραση στο προφίλ λιπαρών οξέων της κυτταρικής μεμβράνης
Η οδός βιοσύνθεσης λιπιδίων είναι ένας σημαντικός στόχος για την ανάπτυξη νέων αντιμικροβιακών [ 71 , 72 ]. Λόγω της υδρόφοβης φύσης τους, οι ΕΟ και / ή τα συστατικά τους μπορούν να επηρεάσουν το ποσοστό των ακόρεστων λιπαρών οξέων (UFA) και να μεταβάλουν τη δομή τους [ 4 ]. Η προσαρμογή των κυττάρων στην παρουσία αυτών των ενώσεων σε συγκέντρωση χαμηλότερη από την MIC θα μπορούσε να οδηγήσει σε αύξηση του ποσοστού UFA που είναι υπεύθυνες για τη ρευστότητα της μεμβράνης [ 35 , 71 ], πράγμα που μπορεί να υποδηλώνει έναν συγκεκριμένο μηχανισμό δράσης έναντι το εξωτερικό περίβλημα του κυττάρου που θα μπορούσε να προκαλέσει αλλαγές δομικής μεμβράνης παρατηρήσιμες από το SEM.Το λιπιδικό προφίλ των κυττάρων ανάπαυσης παρουσιάζει αναδιοργάνωση μετά από επεξεργασία με ενώσεις ΕΟ και πολλοί συγγραφείς έχουν περιγράψει την οδό σύνθεσης βακτηριακών λιπαρών οξέων ως βέλτιστο στόχο πολλών αντιβακτηριακών παραγόντων [ 73 , 74 , 75 ]. Η θεραπεία με θυμόλη, καρβακρόλη και ευγενόλη, που είναι όλες φαινολικές ενώσεις, μπορεί να αυξήσει την ποσότητα κορεσμένων λιπαρών οξέων C16 (και μικρότερου μήκους), να αυξήσει την ποσότητα κορεσμένου C18 και να μειώσει την ποσότητα των ακόρεστων C18 λιπαρών οξέων στη βακτηριακή μεμβράνη. Όταν απουσιάζουν κορεσμένα C18 λιπαρά οξέα, μπορεί να εμφανιστεί μείωση της C18: 2 trans και C18: 3 cis μετά την αγωγή (π.χ. S. typhimurium ) ή αύξηση C18: 1 cis και αντίστοιχη μείωση C18: 2 trans μπορεί να παρατηρηθεί (π.χ., Β. thermosphacta ). Εκτός από τις άμεσες επιδράσεις στα λιπαρά οξέα του OM, οι ΕΟΤ μπορούν επίσης να επηρεάσουν τα ένζυμα που εμπλέκονται στη σύνθεση λιπαρών οξέων, όπως ένα ενζύμο πολυαμιδικής μεμβρανικής δεσατουράσης που χρησιμοποιείται γενικά από τα κύτταρα για να παράγει κορεσμένα λιπαρά οξέα (SFAs) [ 35 , 76 , 77 ]. Και πάλι, η δραστηριότητα των Ε.Ο. ή / και των συστατικών τους δεν μπορεί να αποδοθεί σε ένα μόνο γεγονός. τα περισσότερα από τα συστατικά των ΟΕ [ 13 , 18 , 48 ] δρουν στο OM και αυξάνουν τη διαπερατότητά του. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη διασπορά των ενζύμων δεσατουράσης και τους επιτρέπει να δρουν στα λιπαρά οξέα της μεμβράνης. Αντιστρόφως, οι ΟΟ δεν ενεργοποιούν άλλα ενζυματικά συστήματα, όπως η cis-trans ισομεράση που ρυθμίζει τη μετατροπή των cis λιπαρών οξέων στα trans ισομερή τους. Το ένζυμο αυτό είναι γενικά ενεργό κατά την προσαρμογή των κυττάρων στις περιβαλλοντικές καταπονήσεις [ 78 ]. Συνολικά, η δραστικότητα των συστατικών ΕΟ είναι πιθανότατα να κάνει ταυτόχρονες επιδράσεις σε ένα σύνολο ενζύμων λιπαρών οξέων που οδηγούν σε αύξηση των cis ισομερών, μείωση του μήκους της αλυσίδας και γενική μείωση της αφθονίας των UFA. Η αύξηση της ποσότητας των SFAs στη μεμβράνη λιπιδίων διπλής στιβάδας έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια της ρευστότητας της μεμβράνης και την επακόλουθη αύξηση της ακαμψίας της μεμβράνης [ 74 ]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, κύτταρα ελαττωματικά στην παραγωγή UFAs μπορούν να συνεχίσουν να αναπτύσσονται και να συνθέτουν φωσφολιπίδια, αλλά τελικά αρχίζουν να χάνουν μεταβολίτες και στη συνέχεια να λύουν. Σε μερικά μικροβιακά κύτταρα, όπως το Β. Thermophacta και το S. typhimurium , η μείωση των επιπέδων του trans C18 λιπαρού οξέος δεν συνοδεύεται από αύξηση του cis ισομερούς του, αλλά η αύξηση του C18: 1 cis και C17: 1 cis τα λιπαρά οξέα μπορεί να σχετίζονται με μια τέτοια μείωση [ 35 ].
4.2. Δράση για τις πρωτεΐνες
Διαφορετικά συστατικά των ΕΟΣ μπορούν να δράσουν σε πρωτεΐνες που υπάρχουν στα βακτήρια και μπορεί να επηρεάσουν την κυτταρική διαίρεση. Η κινναμαλδεΰδη, για παράδειγμα, είναι ικανή να αναστέλλει τον διαχωρισμό των κυττάρων στο Β. Cereus . Η διαίρεση των βακτηριακών κυττάρων ρυθμίζεται από FtsZ, ένα προκαρυωτικό ομόλογο τουμπουλίνης. Το FtsZ συναρμολογείται σε δακτύλιο Ζ στο σημείο της κυτταρικής διαίρεσης. η κινναμαλδεΰδη μπορεί να μειώσει την αντίδραση συναρμολόγησης in vitro και τη δέσμευση του FtsZ. Μπορεί επίσης να διαταράξει τη μορφολογία του δακτυλίου Ζ ίη νίνο και να μειώσει τη συχνότητα του Ζ-δακτυλίου ανά μονάδα κυτταρικού μήκους Ε. Coli. Επιπλέον, ο πολυμερισμός FtsZ εξαρτώμενος από GTP αναστέλλεται από την κινναμαλδεΰδη [ 79 ]. Η κινναμαλδεΰδη μπορεί επίσης να αναστείλει τον ρυθμό υδρόλυσης GTP και να δεσμεύεται με FtsZ με ευνοϊκές ενθαλπικές αλληλεπιδράσεις. Μετά τη χαρτογράφηση της περιοχής δέσμευσης της κινναμαλδεΰδης του FtsZ δια διαφοράς μεταφοράς κορεσμού-πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και ενός μοντέλου in silico docking, οι Domadia et αϊ. [ 79 ] προέβλεψε τον θύλακα δέσμευσης κινναμαλδεΰδης στην περιοχή τερματικού C που εμπλέκονταν τον βρόγχο Τ7 του FtsZ και υποθέτει ότι η κινναμαλδεΰδη δεσμεύεται με FtsZ, διαταράσσει τον σχηματισμό κυτοκινητικής Ζ-δακτυλίου και αναστέλλει τη δυναμική της συναρμολόγησης. Ο S. enterica serovar Thompson MCV1 που αναπτύχθηκε παρουσία υπο-θανατηφόρας συγκέντρωσης θυμόλης έδειξε διαφορετικό πρωτεϊνωματικό προφίλ σε σύγκριση με τον έλεγχο [ 80 ]. Η ανάλυση MALDI-TOF έδειξε ότι πολλές πρωτεΐνες μπορούν είτε να ρυθμιστούν είτε να ρυθμιστούν προς τα κάτω από την παρουσία θυμόλης, με σημαντικές αλλαγές σε πρωτεΐνες που ανήκουν σε διαφορετικές λειτουργικές κατηγορίες. Για παράδειγμα, η θειορεδοξίνη-1 (η οποία ανήκει σε μια κατηγορία μικρών ενεργών πρωτεϊνών E12 kDa οξειδοαναγωγής και είναι απαραίτητη για την αναγέννηση της ρεδουκτάσης σουλφοξειδίου μεθειονίνης) δεν εκφράστηκε παρουσία θυμόλης, υποδεικνύοντας ότι η απουσία της οφειλόταν στην παρουσία το EO. Kumar et αϊ. [ 81 ] υποθέτει ότι το Trx1 παίζει ρόλο διαίρεσης κυττάρων Ε. Coli λόγω του υποκυτταρικού εντοπισμού του. Διαφορετικές πρωτεΐνες chaperon μπορούν να ρυθμιστούν ταυτόχρονα ή να συντίθενται σύνθετα. Το GroEL και το DnaK είναι δύο παραδείγματα βασικών πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην προστασία των κυττάρων από το θερμικό στρες και προάγουν την αναδίπλωση της πρωτεΐνης με σύνδεση σε σύντομα, εκτεταμένα πεπτίδια σε έναν ΑΤΡ-εξαρτώμενο κύκλο. Η θυμόλη αυξάνει την έκφραση των προστατευτικών πρωτεϊνών. Αυτή η διαδικασία αρχίζει στη φάση υστέρησης, αλλά οι συνοδούς συνεχίζουν να εργάζονται στις επόμενες φάσεις της βακτηριακής ανάπτυξης για να βοηθήσουν τη σαλμονέλα να προσαρμοστεί σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες [ 82 ]. Η θεραπεία με θυμόλη προκαλεί την αύξηση της ρύθμισης ορισμένων πρωτεϊνών και μπορεί να προκαλέσει το στρες του βακτηριακού περιβλήματος λόγω της συσσώρευσης λανθασμένα διπλωμένων πρωτεϊνών OM. Μια άλλη πρωτεΐνη που επηρεάζεται από την παρουσία ΕΟ, όπως η θυμόλη, είναι η πρωτεΐνη που εμπλέκεται στο σύστημα φωσφοτρανσφεράσης η οποία μειώνεται κατά περισσότερο από το ήμισυ της συνηθισμένης συγκέντρωσης. Η θυμόλη ρυθμίζει προς τα πάνω την πρωτεΐνη καναλιού OM TolC που εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός συστήματος εκροής που αντιπροσωπεύει έναν σημαντικό μηχανισμό αντοχής στα απορρυπαντικά και τα χολικά άλατα της Salmonella και μπορεί επίσης να εμπλέκεται στην αντοχή στην θυμόλη. Η θυμόλη μπορεί επίσης να επηρεάσει την έκφραση των πρωτεϊνών που εμπλέκονται στον ενεργειακό μεταβολισμό, όπως η ενολάση, η οποία είναι πάνω από 10 φορές ρυθμισμένη προς τα πάνω σε επεξεργασμένα με θυμόλη κύτταρα, την εξαρτώμενη από 2,3-διφωσφογλυκερίνη φωσφογλυκερική μουτάση dPGM και την γλυκεραλδεϋδη- φωσφορική δεϋδρογενάση Α, οι οποίες ρυθμίζονται προς τα κάτω [ 82 ]. Ορισμένα ένζυμα, όπως αυτά που εμπλέκονται στη μεταφορά γλουταμίνης, υπερεκφράζονται από S. typhimurium παρουσία θυμόλης σε μια προσπάθεια να αυξηθεί η μολυσματικότητα των βακτηριδίων [ 84 ]. Άλλες πρωτεΐνες, όπως η πρωτεΐνη δεσμεύσεως DNA H-NS και οι 50S ριβοσωμικές πρωτεΐνες L7 / L12, ρυθμίζονται προς τα κάτω από θυμόλη. Αυτό αυξάνει τη βακτηριακή σταθερότητα DNA και αναστέλλει τη μεταγραφή ως περαιτέρω μηχανισμό προστασίας. Η θυμόλη μπορεί επίσης να βλάψει τις οδούς κιτρικού και οξικού και μπορεί να επηρεάσει μερικά από τα ένζυμα που εμπλέκονται στον καταβολισμό διαφορετικών πηγών άνθρακα και αζώτου. Proteins that are required for bacterial survival and are conserved among pathogens are considered excellent targets for inhibitor screening [ 85 , 86 ]. One such E. coli protein, YidC, a 60-kDa membrane protein [ 87 ], is essential for membrane protein translocation and insertion and acts with the Sec-translocase and
Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών , Εθνική Βιβλιοθήκη Ιατρικής των Η.Π.Α.Η δομή του κυτταρικού τοιχώματος των θετικών κατά Gram βακτηρίων επιτρέπει στα υδρόφοβα μόρια να διεισδύσουν εύκολα στα κύτταρα και να δράσουν τόσο στο κυτταρικό τοίχωμα όσο και στο κυτταρόπλασμα. Οι φαινολικές ενώσεις, οι οποίες είναι επίσης παρούσες στις ΕΟΤ, εμφανίζουν γενικά αντιμικροβιακή δράση εναντίον θετικών κατά Gram βακτηριδίων. Η επίδρασή τους εξαρτάται από την ποσότητα της υπάρχουσας ένωσης. σε χαμηλές συγκεντρώσεις, μπορούν να παρεμβαίνουν στα ένζυμα που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας, και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, μπορούν να μετουσιώνουν τις πρωτεΐνες [ 7 ]. Το κυτταρικό τοίχωμα Gram-αρνητικών βακτηρίων είναι πιο περίπλοκο. Έχει ένα στρώμα πεπτιδογλυκάνης πάχους 2-3 nm, το οποίο είναι λεπτότερο από το κυτταρικό τοίχωμα θετικών κατά Gram βακτηρίων και συνθέτει περίπου το 20% του ξηρού βάρους του κυττάρου. Μια εξωτερική μεμβράνη (OM) βρίσκεται έξω από το λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης. Η πεπτιδογλυκάνη και η ΟΜ συνδέονται σταθερά με την λιποπρωτεΐνη Braun. αυτή η πρωτεΐνη συνδέεται ομοιοπολικά με την πεπτιδογλυκάνη και είναι ενσωματωμένη στο ΟΜ. Η παρουσία ενός ΟΜ είναι ένα από τα χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν το Gram-αρνητικό από Gram-θετικά βακτηρίδια. Αποτελείται από ένα διπλό στρώμα φωσφολιπιδίων που συνδέεται με την εσωτερική μεμβράνη με λιποπολυσακχαρίτες (LPS). Η στιβάδα πεπτιδογλυκάνης καλύπτεται από ένα ΟΜ που περιέχει διάφορες πρωτεΐνες καθώς και LPS. Το LPS αποτελείται από το λιπίδιο Α, τον πολυσακχαρίτη πυρήνα και την πλευρική αλυσίδα Ο, το οποίο παρέχει το "quid" που επιτρέπει στα Gram-αρνητικά βακτήρια να είναι πιο ανθεκτικά σε EO και σε άλλα φυσικά εκχυλίσματα με αντιμικροβιακή δράση. Οι μικρές υδρόφιλες διαλυμένες ουσίες είναι ικανές να περάσουν μέσω του ΟΜ μέσω άφθονων πρωτεϊνών πορίνης που χρησιμεύουν ως υδρόφιλα διαμεμβρανικά κανάλια και αυτός είναι ένας λόγος που τα Gram-αρνητικά βακτήρια είναι σχετικά ανθεκτικά σε υδρόφοβα αντιβιοτικά και τοξικά φάρμακα [ 8 , 9 ]. Ο ΟΜ είναι, ωστόσο, σχεδόν, αλλά όχι εντελώς αδιαπέρατος από υδρόφοβα μόρια, μερικά από τα οποία μπορούν αργά να διασχίσουν πορώδη [ 10 , 11 ]. Οι μηχανισμοί δράσης των ΕΟ και / ή των συστατικών τους εξαρτώνται από τη χημική τους σύνθεση. Για παράδειγμα, η θυμόλη και η καρβακρόλη έχουν παρόμοιες αντιμικροβιακές δράσεις, αλλά έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης κατά Gram θετικών και Gram αρνητικών βακτηριδίων. Η θέση μιας ή περισσοτέρων λειτουργικών ομάδων σε αυτά τα μόρια μπορεί να επηρεάσει την αντιμικροβιακή τους δράση. Η θυμόλη είναι δομικά ανάλογη με την καρβακρόλη, αλλά οι θέσεις των ομάδων υδροξυλίου διαφέρουν μεταξύ των δύο μορίων. Ωστόσο, αυτές οι διαφορές δεν επηρεάζουν τη δραστηριότητα ούτε αντιμικροβιακού παράγοντα. Η αντιμικροβιακή δράση άλλων μορίων, όπως το λιμονένιο και το ρ -κύμηνο, εξαρτάται από την αλκυλική ομάδα. Έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις, το λιμονένιο μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι πιο αποτελεσματικό από το ρ -κύμηνο [ 12 ]. Οι ΟΕ και / ή τα μέλη τους μπορούν να έχουν έναν μόνο στόχο ή πολλαπλούς στόχους της δραστηριότητάς τους. Για παράδειγμα, η τρανς- κινναμαλδεΰδη μπορεί να αναστέλλει την ανάπτυξη των Ε. Coli και S. typhimirium χωρίς να αποσυνθέτει το ΟΜ ή να καταστρέφει το ενδοκυτταρικό ΑΤΡ.Παρόμοια με τη θυμόλη και την καρβακρόλη, η τρανς- κινναμαλδεΰδη πιθανότατα αποκτά πρόσβαση στο περίπλασμα και στα βαθύτερα τμήματα του κυττάρου. Η Carvone είναι επίσης αναποτελεσματική έναντι του OM και δεν επηρεάζει την κυτταρική πισίνα ATP [ 13 , 14 ]. Είναι δύσκολο να προβλεφθεί η ευαισθησία όχι μόνο ενός συγκεκριμένου είδους αλλά και ενός συγκεκριμένου στελέχους στο ίδιο είδος με τους ΟΕ. De Martino et αϊ. [ 5 , 15 ] παρατήρησε ότι δύο στελέχη του Bacillus cereus συμπεριφέρθηκαν διαφορετικά όταν εκτέθηκαν στους ίδιους EO και στα μοναδικά συστατικά τους. Ο προσδιορισμός του τρόπου δράσης των ΟΕ απαιτεί μεγάλη μελέτη της πρώτης ύλης μέχρις ότου τα μοναδικά συστατικά αναγνωριστούν και ο τρόπος δράσης πρέπει επίσης να μελετηθεί σε πολλαπλά στελέχη και είδη μικροοργανισμών. Η διεύρυνση των βασικών μας γνώσεων σχετικά με τα μόρια που υπάρχουν στις ΟΕ θα υποστηρίξει μελλοντικές μελέτες σχετικά με τους ολοκληρωμένους τρόπους αντιμικροβιακής δράσης των ΕΟ.
2.1. Terpenes
Τα τερπένια είναι υδρογονάνθρακες που σχηματίζονται μέσω του συνδυασμού αρκετών μονάδων ισοπρενίου (C5H8). Συντίθενται μέσα στο κυτταρόπλασμα του φυτικού κυττάρου. η σύνθεσή τους συμβαίνει στο μονοπάτι των μεβαλονικών οξέων ξεκινώντας από το ακετύλιο CoA. Τα τερπένια περιέχουν ένα σκελετό υδρογονάνθρακα που μπορεί να αναδιαταχθεί σε μια κυκλική δομή από τις κυκλάσες [ 16 ].Τα πιο κοινά τερπένια είναι μονοτερπένια (C10H16) και σεσκιτερπένια (C15H24), αλλά μακρύτερες αλυσίδες, όπως διτερπένια (C20H32), τριτερπένια (C30H40) και ούτω καθ 'εξής, το φυτικό κύτταρο.Μεταξύ των τερπενίων, το πι-Κυμένιο, το λιμονένιο, το τερπινένιο, το σαβινένιο και το πινένιο είναι τα πιο γνωστά. Τα περισσότερα τερπένια δεν έχουν υψηλή εγγενή αντιμικροβιακή δράση. Το p -Cymene, ένα από τα σημαντικότερα συστατικά του θυμαριού ΕΟ, δεν δείχνει αντιμικροβιακή δράση έναντι πολλών Gram αρνητικών παθογόνων [ 17 ]. Τα άλλα τερπένια, όπως το λιμονένιο, το α-πινένιο, το β-πινένιο, το γ-τερπινένιο δ-3-καρένιο, το (+) - σαβινένιο και το α-τερπινένιο έδειξαν πολύ χαμηλή ή καθόλου αντιμικροβιακή δράση έναντι 25 γενών βακτηριδίων [ 12 ]. Αυτές οι in vitro δοκιμές υποδεικνύουν ότι τα τερπένια εμφανίζουν αναποτελεσματική αντιμικροβιακή δράση όταν χρησιμοποιούνται ως μοναδιαίες ενώσεις.
2.2. Τερπενοειδή
Τα τερπενοειδή είναι τερπένια με προστιθέμενα μόρια οξυγόνου ή που έχουν μετακινηθεί ή απομακρυνθεί από μεμονωμένες ομάδες μεθυλίου [ 16 ]. Η θυμόλη, η καρβακρόλη, η λιναλόλη, η μινθόλη, η γερανιόλη, το οξικό λιναλλύλιο, η κιτρονελλάλη και η πιπεριτόνη είναι τα πιο κοινά και γνωστά τερπενοειδή. Η αντιμικροβιακή δράση των περισσότερων τερπενοειδών σχετίζεται με τις λειτουργικές τους ομάδες και η υδροξυλομάδα των φαινολικών τερπενοειδών και η παρουσία των απομεταλλωμένων ηλεκτρονίων είναι σημαντικά στοιχεία για την αντιμικροβιακή δράση τους. Για παράδειγμα, η καρβακρόλη είναι πιο αποτελεσματική από άλλες ΟΟΣ, όπως το p -κύμηνο [ 12 , 18 , 19 ]. Η ανταλλαγή μεταξύ της ομάδας υδροξυλίου και ενός μεθυλαιθέρα στην καρβακρόλη μπορεί να επηρεάσει την υδροφοβικότητα και την αντιμικροβιακή δράση της. Η θέση της ομάδας υδροξυλίου στο φαινολικό μόριο δεν επηρεάζει την τάση της αντιμικροβιακής δράσης. Σε σύγκριση με την καρβακρόλη, η θυμόλη έχει παρόμοια αντιμικροβιακή δράση έναντι του B. cereus , του S. aureus και του P. aeruginosa , παρόλο που η υδροξυλομάδα του βρίσκεται σε διαφορετική θέση [ 18,20 ]. Η θυμόλη και η καρβακρόλη έχουν εμφανείς ιδιότητες αποικοδόμησης ΟΜ. Helander et αϊ. [ 13 ] κατέδειξαν ότι τα ενισχυμένα LPS απελευθερώνουν και ευαισθητοποιούν τα κύτταρα στα απορρυπαντικά. Εντούτοις, η θυμόλη και η καρβακρόλη δεν δρουν άμεσα ως παράγοντες διαπερατότητας OM (αντίθετα με το EDTA ή την πολυαιθυλενιμίνη, οι οποίες διασπούν την ΟΜ σε υπο-θανατηφόρες συγκεντρώσεις) [ 9 , 14 ]. Αυτές οι ενώσεις είναι επίσης ικανές να αυξάνουν τη διαπερατότητα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης σε ΑΤΡ. Το p- κύμη είναι το πρόδρομο της καρβακρόλης και είναι ένα μονοτερπένιο με βενζολικό δακτύλιο χωρίς οποιεσδήποτε λειτουργικές ομάδες στις πλευρικές του αλυσίδες. Άλλοι έχουν περιγράψει την αντιμικροβιακή δραστικότητα του ρ-κυμένιο όταν χρησιμοποιείται μόνη [ 17 , 21 , 22 ] και το p -κύμηνο μπορεί επίσης να αυξήσει την αντιμικροβιακή δράση άλλων ενώσεων, όπως το παράγωγο carvacrol [ 18 , 23 ]. Το p- κύμημα παρουσιάζει υψηλή συγγένεια για τις μικροβιακές μεμβράνες και μπορεί να διαταράξει τις μεμβράνες, προκαλώντας τους να επεκταθούν και να επηρεάσουν το δυναμικό της μεμβράνης ακέραιων κυττάρων [ 18]. Το p- Κύμης δεν επηρεάζει τη διαπερατότητα της μεμβράνης αλλά μπορεί να μειώσει την ενθαλπία και τη θερμοκρασία τήξης της μεμβράνης [ 24 ]. αυτές οι ιδιότητες ενισχύουν την ιδέα ότι αυτή η ένωση μπορεί να δράσει ως υποκατάστατη ακαθαρσία στη μεμβράνη. Ωστόσο, το ρ -κύμηνο δεν δρα μόνο στο επίπεδο της μεμβράνης. Burt et αϊ. [ 25 ] έδειξε ότι παρόλο που η ένωση δεν επηρέασε την πρωτεϊνική σύνθεση στο Ε. Coli , επηρέασε το δυναμικό της μεμβράνης. Η θεραπεία με ρ-κυμένιο είχε ως αποτέλεσμα μειωμένη κυτταρική κινητικότητα επειδή η κινητήρια δύναμη του πρωτονίου απαιτείται για την κίνηση της μαστίγας. Η θυμόλη είναι ένα φαινολικό μονοτερπενοειδές που απαντάται στον ΕΟ του θυμαριού. Η δομή του είναι παρόμοια με την καρβακρόλη και έχει ομάδες υδροξυλίου που κατέχουν διαφορετικές θέσεις στον φαινολικό δακτύλιο. Παρόμοια με την καρβακρόλη, η αντιμικροβιακή δραστηριότητα θυμόλης έχει ως αποτέλεσμα δομικές και λειτουργικές αλλοιώσεις της κυτταροπλασματικής μεμβράνης [ 26 ] που μπορεί να βλάψει την εξωτερική και την εσωτερική μεμβράνη. μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει με πρωτεΐνες μεμβράνης και ενδοκυτταρικούς στόχους. Η αλληλεπίδραση της θυμόλης με τη μεμβράνη επηρεάζει τη διαπερατότητα της μεμβράνης και έχει σαν αποτέλεσμα την απελευθέρωση ιόντων Κ + και ΑΤΡ [ 20 , 27 , 28 ]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η θυμόλη μπορεί να προκαλέσει την απελευθέρωση των λιποπολυσακχαριτών, αλλά δεν επηρεάζει τα κατιόντα χηλικοποίησης [ 13 ]. Η θυμόλη ενσωματώνεται μέσα στις πολικές ομάδες κεφαλής της λιπιδικής διπλοστοιβάδας, επάγοντας αλλοιώσεις της κυτταρικής μεμβράνης. Σε χαμηλά επίπεδα θυμόλης, η μεμβράνη μπορεί να προσαρμόσει το λιπιδικό προφίλ της για να διατηρήσει τη λειτουργία και τη δομή της μεμβράνης [ 29 ]. Η θυμόλη αλληλεπιδρά επίσης με πρωτεΐνες, όπως καταδεικνύεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μοντέλου με αλβουμίνη βόειου ορού [ 30]. Οι αλληλεπιδράσεις θυμόλης με πρωτεΐνες εμφανίζονται σε διαφορετικές θέσεις εντός του κυττάρου και μπορούν να επηρεάσουν μια ποικιλία κυτταρικών λειτουργιών. Το Carvacrol είναι ένα φαινολικό μονοτερπενοειδές που απαντάται κυρίως στον ΕΟ του ρίγανου. Μαζί με ενώσεις όπως η θυμόλη, η καρβακρόλη είναι ένα από τα πλέον διερευνημένα συστατικά ΕΟ. Παρόμοια με τη θυμόλη, η καρβακρόλη δρα επί μικροβιακών κυττάρων και προκαλεί δομική και λειτουργική βλάβη στις μεμβράνες τους [ 26 ] που έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη διαπερατότητα. Το Carvacrol είναι ένα από τα λίγα συστατικά ενός ΕΟ που έχει αποσυνθετική επίδραση στο ΟΜ των Gram-αρνητικών βακτηριδίων [ 31 ]. Προκαλεί την απελευθέρωση του LPS [ 13 ] και δρα επίσης στην κυτταροπλασματική μεμβράνη για να μεταβάλει τη μεταφορά των ιόντων. Η δραστικότητα της καρβακρόλης φαίνεται να συνδέεται με την παρουσία μιας υδροξυλομάδας που μπορεί να λειτουργήσει ως φορέας μεμβρανών μονοσθενών κατιόντων, μεταφέροντας το Η + στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και μεταφέροντας το Κ + προς τα πίσω [ 18,19 ]. Αυτή η υπόθεση έρχεται σε αντίθεση με άλλες αναφορές ότι η αντιμικροβιακή δραστικότητα της καρβακρόλης δεν συνδέεται με τις υδροξυλομάδες αλλά σχετίζεται με την παρουσία μη υδροξυλομάδων [ 32 ]. Ωστόσο, ο τρόπος δράσης της καρβακρόλης φαίνεται να είναι η αύξηση της ρευστότητας και της διαπερατότητας των μεμβρανών. Όταν τα μικροβιακά κύτταρα εκτίθενται στην καρβακρόλη, μπορούν να αλλάξουν τη σύνθεση μεμβρανικών λιπαρών οξέων. Αυτός είναι ένας πολύ γνωστός μηχανισμός που επιτρέπει στα κύτταρα να διατηρούν τη βέλτιστη δομή και λειτουργία της μεμβράνης. Η αλλοίωση της σύνθεσης των λιπαρών οξέων σε απόκριση της καρβακρόλης θα μπορούσε να επηρεάσει όχι μόνο τη ρευστότητα της μεμβράνης αλλά μπορεί επίσης να επηρεάσει στη συνέχεια τη διαπερατότητά της [ 8 , 33 , 34 , 35 ]. Η επίδραση της Carvacrol στην διαπερατότητα της μεμβράνης επιβεβαιώθηκε με την παρακολούθηση της εκροής των Η +, Κ +, καρβοξυφλουορεσκεΐνης και ΑΤΡ και την εισροή κηλίδων νουκλεϊνικού οξέος [ 13 , 20 , 24 , 28 , 36]. Υπάρχουν επίσης περιορισμένες ενδείξεις ότι η καρβακρόλη επηρεάζει τα περιπλασμικά ένζυμα και τις μεμβρανικές πρωτεΐνες [ 30 ] και μπορεί επίσης να έχει ενδοκυτταρικούς στόχους [ 37 ]. Το Carvacrol μπορεί να επηρεάσει την αναδίπλωση ή την εισαγωγή πρωτεϊνών OM. Burt et αϊ. [ 25 ] έδειξαν ότι τα κύτταρα Ε. Coli που αναπτύχθηκαν παρουσία υπο-θανατηφόρας συγκέντρωσης καρβακρόλης παρήγαγαν σημαντικά περισσότερη GroEL, υποδεικνύοντας ότι η καρβακρόλη επηρέασε την δίπλωση πρωτεΐνης. Το Carvacrol αναστέλλει επίσης τη σύνθεση μίας άλλης μικροβιακής πρωτεΐνης, της φασγκελλίνης, και έδωσε αφορμή για κύτταρα χωρίς μαστίγια που ακολούθως εμφάνισαν μειωμένη κινητικότητα. Ωστόσο, ακόμη και τα κύτταρα με μαστίγια εμφάνισαν μειωμένη κινητικότητα που εξαρτιόταν από την ποσότητα καρβακρόλης, υποδεικνύοντας ότι η ένωση μείωσε επίσης την κινητήρια δύναμη του πρωτονίου που απαιτείται για να κατευθύνει τη φλεγμονώδη κίνηση [ 38 ].
2.3. Φαινυλπροπένια
Τα φαινυλοπροπένια ονομάζονται ως τέτοια επειδή περιέχουν μία ομάδα αρωματικών φαινόλης έξι ατόμων άνθρακα και μία ουσία προπενίου τριών ανθράκων από το κινναμικό οξύ, η οποία παράγεται κατά το πρώτο στάδιο της βιοσύνθεσης φαινυλοπροπανοειδούς. Αυτές οι ενώσεις αντιπροσωπεύουν σχετικά μικρό τμήμα των ΕΟ. Η ευγενόλη, η ισοεγενόλη, η βανιλίνη, η σαφρόλη και η κινναμαλδεΰδη είναι τα πλέον μελετημένα φαινυλοπροπένια. Η περισσότερη αντιμικροβιακή δράση αυτών των μορίων προσδίδεται από τις ελεύθερες υδροξυλομάδες τους [ 39 ]. Η αντιμικροβιακή δράση της ευγενόλης μπορεί να αποδοθεί στην παρουσία ενός διπλού δεσμού στις θέσεις α, β της πλευρικής αλυσίδας και σε μια ομάδα μεθυλίου που βρίσκεται στη γ θέση [ 40 ]. Η αντιμικροβιακή δραστικότητα των φαινυλοπροπενών εξαρτάται επίσης από τον τύπο και τον αριθμό των υποκαταστάσεων στον αρωματικό δακτύλιο και παρόμοια με τα περισσότερα άλλα ΕΟ, από τη μικροβιακή καταπόνηση και από τις συνθήκες στις οποίες εξετάζεται ο ΕΟ [ 41 ]. Σε γενικές γραμμές, τα φαινυλοπροπένια παρουσιάζουν μια σειρά αντιβακτηριακής δράσης. Η ισοεγενόλη είναι πιο δραστική έναντι των βακτηριδίων από την ευγενόλη και είναι επίσης αποτελεσματική έναντι των ζυμών και των καλουπιών [ 39 , 42 , 43 ]. Είναι ενδιαφέρον ότι η ευγενόλη και η ισοεγενόλη εμφανίζουν υψηλότερη δραστικότητα έναντι Gram-αρνητικών βακτηριδίων από τα Gram-θετικά βακτηρίδια [ 44 ]. Η κινναμαλδεΰδη είναι γενικά λιγότερο ισχυρή από την ευγενόλη [ 45 ], αλλά όταν χρησιμοποιείται ενάντια στα Ε. Coli και S. typhimurium , η δράση της είναι παρόμοια με την θυμόλη και την καρβακρόλη, τα ισχυρότερα ΟΕ [ 13 ]. Η ευγενόλη μεταβάλλει τη μεμβράνη, επηρεάζει τη μεταφορά ιόντων και ΑΤΡ και αλλάζει το προφίλ λιπαρών οξέων διαφορετικών βακτηρίων. Επίσης δρα εναντίον διαφορετικών βακτηριακών ενζύμων, συμπεριλαμβανομένης της ΑΤΡάσης, της ιστιδίνης καρβοξυλάσης, της αμυλάσης και της πρωτεάσης [ 46 , 47 ]. Η κινναμαλδεΰδη έχει τουλάχιστον τρεις μηχανισμούς δράσης κατά των βακτηριδίων. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, αναστέλλει τα ένζυμα που εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις κυτοκίνης ή άλλες λιγότερο σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, δρα ως αναστολέας της ΑΤΡάσης. Σε μια θανατηφόρο συγκέντρωση, το cinnamaldheyde διαταράσσει τη μεμβράνη. Ορισμένες μελέτες έχουν αναφέρει αντικρουόμενες πληροφορίες σχετικά με τη δραστηριότητα διαταραχής της μεμβράνης του cinnamaldheyde. Για παράδειγμα, μια υπο-θανατηφόρος συγκέντρωση του μορίου δεν επηρεάζει την ακεραιότητα της μεμβράνης στο Ε. Coli αλλά μπορεί να αναστείλει την ανάπτυξη και τη βιοφωταύγεια του μικροοργανισμού Photobacterium leiognathi . αυτό υποδηλώνει ότι το cinnamaldheyde αποκτά πρόσβαση στο περιπλάσμα και ίσως επίσης στο κυτταρόπλασμα [ 13 ]. Η κινναμαλδεΰδη είναι πράγματι ικανή να μεταβάλλει το λιπιδικό προφίλ της μεμβράνης μικροβιακών κυττάρων [ 47 ]. Η βανιλλίνη είναι μια φαινυλοπροπενική φαινολική αλδεΰδη με έναν κακώς κατανοητό μηχανισμό δράσης. Ωστόσο, μερικές μελέτες έχουν δείξει ότι αναστέλλει την οδό αναπνοής σε Ε. Coli και L. innocua και ότι έχει δράση εναντίον ορισμένων βακτηρίων γαλακτικού οξέος, όπως το L. plantarum , διακόπτοντας την ομοιοστασία Κ + και ρΗ [ 48 ]. Fitzgerald et αϊ. [ 49 ] παρατήρησε ότι ο πρωταρχικός στόχος της βανιλίνης είναι η μεμβράνη, αλλά ανέφερε ότι άλλοι στόχοι μπορεί να υπάρχουν μέσα στο μικροβιακό κύτταρο. Το Carvone είναι ικανό να διαταράξει την κλίση του ρΗ και το δυναμικό μεμβράνης των κυττάρων. Με αυξανόμενη ποσότητα καρβόνης, Oosterhaven et al. [ 50 ] παρατηρήθηκε μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των Ε. Coli , Streptococcus thermophilus και L. lactis και υποθέτει ότι η ένωση μπορεί να δράσει διαταράσσοντας την κατάσταση μεταβολικής ενέργειας των κυττάρων. Αντίθετα, μια άλλη μελέτη [ 13 ] διαπίστωσε ότι η καρβόνη ήταν αναποτελεσματική έναντι του OM των Ε. Coli και S. typhimurium και δεν επηρέασε την ενδοκυτταρική τους ομάδα ΑΤΡ. Το γ-τερπινένιο δεν επηρεάζει την ανάπτυξη του S. typhimurium [ 30 ], ενώ η α-τερπινένη ανέστειλε 11 από τα 25 βακτηριακά είδη που εξετάστηκαν από τους Dorman και Deans [ 12 ].
3. Μηχανισμοί δράσης των αιθέριων ελαίων ή / και των συστατικών τους
Η αντιμικροβιακή δράση των ΕΟΣ, παρόμοια με όλα τα φυσικά εκχυλίσματα, εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση και την ποσότητα των μεμονωμένων συστατικών. Πολλές από τις αντιμικροβιακές ενώσεις εκφράζονται συστατικά από τα φυτά και άλλες μπορούν να συντεθούν ως μηχανισμός αυτοάμυνας σε απόκριση παθογόνων. Τα λαχανικά, τα μπαχαρικά και τα φρούτα με υψηλό επίπεδο Ε.Ο. είναι εξαιρετικές πηγές φυσικών στοιχείων με δράση εναντίον μικροοργανισμών αγροτικού και υγειονομικού ενδιαφέροντος [ 51 ]. Αυτά τα μόρια μπορούν να είναι φυσικά παρόντα στην ενεργή τους μορφή στο φυτό ή μπορούν να ενεργοποιηθούν από ειδικά ένζυμα όταν ο φυτικός οργανισμός υποβάλλεται σε ιδιαίτερο βιοτικό ή αβιοτικό στρες [ 52 ]. Διάφορες ποσότητες συγκεκριμένων ενώσεων μπορούν να επηρεάσουν την αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ. Για παράδειγμα, υψηλές συγκεντρώσεις κινναμωμικής αλδεΰδης, ευγενόλης ή κιτραλής προσδίδουν αντιμικροβιακές ιδιότητες σε ΕΟ [ 53 , 54 ]. Τα μονοτερπένια και οι φαινόλες που υπάρχουν σε εσπεριδοειδή θυμάρι, φασκόμηλο και δενδρολίβανο έχουν αξιοσημείωτη αντιμικροβιακή, αντιμυκητιακή και αντιική δράση [ 55 , 56 , 57 ]. Ορισμένες ΟΕ, όπως αυτές που βρίσκονται σε βασιλικό, φασκόμηλο, υσόπιο, δεντρολίβανο, ρίγανη και μαντζουράνα, είναι δραστικές κατά των E.coli , S. aureus , Β. Cereus και Salmonella spp. αλλά είναι λιγότερο αποτελεσματικά έναντι του Pseudomonas spp. λόγω του σχηματισμού εξωπολυσακχαριτών που αυξάνουν την αντοχή σε ΟΕ [ 5 , 57 ].Ο μηχανισμός δράσης των EO εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση και η αντιμικροβιακή δράση τους δεν οφείλεται σε ένα μοναδικό μηχανισμό, αλλά είναι ένας καταρράκτης αντιδράσεων που αφορούν ολόκληρο το βακτηριακό κύτταρο [ 57 ]. μαζί, αυτές οι ιδιότητες αναφέρονται ως "ευελιξία αιθέριων ελαίων". Γενικά, οι ΟΕ δρουν να αναστέλλουν την ανάπτυξη βακτηριακών κυττάρων και επίσης να αναστέλλουν την παραγωγή τοξικών βακτηριακών μεταβολιτών. Τα περισσότερα EO έχουν ισχυρότερη επίδραση στα Gram-θετικά βακτήρια από τα Gram-αρνητικά είδη και αυτό το φαινόμενο πιθανότατα οφείλεται στις διαφορές στις συνθέσεις των κυτταρικών μεμβρανών ( Εικόνα 1 ) [ 3 , 56 , 58 ].
4. Ποιοι είναι οι πιθανοί μηχανισμοί δράσης των Ε.Ο. ή / και των συστατικών τους κατά των μικροβίων;
Διάφοροι μηχανισμοί έχουν περιγραφεί για να εξηγήσουν τη δραστηριότητα μιας ΕΟ σε βακτηριακά κύτταρα. Η δραστηριότητα ενός ΕΟ μπορεί να επηρεάσει τόσο το εξωτερικό περίβλημα του κυττάρου όσο και το κυτταρόπλασμα. Η υδροφοβικότητα που είναι χαρακτηριστική των ΕΟΣ είναι υπεύθυνη για τη διάσπαση των βακτηριακών δομών που οδηγεί σε αυξημένη διαπερατότητα εξαιτίας της αδυναμίας διαχωρισμού των ΕΟ από τη βακτηριακή κυτταρική μεμβράνη. Ο φραγμός διαπερατότητας που παρέχεται από τις κυτταρικές μεμβράνες είναι απαραίτητος σε πολλές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης της ενεργειακής κατάστασης του κυττάρου, των διεργασιών μετατροπής ενέργειας με μεμβράνη, της μεταφοράς διαλυτών ουσιών και της μεταβολικής ρύθμισης. Η κυτταρική μεμβράνη είναι επίσης απαραίτητη για τον έλεγχο της πίεσης [ 59 , 60 ]. Οι τοξικές επιδράσεις στη δομή και λειτουργία της μεμβράνης χρησιμοποιούνται γενικά για να εξηγήσουν την αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ [ 61 , 62 , 63 ]. Στην πραγματικότητα, οι μηχανισμοί δράσης των ΕΟ περιλαμβάνουν την αποικοδόμηση του κυτταρικού τοιχώματος [ 13 , 64 ], καταστροφή της κυτταροπλασμικής μεμβράνης, πήξη του κυτταροπλάσματος [ 18 , 33 , 65 ], καταστροφή των πρωτεϊνών της μεμβράνης, αυξημένη διαπερατότητα που οδηγεί σε διαρροή κυττάρων μειώνοντας την κινητήρια δύναμη του πρωτονίου [ 66 ], μειώνοντας την ενδοκυτταρική συγκέντρωση ATP μέσω μειωμένης σύνθεσης ATP και αυξημένης υδρόλυσης, η οποία είναι ξεχωριστή από την αυξημένη διαπερατότητα της μεμβράνης και μειώνει το δυναμικό της μεμβράνης μέσω αυξημένης διαπερατότητας μεμβράνης [ 57 ]. Helander et αϊ. [ 13 ] περιγράφεται η επίδραση διαφορετικών συνιστωσών ΕΟ επί της διαπερατότητας OM. Το έλαιο τσαγιού προκάλεσε βλάβη στις δομές μεμβράνης κυττάρου που συνοδεύτηκε από μειωμένη βιωσιμότητα και για τους τρεις μικροοργανισμούς που περιλαμβάνονται στη μελέτη τους και η βλάβη της μεμβράνης επιβεβαιώθηκε ως η πιο πιθανή αιτία θανάτου κυττάρων. Έτσι, η υδρόφοβη φύση των ΕΟΤ τους επιτρέπει να διεισδύουν στα μικροβιακά κύτταρα και να προκαλούν αλλοιώσεις στη δομή και τη λειτουργικότητά τους. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι ΟΟ είναι γενικά πιο αποτελεσματικοί, με κάποιες εξαιρέσεις [ 67 ], έναντι των θετικών κατά Gram μικροοργανισμών. Η εξωτερική κάψουλα κάποιων αρνητικών κατά Gram βακτηρίων περιορίζει ή εμποδίζει τη διείσδυση των ΕΟΣ στο μικροβιακό κύτταρο. Οι ενώσεις που υπάρχουν στις ΕΟΤ είναι επίσης ικανές να παρεμβαίνουν με πρωτεΐνες στο τοίχωμα που συχνά εμπλέκονται στη μεταφορά βασικών μορίων στο κύτταρο. Άλλοι συγγραφείς έχουν προτείνει ότι τα συστατικά του ΕΟ ενεργούν με διάφορους τρόπους ώστε να έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια της μικροβιακής βιωσιμότητας. Οι επιδράσεις των ΟΟ οδηγούν συνήθως στην αποσταθεροποίηση της διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίων, στην καταστροφή της λειτουργίας και της σύνθεσης της μεμβράνης του πλάσματος, στην απώλεια ζωτικών ενδοκυτταρικών συστατικών και στην αδρανοποίηση των ενζυμικών μηχανισμών. Σε μερικές περιπτώσεις, τα αιθέρια έλαια μεταβάλλουν επίσης τη διαπερατότητα της μεμβράνης καταστρέφοντας το σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων [ 68 ] και πολλά συστατικά των ΕΟ, όπως το καρπόν, η θυμόλη και η καρβακρόλη, οδηγούν σε αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του ΑΤΡ, που συνδέεται με την καταστροφή της μικροβιακής μεμβράνης [ 13 ]. Η παρεμπόδιση της μεταφοράς ηλεκτρονίων για την παραγωγή ενέργειας και η διατάραξη της κινητήριας δύναμης του πρωτονίου, η μετατόπιση των πρωτεϊνών και η σύνθεση των κυτταρικών συνιστωσών αποτελούν φυσιολογικές αλλαγές που μπορούν να οδηγήσουν σε κυτταρική λύση και θάνατο [ 19 , 29 ]. Η ακεραιότητα της κυτταρικής μεμβράνης είναι απαραίτητη για την επιβίωση των βακτηρίων, διότι αποτελεί βασικό στοιχείο για τις θεμελιώδεις βιολογικές δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα μέσα στα κύτταρα. Η μεμβράνη αντιπροσωπεύει ένα αποτελεσματικό φράγμα μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος. η εισαγωγή και εξαγωγή των μεταβολιτών και των ιόντων που είναι απαραίτητα για όλες τις δραστηριότητες που συμβαίνουν στο μικροβιακό κύτταρο συμβαίνουν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Όταν υπάρχουν αντιμικροβιακές ενώσεις στο περιβάλλον που περιβάλλει τους μικροοργανισμούς, τα βακτήρια μπορεί να αντιδράσουν μεταβάλλοντας τη σύνθεση των λιπαρών οξέων και των μεμβρανικών πρωτεϊνών για να τροποποιήσουν τη ρευστότητα της μεμβράνης [ 69 ]. Η υδροφοβικότητα των ΕΟ και των συστατικών τους επιτρέπει να διαχέονται διαμέσου του διπλού λιπιδικού στρώματος της μεμβράνης. Οι ΕΟ μπορούν να αλλάξουν τόσο τη διαπερατότητα όσο και τη λειτουργία των μεμβρανικών πρωτεϊνών. Ορισμένες ΟΕ, ιδιαίτερα έλαια που είναι πλούσια σε φαινολικά, είναι ικανά να εισάγουν στα διπλά στρώματα φωσφολιπιδίων βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων, όπου συνδέονται με τις πρωτεΐνες και εμποδίζουν τους να εκτελούν τις φυσιολογικές λειτουργίες τους [ 30 ]. Αυτό το φαινόμενο δείχνει ότι η μεμβράνη είναι ο πρώτος στόχος των ΟΕ. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο μηχανισμός δράσης του ΕΟ δεν είναι απομονωμένος αλλά αντίθετα περιλαμβάνει μια σειρά συμβάντων τόσο στην κυτταρική επιφάνεια όσο και στο κυτταρόπλασμα. Η αλλοίωση της διαπερατότητας της μεμβράνης και οι ατέλειες στη μεταφορά των μορίων και των ιόντων οδηγούν σε μια «αποσταθεροποίηση» εντός του μικροβιακού κυττάρου. Αυτό οδηγεί στη συνέχεια στην πήξη του κυτταροπλάσματος, στην μετουσίωση αρκετών ενζύμων και κυτταρικών πρωτεϊνών και στην απώλεια μεταβολιτών και ιόντων [ 4 ]. Σε πολλές περιπτώσεις, όπως παρουσία υπο-θανατηφόρων συγκεντρώσεων ΕΟΣ ή άλλων αντιμικροβιακών ενώσεων, οι μικροοργανισμοί αντιδρούν αυξάνοντας την έκφραση των πρωτεϊνών απόκρισης [ 25 ] για την αποκατάσταση των κατεστραμμένων πρωτεϊνών [ 20 ]. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση των ΕΟΣ ή άλλων φυσικών αντιμικροβιακών είναι υψηλότερη, αυτή η απόκριση δεν είναι ικανή να αποτρέψει τον κυτταρικό θάνατο. Αυτό το φαινόμενο είναι περισσότερο εμφανές για Gram-θετικά βακτηρίδια. Το κυτταρικό τοίχωμα Gram-αρνητικών βακτηρίων είναι πιο ανθεκτικό στη δραστηριότητα των ΕΟ και των συστατικών τους. Το Gram-αρνητικό κυτταρικό τοίχωμα δεν επιτρέπει την είσοδο υδρόφοβων μορίων τόσο εύκολα όσο τα θετικά κατά Gram βακτήρια. Έτσι, οι EO είναι λιγότερο ικανοί να επηρεάσουν την κυτταρική ανάπτυξη των Gram-αρνητικών βακτηριδίων [ 4 ]. Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των μορίων που υπάρχουν στα φυσικά εκχυλίσματα, η αντιμικροβιακή δράση των ΕΟ δεν μπορεί να αποδοθεί σε ένα μόνο μηχανισμό. Αντ 'αυτού, εμπλέκονται διάφοροι βιοχημικοί και δομικοί μηχανισμοί [ 70 ] σε πολλαπλές θέσεις εντός του κυττάρου και επί της κυτταρικής επιφάνειας. Αυτοί οι μηχανισμοί περιλαμβάνουν χημικές τροποποιήσεις της κυτταρικής μεμβράνης, του κυτταροπλάσματος, των ενζύμων και των πρωτεϊνών και μπορούν να αλλάξουν εντελώς τη διαμόρφωση του μικροβιακού κυττάρου. Επιπλέον, η παρατεταμένη απώλεια ιόντων ή μεταβολιτών λόγω έκθεσης σε ΕΟ μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τον μικροβιακό μεταβολισμό και να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο [ 4 , 57 ]. Για παράδειγμα, το έλαιο δέντρων τσαγιού μπορεί να προκαλέσει το θάνατο του E. coli χωρίς να λυθεί το κελί [ 65 ]. Το σχήμα 2 περιγράφει κάποιους πιθανούς μηχανισμούς δράσης των ΕΟ και / ή των συστατικών τους και δείχνει τους πιθανούς κυτταρικούς στόχους της αντιμικροβιακής δράσης τους. Ωστόσο, κάθε μία από αυτές τις δράσεις δεν μπορεί να θεωρηθεί ως χωριστά γεγονότα, αλλά μπορεί να είναι συνέπεια των άλλων δραστηριοτήτων.
4.1. Επίδραση στο προφίλ λιπαρών οξέων της κυτταρικής μεμβράνης
Η οδός βιοσύνθεσης λιπιδίων είναι ένας σημαντικός στόχος για την ανάπτυξη νέων αντιμικροβιακών [ 71 , 72 ]. Λόγω της υδρόφοβης φύσης τους, οι ΕΟ και / ή τα συστατικά τους μπορούν να επηρεάσουν το ποσοστό των ακόρεστων λιπαρών οξέων (UFA) και να μεταβάλουν τη δομή τους [ 4 ]. Η προσαρμογή των κυττάρων στην παρουσία αυτών των ενώσεων σε συγκέντρωση χαμηλότερη από την MIC θα μπορούσε να οδηγήσει σε αύξηση του ποσοστού UFA που είναι υπεύθυνες για τη ρευστότητα της μεμβράνης [ 35 , 71 ], πράγμα που μπορεί να υποδηλώνει έναν συγκεκριμένο μηχανισμό δράσης έναντι το εξωτερικό περίβλημα του κυττάρου που θα μπορούσε να προκαλέσει αλλαγές δομικής μεμβράνης παρατηρήσιμες από το SEM.Το λιπιδικό προφίλ των κυττάρων ανάπαυσης παρουσιάζει αναδιοργάνωση μετά από επεξεργασία με ενώσεις ΕΟ και πολλοί συγγραφείς έχουν περιγράψει την οδό σύνθεσης βακτηριακών λιπαρών οξέων ως βέλτιστο στόχο πολλών αντιβακτηριακών παραγόντων [ 73 , 74 , 75 ]. Η θεραπεία με θυμόλη, καρβακρόλη και ευγενόλη, που είναι όλες φαινολικές ενώσεις, μπορεί να αυξήσει την ποσότητα κορεσμένων λιπαρών οξέων C16 (και μικρότερου μήκους), να αυξήσει την ποσότητα κορεσμένου C18 και να μειώσει την ποσότητα των ακόρεστων C18 λιπαρών οξέων στη βακτηριακή μεμβράνη. Όταν απουσιάζουν κορεσμένα C18 λιπαρά οξέα, μπορεί να εμφανιστεί μείωση της C18: 2 trans και C18: 3 cis μετά την αγωγή (π.χ. S. typhimurium ) ή αύξηση C18: 1 cis και αντίστοιχη μείωση C18: 2 trans μπορεί να παρατηρηθεί (π.χ., Β. thermosphacta ). Εκτός από τις άμεσες επιδράσεις στα λιπαρά οξέα του OM, οι ΕΟΤ μπορούν επίσης να επηρεάσουν τα ένζυμα που εμπλέκονται στη σύνθεση λιπαρών οξέων, όπως ένα ενζύμο πολυαμιδικής μεμβρανικής δεσατουράσης που χρησιμοποιείται γενικά από τα κύτταρα για να παράγει κορεσμένα λιπαρά οξέα (SFAs) [ 35 , 76 , 77 ]. Και πάλι, η δραστηριότητα των Ε.Ο. ή / και των συστατικών τους δεν μπορεί να αποδοθεί σε ένα μόνο γεγονός. τα περισσότερα από τα συστατικά των ΟΕ [ 13 , 18 , 48 ] δρουν στο OM και αυξάνουν τη διαπερατότητά του. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη διασπορά των ενζύμων δεσατουράσης και τους επιτρέπει να δρουν στα λιπαρά οξέα της μεμβράνης. Αντιστρόφως, οι ΟΟ δεν ενεργοποιούν άλλα ενζυματικά συστήματα, όπως η cis-trans ισομεράση που ρυθμίζει τη μετατροπή των cis λιπαρών οξέων στα trans ισομερή τους. Το ένζυμο αυτό είναι γενικά ενεργό κατά την προσαρμογή των κυττάρων στις περιβαλλοντικές καταπονήσεις [ 78 ]. Συνολικά, η δραστικότητα των συστατικών ΕΟ είναι πιθανότατα να κάνει ταυτόχρονες επιδράσεις σε ένα σύνολο ενζύμων λιπαρών οξέων που οδηγούν σε αύξηση των cis ισομερών, μείωση του μήκους της αλυσίδας και γενική μείωση της αφθονίας των UFA. Η αύξηση της ποσότητας των SFAs στη μεμβράνη λιπιδίων διπλής στιβάδας έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια της ρευστότητας της μεμβράνης και την επακόλουθη αύξηση της ακαμψίας της μεμβράνης [ 74 ]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, κύτταρα ελαττωματικά στην παραγωγή UFAs μπορούν να συνεχίσουν να αναπτύσσονται και να συνθέτουν φωσφολιπίδια, αλλά τελικά αρχίζουν να χάνουν μεταβολίτες και στη συνέχεια να λύουν. Σε μερικά μικροβιακά κύτταρα, όπως το Β. Thermophacta και το S. typhimurium , η μείωση των επιπέδων του trans C18 λιπαρού οξέος δεν συνοδεύεται από αύξηση του cis ισομερούς του, αλλά η αύξηση του C18: 1 cis και C17: 1 cis τα λιπαρά οξέα μπορεί να σχετίζονται με μια τέτοια μείωση [ 35 ].
4.2. Δράση για τις πρωτεΐνες
Διαφορετικά συστατικά των ΕΟΣ μπορούν να δράσουν σε πρωτεΐνες που υπάρχουν στα βακτήρια και μπορεί να επηρεάσουν την κυτταρική διαίρεση. Η κινναμαλδεΰδη, για παράδειγμα, είναι ικανή να αναστέλλει τον διαχωρισμό των κυττάρων στο Β. Cereus . Η διαίρεση των βακτηριακών κυττάρων ρυθμίζεται από FtsZ, ένα προκαρυωτικό ομόλογο τουμπουλίνης. Το FtsZ συναρμολογείται σε δακτύλιο Ζ στο σημείο της κυτταρικής διαίρεσης. η κινναμαλδεΰδη μπορεί να μειώσει την αντίδραση συναρμολόγησης in vitro και τη δέσμευση του FtsZ. Μπορεί επίσης να διαταράξει τη μορφολογία του δακτυλίου Ζ ίη νίνο και να μειώσει τη συχνότητα του Ζ-δακτυλίου ανά μονάδα κυτταρικού μήκους Ε. Coli. Επιπλέον, ο πολυμερισμός FtsZ εξαρτώμενος από GTP αναστέλλεται από την κινναμαλδεΰδη [ 79 ]. Η κινναμαλδεΰδη μπορεί επίσης να αναστείλει τον ρυθμό υδρόλυσης GTP και να δεσμεύεται με FtsZ με ευνοϊκές ενθαλπικές αλληλεπιδράσεις. Μετά τη χαρτογράφηση της περιοχής δέσμευσης της κινναμαλδεΰδης του FtsZ δια διαφοράς μεταφοράς κορεσμού-πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και ενός μοντέλου in silico docking, οι Domadia et αϊ. [ 79 ] προέβλεψε τον θύλακα δέσμευσης κινναμαλδεΰδης στην περιοχή τερματικού C που εμπλέκονταν τον βρόγχο Τ7 του FtsZ και υποθέτει ότι η κινναμαλδεΰδη δεσμεύεται με FtsZ, διαταράσσει τον σχηματισμό κυτοκινητικής Ζ-δακτυλίου και αναστέλλει τη δυναμική της συναρμολόγησης. Ο S. enterica serovar Thompson MCV1 που αναπτύχθηκε παρουσία υπο-θανατηφόρας συγκέντρωσης θυμόλης έδειξε διαφορετικό πρωτεϊνωματικό προφίλ σε σύγκριση με τον έλεγχο [ 80 ]. Η ανάλυση MALDI-TOF έδειξε ότι πολλές πρωτεΐνες μπορούν είτε να ρυθμιστούν είτε να ρυθμιστούν προς τα κάτω από την παρουσία θυμόλης, με σημαντικές αλλαγές σε πρωτεΐνες που ανήκουν σε διαφορετικές λειτουργικές κατηγορίες. Για παράδειγμα, η θειορεδοξίνη-1 (η οποία ανήκει σε μια κατηγορία μικρών ενεργών πρωτεϊνών E12 kDa οξειδοαναγωγής και είναι απαραίτητη για την αναγέννηση της ρεδουκτάσης σουλφοξειδίου μεθειονίνης) δεν εκφράστηκε παρουσία θυμόλης, υποδεικνύοντας ότι η απουσία της οφειλόταν στην παρουσία το EO. Kumar et αϊ. [ 81 ] υποθέτει ότι το Trx1 παίζει ρόλο διαίρεσης κυττάρων Ε. Coli λόγω του υποκυτταρικού εντοπισμού του. Διαφορετικές πρωτεΐνες chaperon μπορούν να ρυθμιστούν ταυτόχρονα ή να συντίθενται σύνθετα. Το GroEL και το DnaK είναι δύο παραδείγματα βασικών πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην προστασία των κυττάρων από το θερμικό στρες και προάγουν την αναδίπλωση της πρωτεΐνης με σύνδεση σε σύντομα, εκτεταμένα πεπτίδια σε έναν ΑΤΡ-εξαρτώμενο κύκλο. Η θυμόλη αυξάνει την έκφραση των προστατευτικών πρωτεϊνών. Αυτή η διαδικασία αρχίζει στη φάση υστέρησης, αλλά οι συνοδούς συνεχίζουν να εργάζονται στις επόμενες φάσεις της βακτηριακής ανάπτυξης για να βοηθήσουν τη σαλμονέλα να προσαρμοστεί σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες [ 82 ]. Η θεραπεία με θυμόλη προκαλεί την αύξηση της ρύθμισης ορισμένων πρωτεϊνών και μπορεί να προκαλέσει το στρες του βακτηριακού περιβλήματος λόγω της συσσώρευσης λανθασμένα διπλωμένων πρωτεϊνών OM. Μια άλλη πρωτεΐνη που επηρεάζεται από την παρουσία ΕΟ, όπως η θυμόλη, είναι η πρωτεΐνη που εμπλέκεται στο σύστημα φωσφοτρανσφεράσης η οποία μειώνεται κατά περισσότερο από το ήμισυ της συνηθισμένης συγκέντρωσης. Η θυμόλη ρυθμίζει προς τα πάνω την πρωτεΐνη καναλιού OM TolC που εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός συστήματος εκροής που αντιπροσωπεύει έναν σημαντικό μηχανισμό αντοχής στα απορρυπαντικά και τα χολικά άλατα της Salmonella και μπορεί επίσης να εμπλέκεται στην αντοχή στην θυμόλη. Η θυμόλη μπορεί επίσης να επηρεάσει την έκφραση των πρωτεϊνών που εμπλέκονται στον ενεργειακό μεταβολισμό, όπως η ενολάση, η οποία είναι πάνω από 10 φορές ρυθμισμένη προς τα πάνω σε επεξεργασμένα με θυμόλη κύτταρα, την εξαρτώμενη από 2,3-διφωσφογλυκερίνη φωσφογλυκερική μουτάση dPGM και την γλυκεραλδεϋδη- φωσφορική δεϋδρογενάση Α, οι οποίες ρυθμίζονται προς τα κάτω [ 82 ]. Ορισμένα ένζυμα, όπως αυτά που εμπλέκονται στη μεταφορά γλουταμίνης, υπερεκφράζονται από S. typhimurium παρουσία θυμόλης σε μια προσπάθεια να αυξηθεί η μολυσματικότητα των βακτηριδίων [ 84 ]. Άλλες πρωτεΐνες, όπως η πρωτεΐνη δεσμεύσεως DNA H-NS και οι 50S ριβοσωμικές πρωτεΐνες L7 / L12, ρυθμίζονται προς τα κάτω από θυμόλη. Αυτό αυξάνει τη βακτηριακή σταθερότητα DNA και αναστέλλει τη μεταγραφή ως περαιτέρω μηχανισμό προστασίας. Η θυμόλη μπορεί επίσης να βλάψει τις οδούς κιτρικού και οξικού και μπορεί να επηρεάσει μερικά από τα ένζυμα που εμπλέκονται στον καταβολισμό διαφορετικών πηγών άνθρακα και αζώτου.
.Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών , Εθνική Βιβλιοθήκη Ιατρικής των Η.Π.Α.