بررسی اثر ضدباکتریایی و ضدبیوفیلمی کارواکرول (Carvacrol) و اوژنول (Eugenol) بر باکتری‌های جداسازی شده از آب‌های خلیج فارس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زیست‌شناسی دریا، گروه زیست‌شناسی دریا، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

2 استاد گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، قم، ایران

3 دانشیار گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

4 استادیار گروه شیلات، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

10.22124/japb.2021.20053.1428

چکیده

تشکیل بیوفیلم‌های میکروبی به عنوان یکی از مراحل کلیدی در فولینگ دریایی مطرح است. بنابراین، توسعه راهکارهای ضدبیوفیلم بویژه از طریق پژوهش در مورد مواد آنتی‌فولینگ سازگار با محیط زیست می‌تواند به کنترل بیوفولینگ کمک کند. مطالعه حاضر با هدف بررسی فعالیت ضدباکتریایی و ضدبیوفیلمی کارواکرول و اوژنول در مقابل باکتری‌های دریایی جداسازی شده از آب‌های خلیج فارس انجام گرفت. در آزمون انتشار دیسک، باکتری (KM1) sp. Vibrio بیشترین حساسیت را به کارواکرول (30/0 ± 17 میلی‌متر) و اوژنول (5/0 ± 15 میلی‌متر) نشان داد. کمترین غلظت بازدارنده رشد و کشنده نیز به ترتیب در غلظت‌های 5/62 و 125میکروگرم در میلی‌لیتر کارواکرول در مقابل باکتری KM1 به دست آمد. در این پژوهش، قدرت مهاری کارواکرول و اوژنول بر پدیده تشکیل بیوفیلم باکتری Pseudoalteromonas sp.  (PH18) به روش Tissue Culture Plate Method (TCP) نیز مورد بررسی قرار گرفت و در غلظت‌ 4MIC (چهار برابر حداقل غلظت بازدارنده رشد) بیشترین میزان مهار بیوفیلم مشاهده شد (کارواکرول 90 درصد و اوژنول 87 درصد). بر اساس نتایج به دست آمده، به دلیل فعالیت ضدبیوفیلمی مناسب کارواکرول و اوژنول در مقابل باکتری‌های دریایی، استفاده از آنها به عنوان یک جایگزین بالقوه طبیعی در پوشش‌های آنتی‌فولینگ قابل پیشنهاد است.

کلیدواژه‌ها


مسلمی ص. و کاشف ن. 1399. اوژنول: عامل کارآمد مهار کننده سیستم Quorum Sensing برای کاهش بیماری‌زایی سودوموناس آئروژینوزا. نشریه علمی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران، 36(6): 1004-985.
Ashrafudoulla M., Mizan M.F.R., Ha A.J.W., Park S.H. and Ha S.D. 2020. Antibacterial and antibiofilm mechanism of eugenol against antibiotic resistance Vibrio parahaemolyticus. Food Microbiology, 91: 1–13 (103500).
Bhattarai H.D., Paudel B., Park N., Lee K.S. and Shin H. 2007. Evaluation of antifouling activity of eight commercially available organic chemicals against the early foulers marine bacteria and Ulva spores. Journal of Environmental Biology, 28(4): 857–863.
Brian-Jaisson F., Ortalo-Magne A., Guentas-Dombrowsky L., Armougom F., Blache Y. and Molmeret M. 2014. Identification of bacterial strains isolated from the Mediterranean Sea exhibiting different abilities of biofilm formation. Microbial Ecology, 68(1): 94–110.
Cabarkapa I., Colovic R., Duragic O., Popovic S., Kokic B., Milanov D. and Pezo L. 2019. Anti-biofilm activities of essential oils rich in carvacrol and thymol against Salmonella enteritidis. Biofouling, 35(3): 361–375.
Characklis W.G. and Cooksey K.E. 1983. Biofilms and microbial fouling. Advances in Applied Microbiology, 29: 93–138.
Cui H., Zhang C., Li C. and Lin L. 2020. Inhibition mechanism of cardamom essential oil on methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilm. LWT- Food Science and Technology, 122: 1–7 (109057).
Dang H. and Lovell C.R. 2016. Microbial surface colonization and biofilm development in marine environments. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 80(1): 91–138.
De Carvalho C.C. 2018. Marine biofilms: A successful microbial strategy with economic implications. Frontiers in Marine Science, 5: 1–11 (126).
De Sousa J.P., De Azeredo G.A., De Araujo Torres R., Da Silva Vasconcelos M.A., Da Conceiçao M.L. and De Souza E.L. 2012. Synergies of carvacrol and 1,8-cineole to inhibit bacteria associated with minimally processed vegetables. International Journal of Food Microbiology, 154(3): 145–151.
Edwards C.D., Pawluk K.A. and Cross S.F. 2015. The effectiveness of several commercial antifouling treatments at reducing biofouling on finfish aquaculture cages in British Columbia. Aquaculture Research, 46(9): 2225–2235.
Gutierrez-Pacheco M.M., Gonzalez-Aguilar G.A., Martinez-Tellez M.A., Lizardi-Mendoza J., Madera-Santana T.J., Bernal-Mercado A.T., Vazquez-Armenta F.J. and Ayala-Zavala J.F. 2018. Carvacrol inhibits biofilm formation and production of extracellular polymeric substances of Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum. Food Control, 89: 210–218.
Guttenplan S.B. and Kearns D.B. 2013. Regulation of flagellar motility during biofilm formation. FEMS Microbiology Reviews, 37(6): 849–871.
Inbakandan D., Kumar C., Abraham L.S., Kirubagaran R., Venkatesan R. and Khan S.A. 2013. Silver nanoparticles with anti microfouling effect: A study against marine biofilm forming bacteria. Colloids and Surfaces (B), 111: 636–643.
Jadhav S., Shah R., Bhave M. and Palombo E.A. 2013. Inhibitory activity of yarrow essential oil on Listeria planktonic cells and biofilms. Food Control, 29(1): 125–130.
Joshi J.R., Khazanov N., Senderowitz H., Burdman S., Lipsky A. and Yedidia I. 2016. Plant phenolic volatiles inhibit quorum sensing in pectobacteria and reduce their virulence by potential binding to ExpI and ExpR proteins. Scientific Reports, 6(1): 1–15.
Joshi M., Mukherjee A., Misra S.C. and Ramesh U.S. 2015. Need of natural biocides in antifouling paints for prevention of marine pollution. International Journal Innovative Research and Development, 4: 43–49.
Kang J., Jin W., Wang J., Sun Y., Wu X. and Liu L. 2019. Antibacterial and anti-biofilm activities of peppermint essential oil against Staphylococcus aureus. LWT- Food Science and Technology, 101: 639–645.
Karlsson J. and Eklund B. 2004. New biocide-free anti-fouling paints are toxic. Marine Pollution Bulletin, 49(5-6): 456–464.
Khelissa S.O., Abdallah M., Jama C., Faille C. and Chihib N.E. 2017. Bacterial contamination and biofilm formation on abiotic surfaces and strategies to overcome their persistence. Journal of Materials Environmental Science, 8(9): 3326–3346.
Lambert R.J.W., Skandamis P.N., Coote P.J. and Nychas G.J. 2001. A study of the minimum inhibitory concentration and mode of action of oregano essential oil, thymol and carvacrol. Journal of Applied Microbiology, 91(3): 453–462.
Lin X.Y., Lu C.Y. and Ye Y. 2009. Toxicity of crude extracts from several terrestrial plants to barnacle larvae on mangrove seedlings. Ecological Engineering, 35(4): 502–510.
Lou Z., Letsididi K.S., Yu F., Pei Z., Wang H. and Letsididi R. 2019. Inhibitive effect of eugenol and its nanoemulsion on quorum sensing-mediated virulence factors and biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa. Journal of Food Protection, 82(3): 379–389.
 Martinez-Hernandez G.B., Amodio M.L. and Colelli G. 2017. Carvacrol-loaded chitosan nanoparticles maintain quality of fresh-cut carrots. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 41: 56–63.
Mastromatteo M., Danza A., Conte A., Muratore G. and Del Nobile M.A. 2010. Shelf life of ready to use peeled shrimps as affected by thymol essential oil and modified atmosphere packaging. International Journal of Food Microbiology, 144(2): 250–256.
Mhatre E., Monterrosa R.G. and Kovacs A.T. 2014. From environmental signals to regulators: Modulation of biofilm development in Gram‐positive bacteria. Journal of Basic Microbiology, 54(7): 616–632.
Michiels J., Missotten J., Fremaut D., De Smet S. and Dierick N. 2007. In vitro dose-response of carvacrol, thymol, eugenol and trans-cinnamaldehyde and interaction of combinations for the antimicrobial activity against the pig gut flora. Livestock Science, 109(1-3): 157–160.
Miladi H., Mili D., Slama R.B., Zouari S., Ammar E. and Bakhrouf A. 2016. Antibiofilm formation and anti-adhesive property of three Mediterranean essential oils against a foodborne pathogen Salmonella strain. Microbial Pathogenesis, 93: 22–31.
Olasupo N.A., Fitzgerald D.J., Gasson M.J. and Narbad A. 2003. Activity of natural antimicrobial compounds against Escherichia coli and Salmonella enterica serovar typhimurium. Letters in Applied Microbiology, 37(6): 448–451.
Pavela R. 2015. Essential oils for the development of eco-friendly mosquito larvicides: A review. Industrial Crops and Products, 76: 174–187.
Perez M., Garcia M. and Blustein G. 2015. Evaluation of low copper content antifouling paints containing natural phenolic compounds as bioactive additives. Marine Environmental Research, 109: 177–184.
Salta M., Wharton J.A., Blache Y., Stokes K.R. and Briand J.F. 2013. Marine biofilms on artificial surfaces: Structure and dynamics. Environmental Microbiology, 15(11): 2879–2893.
Shiravani Z., Tajik H. and Aliakbarlu J. 2020. Antibacterial activity of eugenol and organic acids against Escherichia coli O157: H7. Razi Journal of Medical Sciences, 26(11): 53–63.
Suntres Z.E., Coccimiglio J. and Alipour M. 2015. The bioactivity and toxicological actions of carvacrol. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55(3): 304–318.
Tang R.J. and Cooney J.J. 1998. Effects of marine paints on microbial biofilm development on three materials. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 20(5): 275–280.
Thein Z.M., Samaranayake Y.H.  and Samaranayake L.P. 2007. In vitro biofilm formation of Candida albicans and non-albicans Candida species under dynamic and anaerobic conditions. Archives of Oral Biology, 52(8): 761–767.
Vazquez B.I., Fente C., Franco C.M., Vazquez M.J. and Cepeda A. 2001. Inhibitory effects of eugenol and thymol on Penicillium citrinum strains in culture media and cheese. International Journal of Food Microbiology, 67(1-2): 157–163.
Wahl M. 1989. Marine epibiosis. I. Fouling and antifouling: Some basic aspects. Marine Ecology Progress Series, 58: 175–189.
Watermann B.T., Daehne B., Sievers S., Dannenberg R., Overbeke J.C., Klijnstra J.W. and Heemken O. 2005. Bioassays and selected chemical analysis of biocide-free antifouling coatings. Chemosphere, 60(11): 1530–1541.
Yebra D.M., Kiil S. and Dam-Johansen K. 2004. Antifouling technology-past, present and future steps towards efficient and environmentally friendly antifouling coatings. Progress in Organic Coatings, 50(2): 75–104.