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Productos naturales
Composición y actividad antibacteriana del aceite esencial de Austroeupatorium inulifolium (Kunth) King & Robinson (Asteraceae)
Composition and antibacterial activity of Austroeupatoriuminulifolium (Kunth) King and Robinson (Asteraceae) essential oils
María Eugenia
Lucena1,3
María Escalante
Contreras2
Viviana González
Moreno†2
Luís Rojas-Fermín2
Yndra Cordero de
Rojas3
Francisco Javier
Ustáriz Fajardo1,3
Juan Carmona4
Silvia Torres5
1 Universidad
Nacional de Chimborazo, Facultad de Ciencias de la Salud. Riobamba, Ecuador.
2 Universidad
de Los Andes, Instituto de Investigaciones. Sección Productos Naturales.
Facultad de Farmacia y Bioanálisis. Mérida, República Bolivariana
de Venezuela.
3 Universidad
de Los Andes, Facultad de Farmacia y Bioanálisis, Departamento de Bioanálisis
Clínico. Mérida, República Bolivariana de Venezuela.
4 Universidad
de Los Andes, Facultad de Farmacia y Bioanálisis, Departamento de Farmacognosia
y Medicamentos Orgánicos. Mérida, República Bolivariana de Venezuela.
5 Universidad Nacional
de Chimborazo, Facultad de Ingeniería. Riobamba, Ecuador.
RESUMEN
Introducción:
Austroeupatorium inulifolium (Kunth) R.M.King & H.Rob.
(Asteraceae) es una especie perteneciente a la familia Asteraceae que crece
en Sudamérica, desde Panamá hasta la Argentina.
Objetivo:
Determinar la composición y actividad antibacteriana del aceite esencial
de Austroeupatorium inulifolium (Kunth) King &
Robinson (Asteraceae) sobre: Staphylococcus aureus, Enterococcus
fecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, y Pseudomona aeruginosa.
Métodos:
Las hojas frescas de Austroeupatorium inulifolium fueron recolectadas
en enero 2018 en la vía San Pedro, en la parroquia Tovar, municipio Tovar
del estado Mérida, República Bolivariana de Venezuela. Las hojas frescas
se licuaron y se sometieron a destilación por arrastre con vapor de agua
(3 h), empleando una trampa de Clevenger. El aceite se conservó a - 4 °C
hasta su uso para ensayos biológicos. Los componentes esenciales del aceite
fueron analizados por cromatografía de gases acoplada a espectrometría
de masas. La actividad antibacteriana fue evaluada de acuerdo al método
de difusión en agar con discos de papel.
Resultados:
El rendimiento del aceite obtenido por hidrodestilación fue de
0,6 %. Se identificaron 35 compuestos. Los componentes mayoritarios fueron:α-pineno
(6,94 %), β-pineno (9,25 %), β-cariofileno (13,65
%) y germacreno D (21,12 %).
Conclusiones:
El aceite esencial de A. inulifolium presenta baja actividad contra
las bacterias gram-positivas: Staphylococcus aureus (CIM 5 000 μg/mL)
y Enterococcus faecalis (10 000 μg/mL), mientras que presenta
buena actividad contra las bacterias gram-negativas con una CIM de (78 μg/mL)
para Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae y Pseudomona
aeruginosa
Palabras clave: Asteraceae; Austroeupatorium inulifolium; aceite esencial; germacreno D; β-cariofileno; β-pineno; α-pineno; actividad antibacteriana.
ABSTRACT
Introduction:
Austroeupatorium inulifolium (Kunth) R.M.King and H.Rob. (Asteraceae)
are species of the Asteraceae family that grow in South America, from Panama
to Argentina.
Objective:
To determine the composition and antibacterial activity of the essential oil
of Austroeupatorium inulifolium (Kunth) King and Robinson (Asteraceae)
on Staphylococcus aureus, Enterococcus fecalis , Escherichia
coli , Klebsiella pneumoniae, and Pseudomona aeruginosa.
Methods:
The fresh leaves of Austroeupatorium inulifolium were harvested in
January 2018 in via San Pedro, in the parish Tovar, Tovar Municipality, Mérida
state, Bolivarian Republic of Venezuela. The fresh leaves were liquefied and
subjected to distillation by dragging with water vapor (3 h), using a trap of
Clevenger. The oil was retained to - 4 °C until its use for biological
tests. The essential components of the oil were analyzed by gas chromatography
coupled to mass spectrometry. The antibacterial activity was evaluated according
to the agar diffusion method with paper disks.
Results:
The performance of the oil obtained by hydrodistillation was 0.6 %. There were
identified 35 compounds. The main components were: α-pinene (6.94 %), β-pinene
(9.25 %), β-caryophyllene (13.65 %) and germacrene D (21.12 %).
Conclusions:
The essential oil of A. inulifolium presents low activity against gram-positive
bacteria: Staphylococcus aureus (CIM 5000 μg/mL) and Enterococcus
faecalis (10 000 μg/mL), while it presents good activity against gram-negative
bacteria with a MIC of 78 μg/mL for Escherichia coli, Klebsiella
pneumoniae and Pseudomona aeruginosa.
Keywords: Asteraceae; Austroeupatorium inulifolium; essential oil, germacrene D; β-caryophyllene; β-pinene; α-pinene; antibacterial activity.
Recibido: 24/06/2019
Aceptado: 14/11/2019
INTRODUCCIÓN
Austroeupatorium inulifolium (Kunth) (Austroeupatorium inulifolium (H.B.K.), R. M. King & H. Rob. Eupatorium inulifolium (Kunth) es una especie que pertenece a la familia Asteraceae que crece en Sudamérica, desde Panamá hasta la Argentina. Se desarrolla en sabanas y borde de bosques entre los 100 a 2100 metros de altura.(1) De la especie A. inulifolium se han aislado, en otras investigaciones, diterpenos de la serie ent-kaureno, derivados de nor-ent -labdano,(2,3) y una lactona sesquiterpenica (neurolein B), la que presentó actividad antimalarica.(4)
Extractos y aceites esenciales obtenidos de la especie han mostrado su actividad insecticida y antimicrobiana contraStaphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa Bacillus subtilis,(5,6,7,8) antifúngica,(9) antiviral;(10) incluso compuestos tipo flavonoide de las especies del género Eupatorium presentaron actividad antiproliferativa in vitro en células leucémicas humanas.(11) Otras especies de la familia Asteraceae se han descrito por su actividad antinflamatoria, diurética y contra infecciones renales, de boca, garganta, piel y afecciones gastrointestinales.(12,13,14) Asimismo, estudios de actividad antimicrobiana de los extractos acetónicos y metanólicos de Eupatorium aschembornianum frente a cepas de Pseudomonas syringae y Pseudomona aeruginosa (fitopatógenas) respectivamente, mostraron sensibilidad ante los extractos.(15)
En Colombia el estudio in vitro de aceites esenciales como conservantes de carne de pescado mostró que el aceite de A. inulifolium (salvia amarga o salvia como se le conoce comúnmente) en concentración de 8 mg/ml produce inhibición bacteriana de Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes.(16) Desde el punto de vista etnobotánico, en el oriente Antioqueño (Colombia) se determinó que en la categoría medicinal entre las familias con mayor porcentaje de especies están las: Asteraceae (21,05 %), Lamiaceae (7,02 %) y Solanaceae (4,02 %). Las más empleadas en esta categoría fueron: Austroeupatorium inulifolium (salvia), Heliopsis buphthalmoides (yuyo quemado) y Bidens pilosa (cadillo) respectivamente.(17)
Resultados similares se observaron en el estudio sobre conocimiento tradicional de plantas medicinales entre los habitantes de Santiago Tepetitlán y San Martín de las Pirámides (México), donde se agruparon 46 familias botánicas, siendo Asteraceae la mejor representada (45,6 %), Solanaceae (15,2 %), Amaranthaceae y Lamiaceae (10,8 %), Apiaceae y Fabaceae (8,7 %). Estas plantas medicinales se usan principalmente para problemas del sistema digestivo (31,3 %), como analgésicos (11,8 %), sistema respiratorio (10,8 %), piel (8,1 %), traumatismos (7,5 %) y sistema reproductor (7,0 %).(18)
El estudio etnobotánico de plantas medicinales utilizadas por los habitantes del área rural de la Parroquia San Carlos, Quevedo, Ecuador reflejó que las familias con mayor número de especies medicinales en todo el estudio fueron: Lamiaceae (7 especies, 16,3 %), seguida por Asteraceae (4 especies, 9,3 %) y por Apiaceae, Crassulaceae, Fabaceae, Poaceae y Rutaceae (2 especies cada una).(19)
Por otra parte, el estudio de la composición química de A. inulifolium realizado en Colombia muestra como componentes mayoritarios: α-pineno (9,0 %), germacreno D (7,50 %), trans-β-cariofileno (14,80 %), y óxido de ledeno (13,50 %).(12) Otro estudio realizado en Argentina señala como componentes mayoritarios: β-cariofileno (27,72 %), germacreno D (13,66 %), δ-elemeno (10,57 %), limoneno (9,73 %), patchuleno (9,24 %) y viridiflorol (9,16 %).(20) En Brasil se estudiaron los componentes volátiles de 6 especies en diferentes áreas geográficas mostrando como componentes mayoritarios: α-pineno (4,1 %), β-pineno (0,2 %-18,9 %), β-cariofileno (39,2 %), biciclogermacreno (2,2 % a 32,8 %), germacreno (2,7 % a 17,3 %), espatulenol (1 % a 50,5 %) y óxido de cariofileno (1,3 % a 26,8 %).(21)
El presente estudio tiene como objetivo analizar la composición química del aceite esencial, de las hojas frescas, de la especie A. inulifolium y su actividad antibacteriana sobre: Staphylococcus aureus, Enterococcus fecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, y Pseudomona aeruginosa.
MÉTODOS
Material vegetal
Las hojas frescas de Austroeupatorium inulifolium fueron recolectadas en enero de 2018 en la vía San Pedro, específicamente en la parroquia Tovar, municipio Tovar del estado Mérida, República Bolivariana de Venezuela. El Municipio se encuentra en la región Occidental de Venezuela, al suroeste del estado Mérida, ubicada entre los 8º 14´ 37" y 8º 26´ 30" de latitud norte y entre 71º 39´10" y 71º 48´24" de longitud Oeste. El municipio cubre una superficie de 184 km2 presenta un relieve de Valle en forma de "V", dividido por dos cordilleras montañosas con alturas máximas de 3100 m.s.n.m., con una altitud media de 952 m.s.n.m y altas pendientes que oscilan entre los 30 % y 45 % de inclinación. El clima se caracteriza por un régimen bimodal, porque tiene temporada lluviosa y temporada de sequía, con precipitaciones promedios mensuales superiores a 120 mm. Las temperaturas promedio municipal son de 22 °C, sin embargo, la temperatura disminuye hasta alcanzar los 10 °C en las zonas altas del Páramo.(22)
Una muestra de la planta se depositó en el herbario MERF "Luis Ruiz Terán" de la Facultad de Farmacia y Bioanálisis de la Universidad de Los Andes, bajo el número ME01. La planta fue identificada por el Ingeniero Forestal Juan Carmona Arzola.
Obtención del aceite esencial
Las hojas frescas (856 g) de Austroeupatorium inulifolium se licuaron y sometieron a destilación por arrastre con vapor de agua (3 h), empleando una trampa de Clevenger. Se obtuvo 1,40 mL de aceite esencial color amarillo (0,16 % rendimiento). El aceite se conservó a - 4 °C hasta su uso para ensayos biológicos.
Análisis de composición química
Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-SM)
Los componentes volátiles del aceite esencial de A. inulifolium se analizaron por GC-MS con un cromatógrafo Hewlett Packard Modelo 5973 (USA), equipado con una columna HP-5MS de 30 m de largo x 0,25 mm de diámetro x 0,25 μm de grosor de la película. La temperatura del inyector a 230 ºC, la temperatura del cuádruplo a 150 ºC, gas transportador: Helio a una velocidad lineal de 34 m/s; energía de ionización 70 eV; rango de scan de 40-50 amu; 3.9 scan/s. El volumen de inyección 1 μL de una solución diluida al 2% en éter dietílico. La identificación de los compuestos fue basada en la base de datos Wiley MS Data Library y NIST 05, los índices de Kovats se compararon con valores disponibles en la literatura.(23) Todos los reactivos utilizados fueron grado analítico de la marca Merck.
Cálculo de los índices de Kovats
El cálculo de los índices de Kovats se realizó por medio de un cromatógrafo de gases marca Heweltt (el mismo equipo empleado anteriormente). Comparando los tiempos de retención de una serie de n-parafinas (C7-C22) con los del aceite esencial. Los valores obtenidos se confrontaron con los valores publicados en la literatura.(24)
Actividad antibacteriana
La actividad antibacteriana se evaluó de acuerdo al método de difusión en agar con discos de papel,(25) utilizando las cepas de referencia Staphylococcus aureus ATCC 25923, Enterococcus fecalis ATCC 29212, Escherichia coli ATCC 25922, Klebsiella pneumoniae ATCC 23357 y Pseudomona aeruginosa ATCC 27853 proporcionadas por el Departamento de Microbiología y Parasitología de la Facultad de Farmacia y Bioanálisis de la Universidad de Los Andes.
A las bacterias que mostraron zona de inhibición para el aceite esencial se les determinó la concentración inhibitoria mínima (CIM), se prepararon diluciones del aceite esencial con dimetilsulfóxido (DMSO) a concentraciones desde 50 a 10.000 μg/mL. Para el control positivo se emplearon los antibióticos de referencia: eritromicina® (150 μg), vancomicina® (30 μg), ampicilina-sulbactam® (10 μg - 10 μg), aztreonam® (30 μg), ciprofloxacina® (30 μg) y ceftazidima® (30 μg) y como control negativo el DMSO. Todos los ensayos se realizaron por duplicado.
RESULTADOS
Composición química del aceite
Del proceso de hidrodestilación, de las hojas frescas de A. inulifolium, se obtuvo 1,40 mL de aceite esencial, con un rendimiento de 0,16 %, que se analizó por CG-SM. Se lograron identificar, a partir de las comparaciones realizadas con las bases de datos Wiley, Adams, Nist y los índices de retención (IK), 35 compuestos que representan el 90,07 % de la mezcla. La tabla 1 muestra los compuestos volátiles identificados del aceite esencial obtenido deA. inulifolium. Los compuestos mayoritarios identificados fueron: el germacreno D (20,18 %), β-cariofileno (13,04 %), β-pineno (8,73 %) y α-pineno (6,60 %).
El análisis de los resultados mostró que en el aceite esencial de A. inulifolium los sesquiterpenos hidrocarburos fueron los componentes más abundantes, con un 54,94 %, seguido de los monoterpenos hidrocarburos con un 21,75 %.
Tabla 1 - Componentes identificados del aceite esencial de A. inulifolium
Nota: Los compuestos están listados según su orden de elución en columna capilar HP-5-MS; TR: tiempo de retención; %: porcentaje en la mezcla; IK Cal: Índice de Kovats calculado; IK Tab: Índice de Kovats tabulado.
La tabla 2 muestra el porcentaje de los componentes determinados en el aceite esencial de A. inulifolium. Como se puede observar los sesquiterpenos hidrocarburos (21,75 %) son los que se encuentran en mayor proporción con respecto a los monoterpenos oxigenados (0,22 %).
Tabla 2 - Compuestos identificados del aceite esencial de A. inulifolium
Actividad antibacteriana
El aceite esencial A. inulifolium mostró actividad antibacteriana cuando se empleó el método de difusión en agar con discos, frente a las bacterias gram-positivas: Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis presentando una CIM de 5 000 μg/mL y 10 000 μg/mL repectivamente y también frente a las bacterias gram-negativas:Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae y Pseudomonas aeruginosa, con una CIM de 78 μg/mL para cada una de las cepas.
DISCUSIÓN
Como resultado del estudio se obtiene que los sesquiterpenos hidrocarburos son los componentes más abundantes del aceite esencial de Austroeupatorium inulifolium (Kunth) King & Robinson (Asteraceae). Estos están presentes en un 54,94 %, seguido de los monoterpenos hidrocarburos con un 21,75 %. Esto coincide con una de las 6 especies estudiadas en Brasil cuyo porcentaje de monoterpenos hidrocarburos fue de 25,5 % y sesquiterpenos hidrocarburos 43,2 %.(21) En las otras especies predominan los sesquiterpenos hidrocarburos (39,2 %; 41,7 %; 45,1 %) y en otras sesquiterpenos oxigenados (57,0 % y 71,7 %).
Los aceites analizados en Colombia y Argentina tienen porcentajes muy bajos de monoterpenos (9 % a trazas, respectivamente) y con porcentajes más altos de sesquiterpenos hidrocarburos (33,3 % a 61,62 % respectivamente). Estas diferencias en la composición química se deben a la posible existencia de variedades de la especie o a las condiciones climáticas, altura, intensidad de luz y estación.(26)
El componente mayoritario germacreno D determinado en A. inulifolium se ha descrito por su actividad antibacteriana, además, del papel que juega como precursor de algunos sesquiterpenos como cadinenos y selinenos, descritos, también, por su amplia actividad antibacterial.(16,27) Sin embargo, el resto de los compuestos mayoritarios como: α-pineno, β -pineno, β-cariofileno y otros compuestos minoritarios (mirceno, γ-muuroleno, γ- cadineno) del aceite esencial de A. inulifolium, han sido descritos, también de forma individual o como parte de compuestos de los aceites esenciales de diversas especies de la familia Asteraceae y en todos los casos se ha determinado una amplia actividad biológica, fundamentalmente antibacteriana. (8,20,21) Estos resultados permiten inferir que los compuestos de los aceites esenciales con actividad biológica y, en específico, antibacteriana no dependen exclusivamente de su valor porcentual en el aceite, sino, también, de posibles interacciones sinérgicas entre los componentes.
En la actualidad no se tienen criterios estándares para definir la actividad antimicótica y antibacteriana de productos naturales. Sin embargo, esta actividad se ha clasificado con base al valor de la CIM, a partir de los siguientes criterios: CIM inferior o igual a 100 μg/mL: buena; CIM entre 100 - 500 μg/mL: moderada; CIM entre 500 - 1000 μg/mL: débil.(28) Según estos criterios podemos indicar que el aceite esencial de A.inulifolium presenta actividad débil frente a bacterias gram-positivas y buena actividad frente a bacterias gram-negativas.
La actividad antibacterial obtenida para el aceite esencial de A. inulaefolium contra S. aureus (CIM 5 000 μg/mL) refleja ser mayor que la alcanzada en estudios anteriores con los extractos alcohólicos de A. inulifolium frente a cepas de S. aureus a CIM de (50 000 μg/mL).(8) Al comparar ambos resultados, se observa que el aceite esencial obtenido en este estudio muestra mayor actividad (10 veces más) frente a S. aureus. Los resultados publicados por Sanabria-Galindo y otros(6) muestran buena actividad antimicrobiana in vitro de los extractos alcohólicos de angiospermas colombianas, contra cepas de S. aureus y B. subtilis (CIM de 3 000 μg/ml), lo que representa 1,6 veces más actividad que la obtenida en este trabajo para el aceite esencial de A. inulifolium contra cepas de S. aureus. Mientras que el efecto del aceite esencial de A. inulifolium frente a cepas de Enterococcus faecalis no ha sido descrito previamente de acuerdo con la revisión bibliográfica realizada.
El análisis de actividad del aceite esencial obtenido en bacterias gram-negativas reflejó buena actividad frente cepas de: E. coli, K. pneumoniae y P. aeruginosa con una CIM de 78 μg/mL para todas las cepas en estudio. Sin embargo, estos resultados se consideran relevantes, porque estudios anteriores describieron que el aceite esencial(7) y los extractos alcohólicos de
A. inulifolium (5) no mostraron actividad frente a bacterias gram-negativas. Los resultados alcanzados pueden deberse a la composición química particular del aceite esencial de Austroeupatorium inulifolium de Los Andes venezolanos, el que se caracteriza por la mezcla particular de sesquiterpenos hidrocarburos (54,94 %), monoterpenos hidrocarburos (21,75 %) y de sesquiterpenos oxigenados como alcoholes (13,16 %) que difieren de otras regiones del continente.
Se puede concluir que, la composición química del aceite esencial de Austroeupatorium inulifolium, constituida en su mayoría por sesquiterpenos hidrocarburos, monoterpenos hidrocarburos y sesquiterpenos oxigenados, es particular y diferente a las descripciones previas para esta especie en Suramérica, confiriéndole propiedades antibacteriales en mayor o menor grado contra un grupo de bacterias de importancia clínica. Presenta una buena actividad bacteriana contra las bacterias gram-negativas, lo que no coincide con resultados anteriores.
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Conflicto de intereses
Los autores declaran que no existe conflicto de intereses.
Contribuciones de los autores
María Eugenia Lucena : diseño y coordinación de la investigación, determinación de la actividad antibacteriana.
María Escalante Contreras y Viviana González Moreno: determinación de la actividad antibacteriana.
Luís Rojas-Fermín : análisis químico por cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas.
Yndra Cordero de Rojas y Francisco Javier Ustáriz Fajardo: asesores metodológicos de laboratorio y redacción del artículo.
Juan Carmona : identificación taxonómica de la planta.
Silvia Torres : análisis de datos.
Financiación
Programa de Apoyo a Grupos de Investigación (ADG) del Consejo de Desarrollo Científico, Humanístico, Tecnológico y de las Artes, Universidad de Los Andes, Mérida, República Bolivariana de Venezuela bajo el código de FA-578-15-08-A.
Grupo de Investigación: Productos Naturales y Química Medicinal. Instituto de Investigaciones. Sección Productos Naturales. Facultad de Farmacia y Bioanálisis, Universidad de Los Andes, Mérida, República Bolivariana de Venezuela.
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Copyright (c) 2020 MarÃa Eugenia Lucena, MarÃa Escalante Contreras, Viviana González Moreno, LuÃs Beltrán Rojas-FermÃn, Yndra Cordero de Rojas, Francisco Javier Ustáriz Fajardo, Juan Carmona, Silvia Torres
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