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Chemie | Biochemie | Medizin
Julia Bassili, 2003 | Rüschlikon, ZH
Gemäss WHO nehmen schwere Erkrankungen und Todesfälle aufgrund multiresistenter Krankheitserreger stetig zu. Die Suche nach neuen antibiotischen Wirkstoffen ist daher äusserst dringlich. Eine vielversprechende Stoffgruppe stellen ätherische Öle dar, da sie durch verschiedene Wirkmechanismen eine antimikrobielle Wirkung entfalten können. Ziel meiner Arbeit war die Bestimmung der minimalen Hemmstoffkonzentration (MHK) von zwölf ätherischen Ölen an sechs Mikroorganismen anhand dreier sich ergänzender Methoden. Hierbei zeigten Nelkenblüten-, Zimtrinden-, Oregano- und Thymianöl die stärkste Wirkung. Ergänzend wurde ein Vergleich zwischen den stark hemmenden Ölen und acht Antibiotika angestellt, wobei einzelne Öle wie Zimtrinde eine mit den Antibiotika vergleichbare Hemmwirkung zeigten. Abschliessende Tests der vier wirkungsstärksten Öle am multiresistenten Bakterium Staphylococcus pseudintermedius ergaben, dass diese in hohen Konzentrationen den Erreger hemmen konnten. Die antibiotische und -mykotische Wirkung ätherischer Öle eröffnet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten.
Fragestellung
Ziel der Arbeit war die Bestimmung der effektivsten ätherischen Öle aufgrund von MHK-Werten sowie die Diskussion folgender aufgestellter Hypothesen: (I) Die meisten ätherischen Öle weisen eine antibakterielle Wirkung auf, (II) gewisse Öle können das Wachstum von Erregern hemmen, die gegen herkömmliche Antibiotika resistent sind, und (III) ätherische Öle wirken besser gegen grampositive als gegen gramnegative Bakterien. Zudem sollte untersucht werden, wie stark ätherische Öle im Vergleich zu herkömmlichen Antibiotika hemmen.
Methodik
Zwölf ätherische Öle (Nelkenblüte, Oregano, Zimtrinde, Thymian, Zitronengras, Geranium, Rosmarin, Salbei, Lavendel, Teebaum, Zitrone und Minze) wurden an drei grampositiven (B. subtilis, E. faecalis, S. aureus), zwei gramnegativen Bakterien (E. coli und P. aeruginosa) sowie am Hefepilz C. albicans getestet. Für E. faecalis, S. aureus, E. coli und P. aeruginosa wurden Referenzstämme für Resistenzprüfungen gemäss EN ISO 20776-1 verwendet. Die getesteten Konzentrationen betrugen zwischen 0,125 Prozent bis 16 Prozent. Die MHK-Werte wurden in zwei Mess-Serien mit drei Methoden eruiert: dem Disk-Diffusion-, dem Agardilution- und dem Mikrodilution-Test. Vier Öle (Nelkenblüte, Oregano, Zimtrinde und Thymian) wurden mittels des Disk-Diffusion-Tests am multiresistenten Erreger S. pseudintermedius getestet. Mittels des Multodisk-Tests wurde zudem ein Vergleich mit acht herkömmlichen Antibiotika an allen Mikroorganismen vorgenommen.
Ergebnisse
Nelkenblüten-, Oregano-, Zimtrinden- und Thymianöl wiesen die stärkste Hemmwirkung auf. Sie vermochten die Erreger mit den tiefsten Konzentrationen zu hemmen (MHK-Werte meist 0,125 % –2 %). Die restlichen Öle hemmten meist nur in höheren Konzentrationen. S. pseudintermedius liess sich von den vier oben genannten ätherischen Ölen in der höchsten getesteten Konzentration (16 %) hemmen. Einzelne ätherische Öle wie Zimtrinde wiesen ähnlich grosse Hemmhöfe wie die getesteten Antibiotika auf.
Diskussion
Hypothese (I) wurde durch die Testresultate bestätigt. Pflanzen produzieren antimikrobielle Stoffe zum Schutz vor natürlichen Feinden wie Bakterien. Hypothese (II) wurde verifiziert, denn der multiresistente Erreger liess sich durch ätherische Öle hemmen. Weitere Stämme sollten untersucht werden. Hypothese (III) wurde nicht bestätigt. Obwohl ätherische Öle im Schnitt (ausser Zimtrinde) schwächer hemmten als Antibiotika, ist dies dennoch ermutigend, da die Antibiotikaplättchen eine konzentriertere und höhere Wirkstoffmenge aufwiesen und in solchen Experimenten ein fertiges, optimiertes Produkt mit einem Rohprodukt verglichen wird. Bei einer Wiederholung würde ich mich auf den Mikrodilution-Test stützen, um die Hemmung der Öle ohne Verzerrung von Diffusionseffekten zu messen. Die Methode müsste jedoch bzgl. der Stabilität der Emulsionen, der Auswertung und der Kontrolle optimiert werden.
Schlussfolgerungen
In dieser Arbeit wurden erstmals Grundlagendaten zur Wirkung ätherischer Öle auf die verwendeten Referenzstämme erhoben. Der grosse Experimentumfang ermöglichte neue Erkenntnisse zu den Testmethoden sowie Rückschlüsse über die Effektivität einzelner Anwendungen. Auch zusätzliche Erkenntnisse, z. B. zur Rolle verwendeter Sterilfilter, zu Resistenzen der Stämme und vereinfachten Auswertungen, reüssierten. Dadurch schafft diese Arbeit eine interessante Basis für die weitere Forschung. Die antibakterielle Wirkung ätherischer Öle und ihre vielfältige Anwendung in der Landwirtschaft, der Lebensmittelindustrie, der Flächendesinfektion und der Humanmedizin sind vielversprechend und bieten enormes Potenzial!
Würdigung durch die Expertin
Dr. Magdalena Nüesch-Inderbinen
Julia Bassili greift eine der grossen Herausforderungen der modernen Medizin auf: die Erforschung von antimikrobiellen Wirkstoffen. Es wurde die antibakterielle Wirkung von zwölf ätherischen Ölen untersucht. Die Arbeit wurde mit anerkannten Methoden durchgeführt, die Resultate klar dokumentiert und in einem einwandfreien Stil präsentiert. Die Auseinandersetzung mit der bestehenden Literatur und die kritische Hinterfragung der Resultate finden auf einem beachtlichen Niveau statt. Aus der Arbeit geht hervor, dass sich Julia Bassili intensiv mit dieser wichtigen Thematik auseinandergesetzt hat.
Prädikat:
sehr gut
Sonderpreis Simply Science
Kantonsschule Freudenberg, Zürich
Lehrer: Thomas Hauser