Antimicrobial Effect of Origanum onites and Ocimum basilicum on blaCTX-M Positive Enterobacteriaceae

Abstract

Antibiotics are widely used for the treatment of mastitis caused by pathogenic microorganisms, although they are also used in the treatment of various infectious diseases in food animals. Beta-lactam antibiotics are commonly used for the treatment of disease caused by Enterobacteriaceae such as E.coli and Klebsiella because of they have few side effects and are bactericidal. The excess and unnecessary use of antibiotics causes the antibiotic resistance of pathogens. Extended spectrum beta-lactamases have been commonly found in Enterobacteriaceae isolated from humans and animals. In order to limit the use of antibiotics in the treatment of mastitis, researchers have investigated alternative treatments such as homeopathy, clay therapy, phytotherapy, essential oils, acupuncture, ozone, and oxygen therapy. In this study, the antimicrobial effect of Origanum onites and Ocimum basilicum essential oils on blaCTX-M positive E. coli, Serratia liquefaciens, Citrobacter braakii and Morganella morganii bacteria were investigated. 50% (v/v) concentration of Ocimum basilicum and Origanum onites essential oils have shown the best antimicrobial effect on blaCTX-M positive bacterias. While MIC values of Origanum onites essential oil have determined as <0.48 µL / mL, MIC values of Ocimum basilicum essential oil have determined between 31.25 and <0.48 µL / mL. Essential oils can be used as an alternative treatment method especially in organic production establishments in order to prevent the increase of antibiotic resistance.

Keywords

• Origanum onites
• Ocimum basilicum
• essential oil
• antibiotic resistance
• Enterobacteriaceae

Origanum onites ve Ocimum basilicum’un blaCTX-M Pozitif Enterobacteriaceae Üzerine Antimikrobiyal Etkisi

Abstract

Antibiyotikler hayvanlarda çeşitli enfeksiyon hastalıkların tedavisinde de kullanılmaları yansıra, patojen mikroor-ganizmaların neden olduğu mastitis tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Enterobacteriaceae familyasına ait E.coli ve Klebsiella gibi etmenler ile mücadelede yan etkilerinin az olması ve bakterisid olmaları nedeniyle beta-laktam antibiyotikler sıklıkla kullanılmaktadır. Antibiyotiklerin aşırı ve uygunsuz kullanımı, patojenlerin direnç geliştirmesine neden olmuştur. İnsan ve hayvanlarda Enterobacteriaceae üyelerinde en sık rastlanan direnç geniş-lemiş spektrumlu beta-laktamaz üretimidir. Mastitis tedavisinde antibiyotik kullanımını sınırlandırmak amacı ile araştırmacılar homeopati, kil tedavisi, fitoterapi, esansiyel yağlar, akupunktur, ozon ve oksijen tedavisi gibi alterna-tif tedavileri araştırmışlardır. Bu çalışmada Origanum onites ve Ocimum basilicum esansiyel yağlarının antibiyotik dirençli blaCTX-M geni içeren Escherichia coli, Serratia liquefaciens, Citrobacter braakii ve Morganella morganii üzerine antimikrobiyal etkisi incelenmiştir. Origanum onites ve Ocimum basilicum esansiyel yağlarının %50 (v/v) konsantrasyonun blaCTX-M pozitif bakteriler üzerine en iyi sonucu verdiği tespit edilmiştir. Origanum onites esansiyel yağın MİK değerleri <0.48 µL/mL olarak tespit edilmişken, Ocimum basilicum esansiyel yağının MİK değerleri 31.25 ile <0.48 µL/mL arasında tespit edilmiştir. Esansiyel yağlar, özellikle organik üretim yapan tesislerde antibi-yotik direncinin artmasını önlemek için alternatif bir tedavi yöntemi olarak kullanılabilir.

Keywords

• Origanum onites
• Ocimum basilicum
• esansiyel yağ
• antibiyotik direnci
• Enterobacteriaceae

References

1. Bajpai, V. K., Baek, K. H. ve Kang, S. C. (2012). Control of Salmonella in foods by using essential oils: A review. Food Research International, 45(2), 722-734. doi:10.1016/j.foodres.2011.04.052
2. Bal, Y. (2011). Organik süt ineği işletmelerinde mastitis sorununa yaklaşımlar. Veteriner Hekimler Derneği Dergisi, 82(2), 7-14. http://veteriner.org.tr/files/dergi/cilt82sayi2/2.pdf
3. Benameur, Q., Gervasi, T., Pellizzeri, V., Pľuchtová, M., Tali-Maama, H., Assaous, F. ve Marino, A. (2019). Antibacterial activity of Thymus vulgaris essential oil alone and in combination with cefotaxime against bla ESBL producing multidrug resistant Enterobacteriaceae isolates. Natural Product Research, 33(18), 2647-2654. https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1466124
4. Boorn, K. L., Khor, Y. Y., Sweetman, E., Tan, F., Heard, T. A. ve Hammer, K. A. (2010). Antimicrobial activity of honey from the stingless bee Trigona carbonaria determined by agar diffusion, agar dilution, broth microdilution and time‐kill methodology. Journal of Applied Microbiology, 108(5), 1534-1543. doi:10.1111/j.1365-2672.2009.04552.x
5. Burt, S. (2004). Essential oils: Their antibacterial properties and potential applications in foods- a review. International Journal of Food Microbiology, 94, 223-253. doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2004.03.022
6. Dadashi, M., Hashemi, A., Eslami, G., Fallah, F., Goudarzi, H., Erfanimanesh, S. ve Taherpour, A. (2016). Evaluation of antibacterial effects of Zataria multiflora Boiss extracts against ESBL-producing Klebsiella pneumoniae strains. Avicenna Journal of Phytomedicine, 6(3), 336.
7. De Oca S. A. M., Talavera-Rojas, M., Soriano-Vargas, E., Barba-León, J. ve Vazquez-Navarrete, J. (2015). Determination of extended spectrum b-Lactamases/Ampc b-lactamases and plasmid-mediated quinolone resistance in Escherichia coli isolates obtained from bovine carcasses in Mexico. Tropical Animal Health and Production, 47(5), 975-981. DOI 10.1007/s11250-015-0818-3
8. Dinç, G., Ata, Z. ve Temelli, S. (2012). Sığır mastitislerinden izole edilen Escherichia coli suşlarında genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz aktivitesi ve antibiyotik dirençlilik profilinin incelenmesi. Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, (59), 85-88. http://vetjournal.ankara.edu.tr/tr/ download/article-file/698397

9. Elmacıoğlu, S. (2013). Sığırlarda geniş spektrumlu beta-laktamaz sentezleyen Escherichia coli prevalansının belirlenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
10. Goy, R. C., Britto, D. D. ve Assis, O. B. (2009). A Review of the antimicrobial activity of chitosan. Polímeros, 19(3), 241-247. DOI: 10.1590/S0104-14282009000300013
11. Huijbers, P. M., van Hoek, A. H., Graat, E. A., Haenen, A. P., Florijn, A., Hengeveld, P. D. ve van Duijkeren, E. (2015). Methicillin-resistant Staphylococcus aureus and extended-spectrum and AmpC β-lactamase-producing Escherichia coli in broilers and in people living and/or working on organic broiler farms. Veterinary microbiology, 176(1-2), 120-125. http://dx.doi.org/10.1016/j.vetmic.2014.12.010
12. Ibrahim, D. R., Dodd, C. E., Stekel, D. J., Ramsden, S. J. ve Hobman, J. L. (2016). Multidrug resistant, extended spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Escherichia coli isolated from a dairy farm. FEMS Microbiology Ecology, 92(4). doi: 10.1093/femsec/fiw013
13. Jamali, C. A., Kasrati, A., Fadli, M., Hassani, L., Leach, D. ve Abbad, A. (2017). Synergistic effects of three Moroccan thyme essential oils with antibiotic cefixime. Phytothérapie, 1-6. DOI:10.3166/phyto-2019-0143
14. Jehl, F., Chomarat, M., Weber, M. ve Gerard, A. (2003). Antibiyotik duyarlılık testlerinden reçeteye. s.76, İstanbul: BioMeriéux yayınları. Kalemba, D. ve Kunicka, A. (2003). Antibacterial and antifungal properties of essential oils. Current Medicinal Chemistry, 10(10), 813–829. DOI: 10.2174/0929867033457719
15. Kolhapure, R. M., Kumar, A. ve Rajkumar, H. R. V. (2015). Coexpression of ESBL, AmpC and MBL in gram negative bacilli. International Journal of Research in Medical Sciences, 3(10), 2698–2703. DOI: http://dx.doi.org/10.18203/2320-6012.ijrms20150817
16. Lalak, A., Wasyl, D., Zając, M., Skarżyńska, M., Hoszowski, A., Samcik, I., Wozniakowski, G. ve Szulowski, K. (2016). Mechanisms of cephalosporin resistance in indicator Escherichia coli isolated from food animals. Veterinary Microbiology, 194, 69-73. http://dx.doi.org/10.1016/j.vetmic.2016.01.023
17. McGimpsey, A. J., Douglas, M. H., Van Klink, W. J., Beauregard, D. A. ve Perry, B. N. (1994). Seasonal variation in essential oil yield and composition from naturalized Thymus vulgaris L. in New Zealand. Flavour and Fragrance Journal, 9(6), 347–352.
18. Nguyen, D. P., Nguyen, T. A. D., Le, T. H., Tran, N. M. D., Ngo, T. P., Dang, V. C., Kawai T., Kanki M., Kawahara R., Jinnai M., Yonogi S., Hirai Y., Yamamoto Y. ve Kumeda Y. (2016). Dissemination of extended-spectrum β-lactamase-and AmpC β-lactamase-producing Escherichia coli within the food distribution system of Ho Chi Minh City, Vietnam. BioMed research international. https://doi.org/10.1155/2016/8182096
19. Oral, H., Çolak, A., Polat, B., Cengiz, M., Cengiz, S., Baştan, A. ve Kaya, S. (2014). Sütçü ineklerde subklinik mastitisin tedavisinde Aloe vera kullanımının etkinliği. Erciyes Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 11(3), 157-161. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/268532
20. Ögedey, D. E., Cömert, F., Köktürk, F., Külah, C. ve Aktaş, E. (2016). Genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz (GSBL) üreten Escherichia coli ve Klebsiella spp. izolatlarında CTX-M enzimlerinin belirlenmesi. Türk Mikrobiyoloji Cemiyeti Dergisi, 46(2), 88-96. http://tmc.dergisi.org/pdf/pdf_TMC_556.pdf
21. Ozdikmenli, S. ve Zorba N.N (2014). Uçucu yağların Staphylococcus aureus üzerine etkisi. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2(5), 228-235. DOI: 10.24925/turjaf.v2i5.228-235.118
22. Ozdikmenli, S. ve Zorba, N. N. D. (2016). Evaluation of usage of essential oils instead of spices in meat ball formulation for controlling Salmonella spp. Food Science and Technology International, 22(2), 93-101. DOI: 10.1177/1082013215571118
23. Santiago, G.S., Lasagno, M.C., Alencar, T.A., Ribeiro, L., Dubenczuk, F.C., Oliva, M.S. ve Coelho, S.M. (2015). AmpC-lactamase production in Enterobacteria associated with bovine mastitis in Brazil. African Journal of Microbiology Research, 9(8), 503-508. DOI: 10.5897/AJMR2014.7243
24. Sienkiewicz, M., Łysakowska, M., Denys, P. ve Kowalczyk, E. (2012). The antimicrobial activity of thyme essential oil against multidrug resistant clinical bacterial strains. Microbial Drug Resistance, 18(2), 137-148. DOI: 10.1089/mdr.2011.0080
25. Sienkiewicz, M., Łysakowska, M., Pastuszka, M., Bienias, W. ve Kowalczyk, E. (2013). The potential of use basil and rosemary essential oils as effective antibacterial agents. Molecules, 18(8), 9334-9351. DOI: 10.3390/molecules18089334
26. Şeker, E. ve Özenç, E. (2010). Mastitisli inek sütlerinden izole edilen koagulaz negatif stafilokokların antibiyotik dirençlilikleri. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 21(2), 107-111. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/146483
27. Tepeli, S. Ö. ve Zorba, N. N. (2017). Çanakkale (Yenice) ilinde üretilen çiğ sütlerin bazı özellikleri ve subklinik (Gizli) mastitis görülme oranı. Trakya University Journal of Natural Sciences, 18(1), 41-47. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/328841
28. Tepeli, S.Ö. (2017). Klasik peynir üretim Sürecinde GSBL ve Ampc Üüreten Enterobacteriaceae izolatlarının belirlenmesi (Doktora Tezi). Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
29. Tepeli, S.Ö, Eser, Ö., Gürpınar, Ö., Beşli, Y. ve Zorba, N. N. (2018) Peynir üretim aşamalarından elde edilmiş Enterobacteriaceae izolatlarında antibiyotik direnç genlerinin varlığı ve ısısal direnç. 38. Türk mikrobiyoloji kongresi (p. 146). Antalya, Türkiye.
30. Ünal, N. (2012). Mastitisli hayvanlardan izole edilen Stafilokokların antibiyotik direnci ve hayvanlarda metisiline dirençli Staphylococcus aureus. Erciyes Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 9(3), 221-231. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/66211
31. Valgas, C., Souza, S. M. D., Smânia, E. F. ve Smânia, Jr, A. (2007). Screening methods to determine antibacterial activity of natural products. Brazilian journal of microbiology 38(2), 369-380. DOI:10.1590/S1517-83822007000200034
32. Vasconcelos, N. G., Croda, J., Silva, K. E., Motta, M. L. L., Maciel, W. G., Limiere, L. C. ve Simionatto, S. (2019). Origanum vulgare L. essential oil inhibits the growth of carbapenem-resistant gram-negative bacteria. Revista da Sociedade Brasileira de Medicina Tropical, 52. doi: 10.1590/0037-8682-0502-2018
33. Verraes, C., Boxstael, S., Meervenne, E.V., Coillie, E.V., Butaye, P., Catry, B., Schaetzen, M. A., Huffel, X. V., Imberechts, H., Dierick, K., Daube, G., Saegerman, C., Block, J., Dewulf, J., Herman, L. (2013). Antimicrobial Resistance in The Food Chain: A Review. International Journal of Environmental Research Public Health, 10, 2643-2669. DOI: 10.3390/ijerph10072643
34. Weiner, M., Rózańska, H., Kubajka, M., Szulowski, K., Krajewska M. ve Wasiński, B. (2015). Occurrence and characterisation of MRSA and extended-spectrum ß- Lactamases producing Escherichia coli isolated from mastitic cows’ milk. Bulletin of the Veterinary Institute Pulawy, 59(2), 191-195. DOI: 10.1515/bvip-2015-0029
35. Yıldırım, D. ve Pehlivanoğlu, F. (2018). Buzağıların genişlemiş spektrumlu beta laktamaz üreten Escherichia coli taşıyıcılığı. Fırat Üniversitesi Sağlık Bilimleri Veterinerlik Dergisi, 32(3), 155-160. http://veteriner.fusabil.org/pdf/pdf_FUSABIL_1291.pdf