Anti-Quorum Sensing, Yok Etmeden Susturmak!

Gazi Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, Farmakognozi ABD’na bağlı “Fitoterapi Yüksek Lisans Programı” tez çalışmamızda bazı uçucu yağların (UY) anti-Quorum Sensing (anti-QS) etkilerini araştırdık. Antibiyotiklere alternatif olabilecek uçucu yağlar ve onların aromaterapide kullanılan bazı karışımlarının etkilerini gözlemledik. 

Aromaterapi alanında kullanılan uçucu yağ preperatlarının incelenmesi için ön çalışma niteliğinde olan çalışmamızı, uzun yıllardır terapötik amaçla kullanılan UY’ların tek başına ve karışımlarının etkilerinin hangi mekanizma ile hangi bakteriler üzerinde gösterdiklerine ışık tutacak bilimsel bir başlangıç olarak tasarladık. Çalışmada kullandığımız 11 adet UY ve ayrıca antimikrobiyal boğaz gargarası GX ve onikomikoz tedavisinde kullanılan MX kodlu aromaterapötik UY karışımlarını, 13 adet Gram-negatif ve Gram-pozitif bakteri üzerinde test ettiğimizde anti-bakteriyel, anti-biyofilm, anti-Quorum Sensing etkilerinin olduğunu ve UY’ların farklı ölçülerde inhibisyonlara neden olduğunu gördük. Araştırmamızda sedir (Cedrus atlantica), bergamot (Citrus aurantium var. Bergamia), limon (Citrus limonum), portakal (Citrus sinensis), okaliptüs (Eucalyptus globulus), karanfil (Eugenia caryophyllus), lavanta (Lavandula angustifolia), çay ağacı yağı (Melaleuca alternifolia), nane (Mentha piperita), biberiye (Rosmarinus officinalis), kekik (Thymus vulgaris)/ (linalool kemotipi) uçucu yağlarını kullandık. 

“Quorum” yeter sayı, yeterli çoğunluk; “Sensing” algılama kelimelerinden türetilen Quroum Sensing (QS), yeterli çoğunluğu algılama olarak tarif edilmektedir. Bizim konumuzda yeterli çoğunluğu sağlayanlar da mikroorganizmalardır.

Uzun bir süre mikroorganizmaların sadece besin bulmayı ve çoğalmayı hedefleyen tek tek hücreler olarak varoldukları sanılıyordu. Bugün ise bireysel değil, canlı kalmak için grup olma özellikleri taşıdıkları bilinmektedir. 
Quorum sensing, mikroorganizmaların kendi hücre yoğunluklarını ve tavırlarını ortama uyarlamak için hep birlikte ortama yaydıkları iletişim molekülleri ile kurdukları moleküler bir mekanizmadır [1]. QS kullanan mikroorganizma türlerinde her bir hücre, bazal miktarda iletişim molekülü salgılar. Bu iletişim molekülleri istekli ve gönüllü iki taraf arasındaki bilgi alışverişidir [2]. Başka bir deyişle bu sistemden yararlanmak için bir iletişim molekülünün hem göndericisi hem de alıcısının sinyalleme özelliğinin olması gerekmektedir [3]. Bu iletişim sistemi ile bakteriler düşük hücre yoğunluğundayken maliyetli ve etkisiz olan işlemleri (bu işlemler konakçıda hastalığa neden olan virulans faktörleri sentezi gibi işlemlerdir) yüksek hücre yoğunluğuna geçerek, tüm topluluğun hayrına olarak daha az maliyetle gerçekleştirirler [1]. QS bakterilerin tek başlarına iken imkânsız olan savunma, bağışıklık sistemlerini alt-etme ve daha yüksek organizmalarda enfeksiyonlar oluşturma görevlerini yerine getirmek için bir topluluk olarak davranmasına izin verir [4]. 

Bakterilerin moleküler QS iletişim dilinin keşfi 1983 yılında olmuştur. Bilim insanları Gram-negatif bir deniz bakterisi olan Vibrio fischeri’nin bazı zamanlarda bir tür ışıma olan biyoluminesans yaptıklarını gözlemişlerdir. Engebrech ve arkadaşları ışık üretim fenomenini ayrıntılı olarak araştırmışlar ve lusiferaz geninin aktivasyonunun bakterilerde ışık üretiminden sorumlu olduğunu belirtmişlerdir. Tek başına iken ışıma yapmayan V. fischeri bakterilerinin, ortamda biriktiklerinde ışıma başladığının görülmesi üzerine QS araştırmalarına hız verilmiştir [5]. 

Mikroorganizmaların kullandığı bu iletişim dili, yani Quorum sensing birkaç yolla olmaktadır, farklı bakteri türleri farklı dilleri kullanmaktadır. Gram-negatif bakteriler için açil homoserin lakton (AHL) denen sinyal molekülleri iletişim dilini oluştururken, Gram-pozitif bakteriler oligopeptit denen sinyal moleküllerini kullanırlar. Bazı mikroorganizmalar da her iki dili kullanma becerisine sahiptir. 

Mikroorganizmaların bu başarılı işbirliğini bozmak için yıllardır antibiyotikler kullanılmaktadır. Modern antibiyotik dönemi, Alexander Fleming’in 1928’de penisilin’i keşfi ile ilişkilendirilmiştir. Penisilin, İkinci Dünya Savaşı askerlerinin bakteriyel enfeksiyonlarını kontrol etmede başarılı olmakla birlikte kısa bir süre sonra penisilin direnci önemli bir klinik problem haline gelmiştir [7]. Antibiyotik yaygın bir şekilde kullanıldığında ilacı inaktive edebilen dirençli suşlar da yaygınlaşmıştır ve β-laktamazlar ile oluşan direnci önlemek için penisilin kimyasal olarak modifiye etmek üzere sentetik bazı çalışmalar yapılmıştır [6]. 

Hastalıklarda antibiyotiklerin uygunsuz kullanımı, hayvansal endüstrideki yaygın antibiyotik kullanımı gibi faktörler antibiyotik direncinin ortaya çıkmasına katkıda bulunmuştur. Dünya genelinde artan seyahatler ve hasta hareketi ile, ilaca dirençli organizmaların bir ülkeden diğerine iletilmesi de artmıştır. [8] Son zamanlarda yapılan yüksek profilli bir raporda, 2050 yılına kadar, antimikrobiyal direnç (AMD) sorununa küresel bir yanıt verilmediği sürece her yıl 10 milyon insanın AMD nedeniyle öleceği tahmin edildiği ifade edilmektedir. [9]. 

Antibiyotiklere maruziyetin modern “antibiyotik dönemi” ile sınırlı olduğuna dair yaygın inanışın aksine, araştırmalar bu durumun böyle olmadığını ortaya koymuştur. 2011 yılında Mc Master Üniversitesi‟nden (Kanada) bir araştırma ekibi, 30 000 yıldan fazla bir süredir Yukon Bölgesi‟nde bulunan permafrost çökeltilerde farklı antibiyotik direnç genleri keşfetmiştir. Antibiyotiklere maruz kalmanın aşırı derecede düşük olduğu Amazon’un uzak bölgelerinde asemptomatik insan taşıyıcılarında da birçok ampisilin, tetrasiklin, trimetoprim/ sulfametoksazol, streptomisin ve kloramfenikol gibi antibiyotiklere dirençli genler bulunmuştur. [10]. Cuzco, Peru’dan (MS 980-1170 tarihine ait) Kolombiyalı bir Andean mumyasının bağırsak mikrobiyomu, β-laktam, fosfomisin, kloramfenikol, aminoglikozit, makrolit, kükürt, 21 kinolonlar, tetrasiklin, ve vankomisin direnç genlerine rastlanmıştır  [11]. Antibiyotik direnci bundan böyle, doğada bulunan ve bakteriyel topluluğa yayılmak ve bakteriyel patojenlere bulaşmak üzere herhangi bir zamanda harekete geçirilebilen genlerin ve/veya gen dizilerinin varlığı olarak kabul edilmelidir [12].

 Mikroorganizmalar soylarını sürdürebilmek için bu gelişmiş direnç genleri rezervuarına sahipken, bitkilerin de yaşamda kalmak için evrim sonucu geliştirdikleri bazı moleküllere sahip olduğu uzun süredir bilinmektedir. Bitkiler memelilerdeki gibi bir bağışıklık sistemine sahip olmadıkları için işgalci patojenlere karşı kendilerini savunmak için anti-QS bileşikleri geliştirmişlerdir [13]. Bu savunmayı bitkiler uçucu yağları üreterek mikrobiyal enfeksiyonlardan korunmayı başarmışlardır. Bitkiler salgıladıkları uçucu yağların aurası ile yalnızca güneşin yakıcı etkilerinden değil, saldırgan patojenlerin yaptığı hastalıklardan da korunmuşlardır. Uçucu yağların terkibinde etkili olan çok fazla molekül vardır. Bu moleküllerin sinerjik etkileri ile hastalık yapan zararlılardan korundukları düşünülmektedir.  Salgıladıkları uçucu yağları bitkiler doğal olarak kullanırken, insanlar da bu bitkileri ve uçucu yağları yaklaşık 6000 yıldır kullanmaktadır [14].

Uçucu yağların geniş bir kullanım alanı vardır, yapılan çalışmalarla bazı UY ve aromaterapötik karışımlarının antibiyotiklere alternatif olabilecek nitelikler taşıdığı yapılan çalışmalarla gösterilmiştir. Uçucu yağlar bitkilerin çiçek, yaprak, sap, meyve ve köklerinden ekstre edilen ve ayrıca reçinelerinden damıtılmış, tıbbi etkileri bilinen karışımlardır. Genellikle inhalasyonla veya masajla cilt yüzeyinden emilen, nadiren doğrudan oral kullanımı olan bu bileşikler ve onların karışımları, yüzyıllardır geleneksel tedavide kullanılmıştır [14]. 

Son yıllarda adı sıkça duyulan aromaterapi uçucu yağları kullanır. Uçucu yağlar (UY), onlara terapötik değer kazandıran terpenler, esterler, kumarinler, aldehitler gibi pek çok madde içerirler. Bu tedavi edici maddeler uçucu yağlara antimikrobiyal, antioksidan, analjezik, anksiyolitik, antienflamatuvar, antispazmodik ve anestezik etkiler kazandırırlar [15]. 

Modern tıp, patojenlerin ve kanser hücrelerinin tek bileşenli ilaçlara karşı ne kadar hızlı direnç geliştirebileceğini öğrenmiştir. İlaçlara direnç gelişimini engellemek veya geciktirmek için karmaşık ilaç karışımlarının uygulanması günümüzde önem kazanan bir terapötik stratejidir. Bitkiler hayatta kalmak için bu stratejiyi kendi evrimlerinde çok erken öğrenmişlerdir [16]. UY’larda bulunan farklı yapılardaki bileşenlerin, farklı dozlardaki karışımları bitkilerin savunma mekanizması olarak kullandıkları bir strateji ise, bunu direkt UY’lar ve onların karışımları halinde kullanmak da bilim insanlarının stratejisi olmuştur. 

Çalışmamızda kullandığımız uçucu yağlar, beş adet Gram-pozitif bakteri (Enterococcus faecalis, Micrococcus luteus, Bacillus cereus, Staphylococcus epidermidis ve Staphylococcus aureus) ve sekiz adet Gram-negatif bakteri (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Proteus mirabilis,  Salmonella typhimurium, Serratia marcescens) olmak üzere on üç bakteri suşu üzerinde denendiğinde, Gram-pozitif bakteriler üzerindeki etkilerin Gram-negatif bakteriler üzerindeki etkiden daha yüksek olduğu görülmüş, etki farkının Gram-negatif bakterilerin ekzopolisakkarit yapısındaki dış zarının geçirgenliğinin düşük olmasının buna sebep olduğu düşünülmüştür. 

Çalışmanın sonunda antibakteriyel ve anti-QS etkileri en yüksek olan yağların kekik ve lavanta UY’ları olduğu, aromaterapötik amaçla hazırlanan GX ve MX karışımlarının da  oluşan sinerji ile oldukça yüksek etkinlik gösterdiği tespit edilmiştir. 

Bu bize yerli bitkilerimizden uygun kemotipleri seçilmek üzere, kekik ve lavanta’nın antimikrobiyal ve anti-QS aktivite çalışmalarının yapılmasının uygun olabileceğini göstermiştir. Ayrıca bu yağlarla karışım halinde kullanılacak olan GX ve MX gibi terapötik kombinasyonların Gram-pozitif ve Gram-negatif bakteriler üzerindeki etkileri konusunda araştırmaların derinleştirilmesinin gerektiğini; UY’da bulunan aktiviteden sorumlu terpenlerin insan sağlığını tehdit eden antibiyotik direnci gibi sorunlara karşı yapılacak kapsamlı çalışmaların ve yeni tedavi yaklaşımlarının yararlı olabileceğini düşündürmüştür. 
   
Bu çalışmada aromaterapinin tedavi aralığının inhalasyon ve masajla sınırlı olmadığı, kullanılan uçucu yağlardaki bileşenlerin antimikrobiyal etkileri ile bilimsel bir zemine oturduğu gösterilmiştir.  

Uzman Eczacı Müjgan Özfenerci/ Akar Eczanesi/Ankara
Danışman: Prof. Dr. Ufuk KOCA ÇALIŞKAN Farmakognozi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi


Kaynaklar
1-(Remy, Mion, Plener, Elias, Chabriere, David 2018).
2-(Mullard, 2009).
3-(Lazdunski, Ventre, Sturgis, James 2004).
4-(Holm ve Vikström 2014). 
5-(Poli ve diğerleri 2018).
6-(Davies ve Davies 2010). 
7-(Ventola, 2015).
8 -(Gupta ve Birdi 2017).
9-(de Kraker, Stewardson ve Harbarth 2016).
10 (Aminov 2010).
11-(Perry, Waglechner ve Wright 2016).
12-(Rolain, J. M., Abat, C., Jimeno, M. T., Fournier, P. E. Raoult, D 2016). 
13- (Koh, Tan, Krishnan, Chong, Chan, Gan 2013).
14- (Rehman ve Asif Hanif 2016).
15-(Buriani ve diğerleri 2020).
16-(A. Bruani ve diğerleri 2020)