Study of Antibacterial Properties of Extracts of the Herb Speranskia Tuberculata (Bunge) Baill

Abstract

The article deals with the problem of developing antibacterial drugs of plant origin, focusing on the properties of the herb Speranskia Tuberculata (Bunge) Baill, which is still understudied. The aim was to determine the antibacterial activity of preparations of the herb Speranskia Tuberculata (Bunge) Baill, extracted with different solvents. Materials and methodology. Crude extracts were obtained using four solvents: petroleum ether, ethyl acetate, n-butanol, and aqueous solutions. Subsequently, the dried extracts were weighed and dissolved in dimethylsulfoxide to prepare working solutions with 10 to 500 μg/mL concentrations. Colonies of three types of bacteria, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Propionibacterium Acnes, were used as the object of the study. The degree of antibacterial activity was determined by measuring the antibacterial zone formed after treating bacteria with different concentrations of extracts compared to the control group (treatment with distilled water). In addition, the total content of phenolic compounds and flavonoids was determined by chemical methods. Antioxidant activity, volume of the dry residue of crude extracts, and content of flavonoids and phenolic compounds were compared with the results of liquid chromatography-mass spectrometry on the presence of antibacterial substances in the extracts known from the literature. It was shown that the ethyl acetate extract among the 4 studied extracts had a clearly expressed antibacterial effect. The calculated value of IC50 for this extract varied between 112‒135 μg/mL for different bacteria. Other solvents did not show a pronounced antibacterial effect. The weakest effect was associated with petroleum ether extracts. At the same time, the mass of the dry residue, when extracted with petroleum ether, was the maximum among all solvents; on the contrary, with ethyl acetate, it was the minimum. Regarding the content of phenolic compounds and flavonoids, the results of the studies were opposite; namely, the maximum concentrations were characteristic of the ethyl acetate extract, and the minimum concentrations were characteristic of the petroleum ether extract. According to the literature, twelve compounds found in the extracts have pronounced antibacterial activity. Suppose the presence of an aromatic ring and a carbonlinked hydroxyl group OH- is taken as the main sign of belonging to phenolic compounds. In that case, 8 of 12 invented antibacterial compounds belong to phenols and flavonoids. Experimentally proven high antibacterial activity of preparations of the herb Speranskia Tuberculata (Bunge) Baill based on ethyl acetate extracts. This property is related to the extract’s high content of phenolic compounds and flavonoids.

Стаття торкається проблеми розроблення антибактеріальних препаратів рослинного походження із фокусом на властивості трави Speranskia tuberculata (Bunge) Baill, яка досі є малодослідженою. Метою було визначення антибактеріальної активності препаратів трави Speranskia tuberculata (Bunge) Baill, екстрагованих різними розчинниками. Сирі екстракти одержували за допомогою чотирьох різних розчинників, а саме петролейного ефіру, етилацетату, н-бутанолу, водних розчинів. У подальшому висушені екстракти було зважено та потім розчинено в диметилсульфоксиді для приготування робочих розчинів із концентраціями від 10 до 500 мкг/мл. Як об’єкт дослідження використано колонії трьох видів бактерій – стафілокока золотистого, кишкової палички, пропіонової бактерії акне. Ступінь антибактеріальної активності визначали в процесі вимірювання антибактеріальної зони, що утворювалася після оброблення бактерій різними концентраціями екстрактів, відносно контрольної групи (оброблення дистильованою водою). На додаток, загальний вміст фенольних сполук та флавоноїдів було визначено хімічними методами. Антиоксидантну активність, розмір сухого залишку сирих екстрактів, вміст флавоноїдів та фенольних сполук порівняно з результатами рідинної хроматографії-мас-спектрометрії щодо наявності в екстрактах антибактеріальних речовин, відомих із літератури. Показано, що екстракт етилацетату серед 4-х досліджених екстрактів має чітко виражений антибактеріальний ефект. Розрахована величина ІС50 для цього екстракту варіюється в межах 112–135 мкг/мл для різних бактерій. Екстракти інших розчинників не проявляють вираженої антибактеріальної дії. Найслабший ефект пов’язаний з екстрактами петролейного ефіру. Одночасно маса сухого залишку у разі екстрагування петролейним ефіром була максимальною серед усіх розчинників, а етилацетатом – навпаки, мінімальною. Щодо вмісту фенольних сполук та флавоноїдів, результати досліджень зворотні, а саме максимальні концентрації характерні для етилацетатного екстракту, а мінімальні – для екстракту петролейного ефіру. В екстрактах виявлено 12 сполук, які, за даними літератури, мають виражену антибактеріальну активність. Якщо наявність ароматичного кільця та пов’язаної з вуглецем гідроксильної групи ОН- прийняти за основну ознаку належності до фенольних сполук, тоді 8 із 12 винайдених антибактеріальних сполук належать до фенолів та флавоноїдів. Експериментально доведено високу антибактеріальну активність препаратів трави Speranskia tuberculata (Bunge) Baill на основі екстрактів етилу ацетату. Ця властивість пов’язана із високим вмістом в екстракті фенольних сполук та флавоноїдів.