ABSTRACT
The essential oil (EO) extracted from the bark of Cinnamomum zeylanicum (Czey; also known as cinnamon), mostly derives its properties from its major compound trans-cinnamaldehyde (TCin). The present study evaluated the antimycobacterial activity of the essential oil from Czey (CzeyEO) and TCin against sensitive and resistant clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis, as well as the combinatorial effects of CzeyEO and TCin with the anti-tuberculosis (TB) drugs rifampicin (RIF) and isoniazid (INH). The resazurin microtiter assay method was used to determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of the components tested on the clinical isolates of M. tuberculosis. The effects of the CzeyEO/RIF, CzeyEO/INH, TCin/RIF, and TCin/INH combinations on the M. tuberculosis H37Rv reference strain were evaluated using the checkerboard method to determine the fractional inhibitory concentration index (FICI). CzeyEO and TCin inhibited all bacterial clinical isolates. In the interactive experiment, CzeyEO and TCin were found to be highly effective in reducing the resistance of resistant M. tuberculosis to RIF and INH. All four tested combinations demonstrated synergistic and additive effects, with no antagonistic effects. The synergistic combinations of CzeyEO/RIF and CzeyEO/INH exhibited FICI values of 0.375 and 0.5, respectively, while the TCin/RIF and TCin/INH combinations exhibited FICI values of 0.31 and 0.5, respectively. These results indicate that CzeyEO and TCin are potential candidates for the treatment of drug-resistant tuberculosis in combination therapy with INH and RIF.
O óleo essencial (EO) extraído da casca do Cinnamomum zeylanicum (CzeyEO), conhecido como canela, tem como seu principal composto o trans-cinamaldeído (TCin). O presente estudo avaliou a atividade antimicobacteriana de CzeyEO e do TCin contra isolados clínicos sensíveis e resistentes de Mycobacterium tuberculosis, bem como os efeitos das associações de CzeyEO e do TCin com os fármacos anti-TB, rifampicina (RIF) e isoniazida (INH). A técnica de ensaio de microtitulação da resazurina foi utilizada para determinar a concentração inibitória mínima (CIM) dos componentes testados nos isolados clínicos de M. tuberculosis. Os efeitos das associações CzeyEO/RIF, CzeyEO/INH, TCin/RIF e TCin/INH contra a cepa de referência H37Rv de M. tuberculosis foram avaliados pelo método Checkerboard, determinando o índice de concentração inibitória fracionária (ICIF). Todos os isolados clínicos bacterianos foram inibidos por CzeyEO e TCin. As interações de CzeyEO e TCin foram altamente eficazes na redução da resistência do M. tuberculosisresistente a RIF e INH. Todas as quatro combinações testadas resultaram em efeitos sinérgicos e aditivos, sem efeito antagônico. Ambas as associações de sinergismo de CzeyEO/RIF e CzeyEO/INH mostraram valores de ICIF de 0,375 e 0,5, enquanto as associações de TCin/RIF e TCin/INH apresentaram valores de ICIF de 0,31 e 0,5. CzeyEO e TCin são potenciais candidatos em terapia combinada com INH e RIF para o tratamento da tuberculose resistente.
Subject(s)
Tuberculosis , Cinnamomum zeylanicum , Anti-Bacterial Agents , Mycobacterium tuberculosisABSTRACT
ABSTRACT: The rise in cases of antibiotic-resistant Mycobacterium tuberculosis has become a major obstacle to the effective control of tuberculosis (TB) worldwide. Essential oils (EO) are complex mixtures that may contain between 20 and 60 components, with two or three major compounds at relatively high concentrations (20-70%) that are responsible for their pharmacological properties. The objective of this study was to assess the antimicrobial activity of the EOs, bushy lippia (Lippia alba), rosemary pepper (Lippia sidoides), lemon grass (Cymbopogon citratus), Mexican mint or Indian borage (Plectranthus amboinicus), and true cinnamon (Cinnamomum zeylanicum), against Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Chemical characterization of the EOs was performed by gas chromatography coupled to mass spectrometry. The minimum inhibitory concentration (MIC) was determined by the microdilution-based resazurin microtiter assay. Four EOs were able to inhibit the growth of M. tuberculosis, with MICs of 286.5±130.2μg/mL (C. zeylanicum), 299.5±117.2μg/mL (L. sidoides), 351.6±39.06μg/mL (P. amboinicus), and 1,250μg/mL (C. citratus). Only the EO of L. alba showed no antimycobacterial activity at the tested concentrations, with an MIC greater than 1,250µg/mL. Results of this study suggested that C. zeylanicum, L. sidoides, and P. amboinicus could be important sources of bactericidal compounds against M. tuberculosis and require further investigation. The activity against M. tuberculosis of these three EOs has not been reported previously. The results show the high potential of the tested antimycobacterial EOs, making them a promising alternative for TB treatment. This data also confirms the importance of bioprospecting studies for active substances with antimycobacterial activity, which are still scarce.
RESUMO: O aumento no número de casos de Mycobacterium tuberculosis resistentes tem se tornado um grande obstáculo no controle efetivo da tuberculose (TB) mundialmente. Os óleos essenciais (OE), que são misturas complexas que podem conter entre 20 a 60 componentes, apresentam dois ou três compostos principais, em concentrações relativamente elevadas, 20 a 70%, que são responsáveis pelas suas propriedades farmacológicas. O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antimicobacteriana dos seguintes óleos essenciais (OEs) em Mycobacterium tuberculosis H37Rv: erva-cidreira (Lippia alba), alecrim-pimenta (Lippia sidoides), capim-limão (Cymbopogon citratus), orégano (Plectranthus amboinicus) e canela (Cinnamomum zeylanicum). A caracterização química dos OEs foi realizada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa. A Concentração Inibitória Mínima (CIM) foi determinada pela técnica de microdiluição da resazurina. Quatro OEs foram capazes de inibir o crescimento de M. tuberculosis, com CIM de 286,5±130,2μg/mL (C. zeylanicum), 299,5±117,2μg/mL (L. sidoides), 351,6±39,06μg/mL (P. amboinicus) e 1250μg/mL (C. citratus). Somente o OE de L. alba não mostrou atividade antimicobacteriana nas conscentrações testadas, considerando CIM maiores que 1250µg/mL. Os resultados deste estudo sugerem que L. sidoides, C. zeylanicum e P. amboinicus podem ser fontes importantes de compostos bactericidas contra M. tuberculosis e prováveis candidatos a serem investigados. A atividade contra M. tuberculosis desses três OEs não foi relatada em estudos anteriores. Os resultados mostram o elevado potencial antimicobacteriano dos OEs analisados, fazendo deles uma alternativa promissora para o tratamento da TB. Os resultados obtidos demonstraram a importância de pesquisas para bioprospecção de substâncias ativas com ação antimicobacteriana, que ainda são escassas.