Invasive plants of France and Indonesia: a solution against C. albicans biofilms?

Sufi Desrini, Prof. Dr. Mustofa, Apt, M.Kes;Prof Christine Imbert; Prof. dr. Titik Nuryastuti, M.Si., Ph.D, SpMK(K; Dr. Marion Girardot

2023 | Disertasi | S3 Kedokteran Umum

Candida albicans adalah agen penting penyebab kandidemia di seluruh dunia yang menyebabkan kematian. Patogenisitasnya sebagian berhubungan dengan kemampuannya membentuk biofilm, yang merupakan komunitas sel sessile kompleks dan terstruktur yang tertanam dalam matriks ekstrapolimer. Cara hidup C. albicans tersebut mempersulit pengobatan terutama karena penetrasi obat menjadi tidak efektif. Dengan demikian, penemuan kandidat obat baru yang mampu mengobati kandidiasis terkait biofilm sangat diperlukan. Kemampuan tinggi tanaman invasif untuk beradaptasi di lingkungan baru, yang memiliki keunggulan kompetitif dan tahan terhadap predator baru mengindikasikan adanya kelebihan metabolit sekunder yang berbeda dengan yang tumbuh di daerah asalnya. Oleh karena itu, tanaman invasif merupakan pilihan yang berpotensi besar untuk dilakukan skrining sebagai kandidat antibiofilm. Pada penelitian ini, sepuluh tanaman invasif yang dipanen di Prancis dan Indonesia diekstraksi dengan menggunakan berbagai pelarut. Masing-masing ekstrak dilakukan skrining aktivitas antibiofim menggunakan metode mikrodilusi dan uji kolorometri untuk menilai aktivitas metabolik sel. Ekstrak EtOH dan EtOH-H₂O dari daun Baccharis halimifolia dan ekstrak EtOH dari bagian aerial Mimosa pudica telah menghambat biofilm C. albicans dewasa >50% pada konsentrasi 125 ?g mL^-1 (p<0>-1 (p<0>C. albicans. Hasil ini mengarahkan penelitian lanjut yaitu ekstraksi minyak atsiri (EO) dari B. halimifolia dan fraksinasi ekstrak EtOH M. pudica. EO yang diperoleh menunjukkan IC₅₀ masing-masing 4 dan 74 µg mL^-1 terhadap biofilm C. albicans pada fase maturasi dan umur 24 jam. Selanjutnya, fraksi etil asetat dari ekstrak M. pudica terpilih juga menunjukkan hambatan terhadap biofilm C. albicans umur 24 jam sebesar 53% pada konsentrasi 62,5 ?g mL^-1. Analisis GC-MS terhadap komposisi kimia EO menunjukkan seskuiterpen teroksigenasi sebagai kandungan utamanya (62%), dengan ?- kariofilen oksida sebagai komponen utama (37%). Komponen utama ini dan tiga senyawa yang tersedia komersial lainnya yang terdeteksi dalam kandungan EO dikaji aktivitas antibiofilmnya. Aromadendrene oksida-(2), ?-kariofilen oksida, dan (±)-?-pinene menunjukkan aktivitas nyata terhadap biofilm C. albicans fase maturasi dan umur 24 jam dengan IC₅₀ masing-masing 9 - 310 µmol L^-1 dan 38 - 630 µmol L^-1. Uji ini juga dilakukan terhadap C. glabrata, C. krusei, and C. parapsilosis, tetapi C. albicans tetap merupakan spesies yang paling rentan terhadap EO dan komponennya. ?-Kariofilen oksida dan aromadendrene oksida-(2) menunjukkan sitotoksisitas sangat rendah terhadap sel HeLa pada IC_biofilm50. Fraksi aktif etilasetat M. pudica tidak toksik pada sel Vero dan HeLa. Selain itu, fraksi ini juga merusak morfologi C. albicans dari hasil pengamatan menggunakan mikroskop elektron.

Penelitian ini pertama kalinya mengevaluasi potensi antibiofilm B. halimifolia, EO-nya dan beberapa komponennya serta fraksi etil asetat bagian aerial M. pudica, yang membuka perspektif untuk aplikasinya sebagai antijamur dan antibiofilm baru.

 

The yeast Candida albicans is an important agent of candidemia worldwide, causing substantial mortality. Its pathogenicity is partly linked to its capacity to form biofilms, which are complex and structured communities of sessile cells embedded in an extracelullar matrix. This lifestyle complicates treatment especially due to ineffective therapeutic penetration. Therefore, finding new drug candidates capable of treating biofilm-related candidiasis is urgently required. The ability of invasive plants to adapt in a new environment, have competitive advantages and resist new predators indicates the power of their secondary metabolite compounds which are different from those growing in the native area. Therefore, invasive plants are a choice with great potential to be screened for antibiofilm candidates. For this study, ten invasive plants harvested in France and Indonesia were extracted using chemical solvents. Each extract was screened for antibiofilm activities using a broth microdilution method along with some assays based on metabolic activity. The EtOH and EtOH-H2O extracts of Baccharis halimifolia leaves and EtOH extract of Mimosa pudica aerial parts inhibited >50% at 125 ?g mL-1 (p<0>C. albicans. These results led to further investigations: extraction of essential oil (EO) of B. halimifolia and fractionation of M. pudica EtOH extract. The obtained EO demonstrated IC50 of 4 and 74 µg mL-1 against the maturation phase and 24h old biofilms of C. albicans, respectively. At the same time, the ethyl acetate fraction of the selected M. pudica extract also inhibited 24 h old biofilms of C. albicans by 53% at 62.5 ?g mL-1. The GC-MS analysis of the chemical composition of EO revealed that oxygenated sesquiterpenes were its primary contents (62%), with ?- caryophyllene oxide as the major component (37%). This major component and three other commercial compounds present in this EO were evaluated for their implication in the antibiofilm activity. Aromadendrene oxide-(2), ?-caryophyllene oxide, and (±)-?-pinene displayed significant activities against the maturation phase (IC50=9 - 310 µmol L-1) and preformed 24h old biofilms (IC50=38 - 630 µmol L-1) of C. albicans. Investigations were also conducted against C. glabrata, C. krusei, and C. parapsilosis, but C. albicans remained the most susceptible species to this EO and its components. ?-Caryophyllene oxide and aromadendrene oxide-(2) showed very low cytotoxicity against HeLa cells at ICbiofilm50. The active ethyl acetate fraction of M. pudica demonstrated no cytotoxicity against the Vero and HeLa cells. Also, this fraction affected the morphology of C. albicans, as revealed by scanning electron microscopy.

This study highlighted for the first time the antibiofilm potential of B. halimifolia, its EO and some of its components as well as that of ethyl acetate fraction of M. pudica aerial parts, opening perspectives for new antimicrobial applications.

Kata Kunci : Antibiofilm, antijamur, aromadendrene oksida-(2), Baccharis halimifolia, Candida albicans, minyak atsiri, ?-kariofilen oksida, Mimosa pudica