Inhibition of oral biofilms by essential oils extracted from Asian herbs

Abstract

Ağız hastalıkları gibi enfeksiyonel hastalıklara sebep olan bakterilerin büyük bir kısmı biyofilm olarak bilinen kompleks bakteri komiteleri halinde bulunmaktadırlar. Planktonik bakteriler antimikrobiyel maddelerle kolayca ortadan kaldırılabilirken, biyofilm hücreleri bu maddelerden etkilenmezler ve kontaminasyonun tekrar oluşmasına sebep olurlar. Bu yüzden biyofilm oluşumunu engelleyebilecek yeni maddelerin keşfi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın amacı Asya kıtasına özgü bitkilerde bulunan doğal, toksik olmayan yeni biofilm inhibitörlerinin araştırılıp elde edilmesidir. Çalışmada Wakame adlı bir deniz yosunu, Hojicha, Genmaicha ve Sencha yeşil çayları ve yenebilen bir mantar türü olan Shiitake kullanılmıştır. Bu bitkilerden 3 saat boyunca hidrodistilasyon methodu ile Clevenger aparatı kullanılarak uçucu yağlar (EO) elde edilmiştir. Yağların antimikrobiyel etkileri dört periodontal patojen (S.mutans, A.actinomycetemcomitans, F.nucleatum ve P.gingivalis) üzerinde test edilmiştir. EOların ayrıca planktonik hücrelere karşı etkili oldukları minimum inhibisyon (MIC) ve bakterisidal konsantrasyonları (MBC) belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, mikrodilüsyon yöntemi ve kristal viyole boyaması kullanılarak EOların biyofilm oluşumunu engelleyici ve/ya olgunlaşmış biyofilmleri yıkıcı etkilerinin olup olmadığı test edilmiştir. Klorheksidin glukonat solüsyonları pozitif kontrol olarak kullanılmıştır (0.09375-12 mg/l). EOların lamel üzerinde oluşturulan biyofilmi engelleyici ve yokedici etkileri SEM kullanılarak da doğrulanmıştır. Çalışmada kullanılan bütün EOlar antimikrobiyel etki göstermiş olup en büyük inhibisyon alanı A.actinomycetemcomitans bakterisine karşı Sencha, Genmaicha ve Shiitake EOlarında tespit edilmiştir. Ayrıca, Wakame ve Sencha EOları MIC değerlerinin altında dahi S.mutans biyofilm oluşumunu engellemişlerdir. EOlar A.actinomycetemcomitans ve F.nucleatum bakterilerin oluşturmuş olduğu biyofilmleri de etkili bir şekilde bozmuşlardır. Sonuç olarak bu çalışmadan elde edilen bulgular Asya kıtasına özgü bitkilerden elde edilen EOların biyofilm bağlantılı oral hastalıklara karşı alternatif bir tedavi yöntemi olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

The vast majority of bacteria causing infection, including oral diseases, exist within complex bacterial communities, known as biofilms. Although planktonic cells can easily be eliminated with antimicrobial agents, the biofilm cells can survive and cause recontamination. Therefore, discovery of novel compounds against biofilms is critical. The aim of this study was investigating novel biofilm inhibitors obtained from natural, non-toxic traditional Asian plants. Essential oils (EOs) were extracted from traditional Asian herbs, namely seaweed Wakame, Hojicha, Genmaicha and Sencha teas and Shiitake edible mushroom by hydrodistillation for 3h using Clevenger apparatus. Antimicrobial activity of EOs were tested on four periodontal pathogens; S.mutans, A.actinomycetemcomitans, F.nucleatum, and P.gingivalis. Minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) of each EO against planktonic cells were determined. Moreover, the inhibitory and disruptive effects of oils on biofilm formation and developed biofilms were analyzed using microdilution method and crystal violet staining. Chlorhexidine digluconate was used as positive control (0.09375 - 12 mg/l). Inhibitory and destructive effects of EOs on biofilms formed on coverslips were confirmed by SEM. All EOs were found to be antibacterial with highest zone of inhibition with Sencha, Genmaicha and Shiitake on A.actinomycetemcomitans (17.3, 18.8 and 18.8 mm in diameter, respectively). Moreover, Wakame and Sencha EOs had strong inhibitory effect on S.mutans biofilm formation at their sub-MIC values. EOs were also significantly disrupt pre-formed biofilms of A.actinomycetemcomitans and F.nucleatum. In conclusion, EOs of Asian herbs may be considered as alternative therapeutic strategy against biofilm associated oral diseases due to their high anti-biofilm effects.