Badanie pokazuje, że naturalny związek obecny w cynamonie skutecznie ogranicza poziomy transfer genów antybiotykooporności

Kwas cynamonowy – naturalny związek obecny m.in. w cynamonie i szeroko stosowany jako dodatek do żywności – może skutecznie hamować poziomy transfer genów antybiotykooporności pomiędzy bakteriami. Badanie opublikowane w czasopiśmie Engineering pokazuje, że substancja ogranicza koniugację plazmidów poprzez zaburzenie metabolizmu energetycznego bakterii, jednocześnie wykazując wysoki profil bezpieczeństwa w modelach zwierzęcych.

W artykule

• Rola koniugacji plazmidów w rozprzestrzenianiu antybiotykooporności
• Wpływ kwasu cynamonowego na transfer genów oporności
• Mechanizmy metaboliczne odpowiedzialne za zahamowanie koniugacji
• Wyniki badań in vitro, ex vivo oraz in vivo
• Bezpieczeństwo stosowania kwasu cynamonowego
• Znaczenie odkrycia dla medycyny, rolnictwa i ochrony środowiska

Narastająca oporność drobnoustrojów na antybiotyki pozostaje jednym z najpoważniejszych wyzwań współczesnej medycyny. Szczególnie niebezpieczne jest szybkie rozprzestrzenianie genów oporności pomiędzy bakteriami za pośrednictwem plazmidów – niewielkich cząsteczek DNA zdolnych do przenoszenia determinant oporności między różnymi szczepami i gatunkami bakterii.

Jednym z najważniejszych mechanizmów odpowiedzialnych za ten proces jest koniugacja plazmidów, umożliwiająca poziomy transfer genów antybiotykooporności, takich jak mcr-1, blaNDM-1 czy tet(X4). Geny te odpowiadają za oporność na antybiotyki uznawane za leki ostatniej szansy, w tym kolistynę oraz karbapenemy.

Dotychczas opracowywane inhibitory koniugacji często charakteryzowały się znaczną toksycznością lub ograniczoną skutecznością w organizmach żywych. Z tego powodu rośnie zainteresowanie naturalnymi związkami o wysokim bezpieczeństwie biologicznym.

Naukowcy postanowili ocenić potencjał kwasu cynamonowego (CA, cinnamic acid) – naturalnego związku organicznego występującego w wielu roślinach i codziennej diecie. Badania przeprowadzono w modelach in vitro, ex vivo oraz in vivo, analizując wpływ substancji na klinicznie istotne typy plazmidów, w tym IncP, IncI2, IncX4, IncHI2 oraz IncFII.

Kwas cynamonowy skutecznie ogranicza transfer plazmidów

Badacze wykazali, że kwas cynamonowy zmniejsza częstość koniugacji wielu plazmidów oporności w sposób zależny od dawki. Co istotne, obserwowany efekt nie wiązał się z wyraźnym zahamowaniem wzrostu bakterii w badanych zakresach stężeń, co sugeruje selektywne działanie na proces transferu genów, a nie bezpośredni efekt bakteriobójczy.

W celu dokładniejszej analizy wykorzystano fluorescencyjnie znakowany system śledzenia plazmidów. Dzięki temu potwierdzono, że CA skutecznie hamuje transfer plazmidów także w obrębie społeczności mikrobioty jelitowej w warunkach ex vivo.

Dodatkowo, w modelach mysich doustne podawanie kwasu cynamonowego prowadziło do zależnego od dawki obniżenia częstości koniugacji in vivo. Wyniki te wskazują, że związek zachowuje aktywność również w fizjologicznych warunkach organizmu.

Zaburzenie metabolizmu energetycznego bakterii

Analiza transkryptomiczna pozwoliła zidentyfikować mechanizmy odpowiedzialne za obserwowany efekt.

Kwas cynamonowy zaburza funkcjonowanie cyklu kwasu trójkarboksylowego (cyklu Krebsa), co wtórnie prowadzi do upośledzenia działania łańcucha transportu elektronów oraz rozproszenia siły protonomotorycznej błony komórkowej bakterii.

Konsekwencją tych zmian jest spadek wewnątrzkomórkowego poziomu ATP – kluczowego źródła energii niezbędnego do procesu koniugacji plazmidów.

Badacze wykazali również, że CA obniża ekspresję genów odpowiedzialnych za:

• tworzenie par koniugacyjnych,
• transfer DNA,
• replikację plazmidów.

Jednocześnie zaobserwowano niewielkie zwiększenie przepuszczalności błony zewnętrznej komórek dawczych.

Uzyskane wyniki sugerują, że kwas cynamonowy działa wielokierunkowo, wpływając przede wszystkim na metabolizm energetyczny bakterii i zdolność do poziomego transferu materiału genetycznego.

Wysoki profil bezpieczeństwa

Istotnym elementem badania była ocena bezpieczeństwa biologicznego kwasu cynamonowego.

U myszy otrzymujących CA nie stwierdzono wyraźnych działań niepożądanych. Nie obserwowano istotnych zmian masy ciała ani nieprawidłowości histopatologicznych w obrębie głównych narządów.

Analiza mikrobioty jelitowej wykazała ponadto stabilność zarówno różnorodności mikroorganizmów, jak i ich składu gatunkowego. Wyniki te wspierają korzystny profil bezpieczeństwa związku w potencjalnych zastosowaniach terapeutycznych.

Potencjalne znaczenie kliniczne i środowiskowe

Autorzy podkreślają, że kwas cynamonowy może stanowić szerokospektralny inhibitor koniugacji plazmidów, ograniczający szerzenie genów antybiotykooporności poprzez oddziaływanie na bakteryjny metabolizm energetyczny.

Ze względu na powszechne spożycie oraz dobrze poznany profil bezpieczeństwa CA może stanowić atrakcyjne uzupełnienie obecnych strategii walki z narastającą antybiotykoopornością.

Potencjalne zastosowania obejmują nie tylko medycynę kliniczną, ale również:

• hodowlę zwierząt,
• przemysł spożywczy,
• ochronę środowiska,
• kontrolę rozprzestrzeniania genów oporności w ekosystemach bakteryjnych.

Autorzy wskazują, że wyniki badania wspierają dalszy rozwój naturalnych związków ukierunkowanych na metabolizm bakterii jako nowych narzędzi ograniczających poziomy transfer genów oporności.

Źródło: Engineering, “Targeting Plasmid Conjugation with Cinnamic Acid: A Novel Approach to Combat Antibiotic Resistance”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.06.040