Screening for antibacterial activity in plant extracts against pathogenic bacteria

Abstract

O uso prolongado e intensivo de antibióticos contribuiu para o desenvolvimento de bactérias resistentes, o que culminou na perda de opções terapêuticas disponíveis. A Organização Mundial de Saúde publicou uma lista de agentes patogénicos resistentes a antibióticos que inclui Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. É por isso imperativo que sejam desenvolvidas estratégias alternativas aos antibióticos eficazes contra os agentes patogénicos e há evidências que demonstram a atividade antibacteriana dos produtos naturais contra bactérias multirresistentes; contudo ainda há muito por explorar. Assim, o objetivo deste estudo assenta na avaliação da atividade antibacteriana de plantas utilizadas no dia a dia, incluindo o alho, o gengibre e aa romã (casca, polpa e sumo) contra a S. aureus e a P. aeruginosa; e a novidade é a determinação do impacto das condições de extração (o solvente, a duração e temperatura de extração) na atividade antibacteriana de cada planta e o estabelecer de uma reação dessa atividade com a atividade antioxidante e o seu teor fenólico. Os extratos foram obtidos a partir de diferentes solventes, etanol 96% e 70% e água destilada, em diferentes temperaturas (70 ºC durante 1h e overnight à temperatura ambiente). A avaliação do conteúdo fenólico foi feita pelo método Folin-Ciocalteu, a atividade antioxidante pelos métodos Ferric Reducing Antioxidant Power e 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid), e a atividade antibacteriana pela determinação da MIC e da MBC. Os resultados demonstraram que os extratos etanólicos de plantas foram mais ativos contra as bactérias, particularmente a S. aureus. A sua atividade baseou-se principalmente na inativação do crescimento bacteriano, apesar de a erradicação também ter sido conseguida. Na maioria dos extratos, a atividade antibacteriana estava associada aos extratos com maior teor fenólico e capacidade antioxidante, extraídos com misturas etanol/água (EtOH (70%)). As condições de extração (70ºC durante 1h e overnight à temperatura ambiente) afetam a análise do teor fenólico e da atividade antioxidante, que estão relacionadas com a atividade antibacteriana. De todos os extratos etanólicos 70%, o extrato da polpa de romã foi o mais promissor contra ambas as bactérias, pois foi o extrato que inibiu o seu crescimento a concentrações mais baixas e foi também o único capaz de erradicar a bactéria gram-negativa; pelo que deve ser explorado no futuro.

The intensive and prolonged use of antibiotics contributed to the development of antibiotic resistance in bacteria, culminating in a loss of therapeutic options. World Health Organization list of antibiotic-resistant pathogens includes Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, reason that is imperative to evolve alternative non-antibiotic strategies that are effective against these infectious pathogens. A growing body of evidence have demonstrated the antimicrobial activity of natural products against multidrug-resistant bacteria and still much remains to be explored. Therefore, the aim of this work relies in the evaluation of the antibacterial activity of plants used in daily life, including as garlic, pomegranate (peel, pomace and juice) and ginger against S. aureus and P. aeruginosa. The novelty of this work is to determine the impact of extract conditions on the antibacterial activity of these plant extracts and to attempt to correlate with their antioxidant activity and total phenolic content. The extracts were obtained using different solvents, including 96% and 70% ethanol and distilled water, at different temperatures (70 ºC for 1h and overnight at room temperature). The evaluation of the total phenolic content was performed by the Folin-Ciocalteu method, the antioxidant activity by the Ferric Reducing Antioxidant Power and 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) method, and antibacterial activity by MIC and MBC determination. Results demonstrated that ethanolic extracts of plants were the most active against bacteria, in particular S. aureus, than aqueous extracts. The activity of the ethanolic extracts was mainly based on inactivation of bacterial growth, but eradication was achieved in some cases. Frequently, this antibacterial activity was associated with the extracts with increased phenolic and antioxidant content, extracted with ethanol/water mixtures (EtOH (70%)). Extraction conditions (70 ºC for 1h and overnight at room temperature) affect total phenolic content and antioxidant activity analysis, which has correlation with antibacterial activity. Among ethanolic 70% extracts, extracts of pomegranate peel were the most promising non-antibiotic drugs against both S. aureus and P. aeruginosa eradication, since it was the ethanolic 70% extract that inhibited their growth at the lowest concentration and was the only one able to eradicate the gram-negative bacteria. In conclusion, pomegranate peel extracts exhibited promising potential as non-antibiotic drug to treat infections caused by S. aureus and should be further explored in near future.