Carvacrolo

Batteri, funghi, virus ed
altri agenti infettivi
Batteri
Caratteristiche
Microrganismi unicellulari, procarioti. Si dividono in:
Bacilli: a bastoncino
Cocchi: a sfera; diplococchi: a coppia; streptococchi a catena; stafilococchi a grappolo
Vibrioni: a virgola
Spirilli: a spirale
Spirochete: con più curve
Gram positivi (molti peptoglicani) e Gram negativi (pochi peptoglicani) a seconda della colorabilità
Funghi
patogeni
Caratteristiche
Microrganismi unicellulari, eucarioti, eterotrofi
Parete cellulare di glucani e chitina
Candida, Aspergillus, Cryptococcus
Virus
Definizione
•
•
•
•
Parassita i tra ellulare o
ligato i fettivo
Le dimensioni vanno da 20 nm a 250-300 nm
Impacchetta il suo genoma in una particella per trasmetterlo di pepite in ospite
Il genoma contiene informazioni per iniziare e completare il ciclo infettivo nella cellula
•
•
Vivente o non vivente?
Forse organismo a due fasi: virione e cellula infetta
Struttura
Ciclo infettivo
• Legame a recettori di superficie
• Adsorbimento
• Penetrazione
• Fusio e dell’i volu ro lipoprotei o
• Denudamento
• Sintesi virale
• Assemblaggio
• Rilascio
Il costo delle malattie
infettive
Antivirali
Dopo 50 anni di ricerca ci sono solo 30 farmaci antivirali, la maggior parte contro HIV
• Influenza A e B
• ASV
• HIV
• HBV
Virus
Sia i farmaci antivirali (acyclovir) sia i vaccini possono causare insorgenza di resistenza nei virus. Questa seconda resistenza è la meno conosciuta.
1. Virus epatite B, vaccinazione nei primi anni 80. Nel 1990 primo caso di resistenza. Aumenta la frequenza della resistenza negli individui vaccinati.
2. Influenza aviaria (H5N2). Continuano ad emergere nuove linee virali resistenti.
3. Malattia di Marek, ausata dal virus dell’Herpes ei polli. Pri e va i azio i egli a
o 60. Tre ge erazio i.
4. Infectuous Bursal Disease (IBD) nei polli, causato da un birnavirus.
Batteri
Paesi industrializzati: 2% decessi, aumento della mortalità del 58% negli USA nell'ultimo decennio.
Paesi non industrializzati: prima causa di decessi in bambini sotto i 5 anni; 21% morbilità e mortalità.
European Antimicrobial Resistance Surveillance Network (EARS-NET): ogni anno 400.000 pazienti con infezioni MDR, in particolare MRSA, VRE, E. coli e Pseudomonas aeruginosa resistenti ai fluorochinoloni, Klebsiella
pneumoniae resistente a ceftazidima, Acinetobacter baumanii MDR, Mycobacterium MDR, Streptococcus MDR
Batteri
2010: S. aureus MRSA superiore al 25% in sette stati EU (Cipro, Grecia, Ungheria,
Italia, Malta, Romania, Spagna) e del 50% in Portogallo
Preoccupanti: resistenza Klebsiella pneumoniae ai carbapenemi (G- negativo
responsabile infezioni nosocomiali). Resistenza di Enterobacter alle cefalosporine.
Perché?
1.
2.
Molti patogeni comuni hanno sviluppato farmaco resistenza rispetto ad antibiotici di prima generazione.
Molte grandi case farmaceutiche si sono concentrate sullo sviluppo di farmaci per patologie della civiltà, come diabete, CVD, ecc.
3.
Il costo di sviluppo per un antibiotico va dai 400 ai 700 milioni di euro.
2009-oggi: due nuovi antibiotici in USA (ceftarolina fosamil - cefalosporina di 5a generazione, e il macrociclico fidaxomicina, entrambi per Clostrydium) mentre sono in fase II o III nove molecole endovena contro G-.
Il potenziale di virulenza dei G+ e dei G- aumenta, come visto nel caso della crisi da E. coli 0104:H4 in Germania
Gli oli essenziali come
agenti antinfettivi
Olii essenziali
Cosa è un olio essenziale?
Da dove proviene?
Come si ottiene?
Che caratteristiche ha?
Composizione
Terpenoidi: mono e sesquiterpeni, raramente diterpeni,
alifatici, aliciclici, aromatici, ossigenati (pinene, farnesene,
linalolo, acetato di linalile, timolo, ecc.).
Ossilipine: derivati da acidi grassi poliinsaturi (jasmonati,
octadecanoidi, 3-esenale, 3,6-nonadienale, ecc.).
Fenilpropanoidi: derivati da L-fenilalanina (eugenolo,
isoeugenolo, apiolo, cinnamaldeide, ecc.)
Attività biologiche
Antimicrobica
Spasmolitica
Espettorante
Rubefacente
Modulante del SNC
Digestiva aromatica
Carminativa
Antiossidante
Antinfiammatoria
Insetto-repellente
Analgesica locale
Attività antimicrobica
• Attività con maggior supporto sperimentale
• Forte concordanza con dati di ecologia e fisiologia vegetale
ma...
• La maggior parte degli studi è in vitro, solo parzialmente
ge eralizza ili all’attività siste i a
• Molti studi sono meno che perfetti in termini di metodologia,
Organismi testati
• Virus patogeni, sia animali sia vegetali
• Funghi micotossigeni e lieviti patogeni
• Molti ceppi batterici
• Amebe
• Parassiti
Molecole attive
• Gruppo idrossilico soprattutto se legato a sostituente
alchilico (timolo, carvacrolo, eugenolo, cinnamaldeide).
• Gli OE ad alto tenore di fenoli sono più attivi degli altri
• Lunghezza composti alifatici nelle serie omologhe
importante per intensità e specificità (G + o G -)
• Configurazione cis- più attiva di trans- (cis-ocimene vs.
trans-ocimene)
Esempi di molecole attive
Fenoli
• Origanum hirtum (carvacrolo); Syzygium aromaticum (eugenolo);
Satureja montana e Thymus vulgaris (timolo, carvacrolo)
Alcoli
• Lavandula angustifolia (linalolo); Pelargonium spp. (geraniolo);
Melaleuca alternifolia (terpinen-4-olo); Mentha spp. (mentolo)
Aldeidi
• Cinnamomum zeylanicum (cinnamaldeide); Cymbopogon spp.
(citrali)
Principali OE a fenoli
Olio essenziale
Cinnamomum zeylanicum fol
Foeniculum vulgare
Ocimum basilicum
Origanum hirtum
Pimpinella anisum
Satureja montana
Molecola caratterizzante
eugenolo
anetolo
eugenol metil etere 60%
carvacrolo, timolo
anetolo - 80-90%
carvacrolo
Syzygium aromaticum
eugenolo
Thymus vulgaris
timolo, carvacrolo
Trachyspermum ammi
timolo
Principali OE ad alcoli
Olio essenziale
Molecola caratterizzante
Citrus spp.
α-terpineolo
Cymbopogon spp.
citronellolo, geraniolo
Eucalyptus citriodora
citronellolo
Lavandula vera; L. x hybrida
linalolo, lavandulolo, terpineolo, borneolo,
geraniolo
Melaleuca alternifolia; M.
quinquenervia
terpinen-4-olo
Mentha spp
mentolo
Ocimum basilicum
linalolo
Origanum majorana
α-terpineolo, terpinen-4-olo, linalolo
Pelargonium spp
citronellolo, geraniolo
Ravensara aromatica
α-terpineolo
Salvia sclarea
linalolo, α-terpineolo; sclareolo
Effetti
Carvacrolo su Bacillus cereus
a basse concentrazioni
1. Estende la fase di latenza
2. Riduce la crescita specifica massima
3. Riduce la densità finale della popolazione
ad elevate concentrazioni
1. Riduce esponenzialmnte la viabilità batterica
2. Aumenta la fluidità della membrana
3. Porta a fuoriuscita di K+ e H+
4. Riduce il delta di pH transmembranico
5. Collassa il potenziale di membrana
6. Inibisce la sintesi di ATP
7. Morte cellulare
Target batterici
• Effetti su parete e membrana cellulare
• Disturbo produzione ATP e omeostasi pH
• Trascrittoma e proteoma cellulari
• Quorum sensing
• Anti-ureasi
1. Lesioni della membrana citoplasmatica e della parete cellulare,
aumento permeabilità e fluidità della membrana,
disintegrazione e rilascio di lipopolisaccaridi (carvacrolo, timolo,
eugenolo, cinnamaldeide)
2. Interazione con proteine di membrana o periplasmatiche
(carvacrolo, timolo, eugenolo)
3. Inibizione enzimi metabolismo energetico (ATP-asi) in G+,
riduzione potenziale di membrana e forza motrice protonica
dei flagelli, quindi motilità (eugenolo, cinnamaldeide,
carvacrolo, para-cimene)
Membrana e parete
cellulare
4. Affinità per la membrana, espansione, riduzione
temperatura di fusione (p-cimene, citrali).
Membrana e parete
5. Modifica permeabilità tramite integrazione nel doppio
strato lipidico, fluidificazione
e successivo adattamento del
cellulare
profilo lipidico (timolo, carvacrolo)
6. Forse inibizione uptake glucosio e glicolisi (eugenolo,
cinnamaldeide)
7. G+ e G- rispondono diversamente agli OE, con differenti
lesioni delle pareti cellulari (solitamente più gravi per i G+)
• Aumento di permeabilità e fluidità della membrana rende
impossibile bloccare il passaggio passivo di H+ e K+
• Carvacrolo: carrier transmembrana cationi
• Riduzione significativa del pH intracellulare
• Crisi cellulare
Omeostasi pH
Carvacrolo come carrier transmembranico
•
•
Carvacrolo: espressione e folding proteine di membrana,
espressione HSP in E. coli, inibizione sintesi di flagellina
• Timolo: espressione HSP60 (GroEL) e HSP70 con
misfolding delle proteine di membrana
Timolo: percorso del citrato ed ATP-asi, disturbo processi
energetici
Target intracellulari
• I microrganismi associati a biofilm sono da 50 a 500 volte più resistenti
dei microrganismi planctonici
• Le molecole QS presenti in G- e G+ regolano produzione di biofilm,
motilità, resistenza allo stress, virulenza e capacità di fare colonia.
Quorum-sensing
• Molecole interessanti: cinnamaldeide, citrali, carvone, alfa-pinene.
• Attivi: Syzygium aromaticum, Pelargonium, Lavandula, Rosa,
Rosmarinus e Piper spp. (in particolare Piper bredemeyeri), Allium
sativum
• Meno attivi: Citrus, Eucalyptus e Lippia alba
• L’ureasi è fo da e tale per al u i patoge i (Helicobacter pylori
e Klebsiella pneumoniae) per idrolizzare urea ad ammonia
• Cuminum cyminum mostra attività antiureasi su K. pneumoniae
Anti-ureasi
Funghi
• Attività in genere simile a quella sui batteri
• Lisi membrana e danneggiamento mitocondri: TTO, CdG,
Anethum graveolens
• Data la natura di eucarioti dei funghi, sostanze attive su di
loro saranno attive anche sulle cellule umane
Target virali
• Più comune: disturbo strutture del virione necessarie per la
penetrazione della cellula. Il carvacrolo lede la capsula virale
• Meno comune: inibizione sintesi proteica virale a livello post
trascrizione (cinnamaldeide); inibizione trasmissione da cellula a
cellula (Santolina insularis)
• Melaleuca alternifolia e Eucalyptus globulus agiscono sia prima
sia durante la penetrazione
Sinergia negli oli essenziali
Sinergia
Azio e u itaria di due o più ole ole tale he…
u a au e ta l’attività delle altre i
odo da…
ottenere un effetto finale maggiore di quello che si potrebbe
ottenere con qualsiasi delle molecole prese singolarmente in
quantità equivalenti.
Esempio
Sette composti di Thymus vulgaris CT timolo (timolo, carvacrolo,
linalolo, p-cimene, borneolo, alfa-terpinene, gamma-terpinene) in
rapporto 1:1:
1% antagonistici
21% sinergici
42% additivi
36% indifferenti
Meccanismi
Inibizione sequenziale di molti passaggi di un percorso
metabolico
Inibizione degli enzimi che espellono gli antimicrobici
Interazioni di molti antimicrobici con le componenti della
parete cellulare
Interazioni con la membrana e/o la parete cellulare che
portano ad un aumento della captazione di altri
antimicrobici
Molti MS
deboli
Farmacodinamica
Inibizione di
molti step
Attività sulla
membrana
Farmacocinetica
Sinergia
Azione
enzimatica
Polifarmacia
Analogie
Farmacologia di rete
Due step
intracellulari
Cinnamaldeide
Eugenolo
CarvacroloEugenolo/
cinnamaldeide
Anti efflusso
Farmacocinetica
p-Cimene
Carvacrolo
Geraniolo
Antibiotico
Timolo Carvacrolo
Due step
di membrana
AcrA
Proteina
intracellulare
Enzima
Produzione ATP
Antibiotico
Sintesi proteica
• La potenza individuale di una molecola non determina il
potenziale della combinazione
• La sinergia è più probabile tra una molecola potente ed una
debole: carvacrolo + cimene; eugenolo + mentolo
Parametri
• L’additività è più pro a ile o due ole ole egual e te attive:
carvacrolo + timolo
• Le caratteristiche chimiche che rendono una molecola più
antibatterica rendono più difficile il partizionamento nella
membrana
• La mancanza delle caratteristiche antibatteriche rende più facile
l’i filtra e to della e ra a, e la fa ilitazio e del passage di
altre molecole
Parametri
Tre caratteristiche chimiche rilevanti delle coppie sinergiche:
1. proprietà lipofiliche dei monoterpeni
2. potenza dei gruppi funzionali
3. solubilità acquosa di uno dei due composti
Applicazioni
• Agiscono su diverse strutture e target: più difficile comparsa di
resistenza
• Sono attivi su batteri, funghi, protozoi e virus: interessanti in
caso di infezioni miste.
Caratteristiche OE
• Oltre ad essere antibiotici possono essere antinfiammatori,
immunomodulanti locali, antiossidanti e rigenerativi cutanei
• Al momento non sono un sostituto per le terapie antibiotiche
sistemiche, ma sono molto interessanti per i trattamenti topici
Contatto diretto con le mucose infette.
Inalazioni e fumigazioni
Cautele
•Areosol: non più di 10 minuti, areare la stanza
•Fumigazioni: poche gocce in acqua non bollente, applicazioni
frequenti, occhi ben chiusi
•Bambini: acqua meno calda, no eucalipto, menta e OE
irritanti, fumigazioni dirette e areosol prolungato
Materiale
Dosi
Olio vegetale
600 ml
Oleolito Iperico
200
Unguento respiratorio
OE Eucalyptus globulus
50
OE Thymus vulgaris
40
OE Melaleuca alternifolia
40
OE Cymbopogon spp.
40
OE Mentha x piperita (Rosmarino per bambini)
30
Applicare al torace al mattino e prima di andare a letto. Usare puro in adulti, diluito 1:3 in olio v
•Penetrazione transdermica accoppiata a inalazione lenta
Applicazioni topiche
•Igiene delle mani.
•Ferite
•Ferite infette
•Infezioni dermatologiche
•Melaleuca alternifolia
•Syzygium aromaticum
Miscela antivirale topica
•Eucalyptus globulus/citriodora
•Cymbopogon spp.
•Salvia officinalis
•Thymus/Origanum
Gli OE più attivi
Nome botanico
OE antibatterici
Composto più attivo
Tolleranza delle mucose
Aniba rosaeodora
linalolo
buono
Cinnamomum spp. cortex
cinnamaldeide
dermocaustico
Citrus bergamia
linalolo, cumarine
buono
Cymbopogon martini
geraniolo, citrali
buono
Eucalyptus citriodora
citrali
buono
Lavandula spp.
varie
buono
Melaleuca alternifolia
terpinen-4-olo ecc.
medio
Origanum spp.
Carvacrolo
irritante
Pelargonium spp.
varie
buono
Salvia spp.
vari (borneolo, linalolo)
medio
Satureja montana
carvacrolo
irritante
Syzygium aromaticum
Eugenolo
irritante/medio
Thymus vulgaris
timolo
irritante
Trachispermum ammi
Carvacrolo
irritante
OE antimicotici
Nome botanico
Composto più attivo
Tolleranza delle mucose
Cinnamomum spp. cortex
cinnamaldeide
dermocaustico
Cymbopogon
flexuosus/citratus
citrale
buono
Cymbopogon martini
geraniolo
buona
Eucalyptus globulus
1,8-cineolo
Laurus nobilis
vari
buono
Litsea citrata
citrale
medio
Melaleuca alternifolia
Terpinen-4-olo
buona
Melaleuca quinquenervia
alfa-terpineolo, 1,8-cineolo
Origanum spp.
carvacrolo
irritante
Pelargonium x asperum
Citronellolo
eccellente
Satureja montana
carvacrolo
irritante
Thymus vulgaris CT timolo timolo
irritante
OE antivirali
Nome botanico
Composti attivi
Artemisia arborescens
Artemisia vulgaris
a- e b-tujone, 1,8cineolo, carveolo
Target
Tollerabilità
HSV 1, 2
Tossico
YFV
Cinnamomum camphora alfa-terpineolo, 1,8CT cineolo
cineolo
HSV
Eccellente
Cinnamomum camphora Linalolo
CT linalolo
HSV
Eccellente
Cinnamomum
zeylanicum
Cinnamaldeide
Influenza
Irritante,
sensibilizzante
Cymbopogon
citratus/flexuosus
Geraniale e nerale
HSV
Buona
Cymbopogon martinii
Geraniolo
HSV
Eccellente
Eucalyptus globulus
1,8-cineolo
HSV
Eccellente
OE antivirali
Nome botanico
Composti attivi
Hyssopus officinalis
Laurus nobilis
Target
Tollerabilità
HSV 1
buono/medio
b-Ocimene, 1,8-cineolo, ae b-pinene
Lippia
alba/origanoides
YFV
Lippia
junellana/turbinata
Virus Junin
Litsea citrata
nerale e geraniale
HSV
Media
Melaleuca
alternifolia
Terpinen-4-olo, alfaterpineolo, terpinolene
HSV 1, 2, influenza Buona
H1N1
Melissa officinalis
Citrali, citronellale
HSV 1, 2
Mentha xpiperita
mentolo
HSV 1, 2, e
aciclovir resistenti
medio
OE antivirali
Nome latino
Composti attivi
Origanum vulgare
Rosmarinus officinalis CT
verbenone
Tollerabilità
YFV
Verbenone
Salvia fruticosa/officinalis
Santalum album
Target
santalolo
HSV
Eccellente
HSV 1
Buona
HSV 1
buono
Syzygium aromaticum
Media
Thymus vulgaris
timolo e
carvacrolo
HSV 1
irritante
Thymus vulgaris CT tujanolo
Tujanolo
HSV
Eccellente
Trachyspermum ammi
Timolo
HSV
Irritante
Zingiber officinale
HSV 1