Untersuchungen zur Hemmwirkung ätherischer Öle auf Bakterienstämme von Escherichia coli, Bacillus cereus und Staphylococcus aureus

1. Einleitung
Ätherische Öle sind ein allgemeiner Sammelbegriff für aus Pflanzen gewonnene Konzentrate, die als natürliche Rohstoffe unter anderem in der Parfüm- u. Lebensmittelindustrie eingesetzt werden und die mehr oder weniger aus flüchtigen Verbindungen bestehen. Sie sind hinsichtlich ihrer antibakteriellen Wirkungen eine umfassend und seit langer Zeit (GILDEMEISTER & HOFFMANN 1929) untersuchte Stoffgruppe. Die Erfahrung zeigt, dass insbesondere jene ätherischen Öle mit hohen Phenolanteilen, die stärkste antibakterielle Wirkung aufweisen. Ihr Einsatz etwa in der Aromatherapie zielt auf eine schonende Behandlung nicht gravierender Entzündungskrankheiten ab, ohne auf Antibiotika zurückgreifen zu müssen.

Zur Beurteilung der antibakteriellen Wirkung ätherischer Öle aus heimischer Produktion wurden im Rahmen eines Teilprojekts (BÖCHZELT & al. 2002) insgesamt 14 Heil- und Gewürzpflanzen, die im landwirtschaftlichen Versuchszentrums Wies (Steiermark) kultiviert wurden, untersucht. Zur Gewinnung der ätherischen Öle diente eine Laborwasserdampfdestille. Zur vergleichenden Beurteilung der antibakterielle Wirkungen (Bakteriozidie) der extrahierten ätherischen Öle wurden die minimalen Hemmkonzentrationen (MHK) ermittelt.
Die nachfolgend dargestellten Arbeiten erfolgten im Rahmen des Projekts INNUPLANT (Innovative Nutzung von Pflanzen – SCHNITZER & al. 2002) und wurden gefördert durch das Österreichische Bundesministerium für Verkehr, Infrastruktur und Technologie. Eine erste Kurzdarstellung der Ergebnisse lieferten bereits STUHLBACHER & al. 2002.

2. Material und Methoden
Tabelle 1 gibt einen Überblick über die untersuchten Heil- und Gewürzpflanzen beziehungsweise die daraus gewonnenen ätherischen Öle mit den Hauptbestandteilen.

Untersuchte-Heiloele

Die Destillationen wurden an Frischpflanzen vorgenommen. Die Labordestille UMWEX 100 – 1000 (UMW-Extraktionsanlage; Innendurchmesser: 100 mm; Höhe: 1000 mm) wurde zur Wasserdampfextraktion ätherischer Öle aus Probechargen von Arznei- und Gewürzpflanzen herangezogen. Die Anlagenteile sind aus Glas angefertigt, sodass eine Beobachtung des Destillationsvorganges möglich ist.

Grundlage der Untersuchungen zu den keimhemmenden Eigenschaften der ätherischen Öle bildete ein mikrobielles Detektionssystem basierend auf der elektrischen Impendanzmessung (siehe auch STUHLBACHER & TRINKAUS 2002). Durch die mikrobiellen Stoffwechselvorgänge kommt es zu einer Veränderung der Ionenkonzentration im Kulturmedium und an der Oberfläche der Messelektroden. Das Messgerät registriert in spezifischer Weise die daraus resultierenden zeitlichen Änderungen der Impendanz. Die zeitliche Verzögerung der Entwicklung der Impedanzdetektionszeit ausgewählter Testorganismen in Abhängigkeit der Konzentration der inhibierenden Substanzen weist eine lineare Korrelation auf.

Zur Beurteilung der antibakteriellen Wirkung wurden folgende Bakterienstämme eingesetzt:
1.E
2.S
Die Zellwand der grampositiven Bakterien (z.B.: Escherichia coli) ist charakterisiert durch die Einlagerung von Peptidglycanen und Polysacchariden. Die Zellwand der gramnegativen Bakterien hat eine dünnere Struktur. Die äußere Schicht ähnelt einer Zytoplasmamembran. Bacillus cereus, Staphylococcus aureus sind den gramnegativen Bakterien zuzuordnen (BECKER & REICHLING 1999).

Aus Stammlösungen (1% in 96% Ethanol) wurden lineare Verdünnungsreihen der zu untersuchenden Prüfsubstanzen in Standard-I-Nährboullion hergestellt und mit jeweils 0,1 ml der Bakteriensuspension aus Voranreicherungskulturen beimpft. Anschließend wurden die Prüfansätze bei den jeweiligen Temperaturoptima für 24 Stunden inkubiert. Die anschließende Keimzahlbestimmung erfolgte gemäß den Standardapplikationen für die jeweilige Bakterienart.
Zusätzlich wurden Vergleichmessungen zur Beurteilung des Lösungsmitteleffektes (Ethanol) durchgeführt.

3. Ergebnisse
Nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die ermittelten Hemmkonzentrationen (Angaben in Prozent). Die Hemmwirkungen wurden um den aus den Verdünnungsstufen resultierenden Lösungsmitteleffekt korrigiert.

Hemmkonzentrationen

Bedingt durch das Versuchsdesign, lag der Schwellenwert der minimalen Hemmkonzentration bei 0,05 Volumsprozent, da bei geringeren Verdünnungsansätzen mögliche substanzspezifische Wirkungen durch Lösungsmitteleffekte überlagert wurden.

Die Untersuchungsergebnisse weisen für die durch Wasserdampfdestillation extrahierten ätherischen Öle aus Oregano und Thymian die mit Abstand effizientesten antibakteriellen Wirkungen auf. Eine etwas geringere antibakterielle Wirkung haben die ätherischen Öle aus Apfelminze, Koriander und Aloisia. Noch geringere Wirkung haben vergleichsweise Lavendel, Zitronenmelisse und Ysop, während bei Petersilie, Liebstöckel, Estragon, Salbei und Kamille mit der gewählten Methode überhaupt keine antibakterielle Wirkung nachzuweisen ist. Die ermittelten minimalen Hemmkonzentrationen sind für grampositive bzw. gramnegative Bakterien unterschiedlich und lassen für die ätherischen Öle auf ein breites Wirkspektrum schließen.

4. Literatur
BECKER H. & REICHLING J. (1999): Grundlagen der pharmazeutischen Biologie.- 4. Aufl., Stuttgart.

BÖCHZELT H.G., MANDL M., STUHLBACHER A., BERGHOLD H., GRAF N., HAAS W., KOINIGG M., STEINLECHNER E., TRINKAUS P. & WAGNER S. (2002): Arbeitspaket 3: Wellness-Produkte auf Basis nachwachsender Rohstoffe.- In: SCHNITZER H. & BÖCHZELT H.G. (Hrsg.).- Innovative Nutzung von Pflanzen – INNUPLANT.- S. 118-169, Endbericht, Joanneum Research, Graz.

GILDEMEISTER E. & HOFFMANN F. (1929): Die ätherischen Öle.- 2. Bd., 3. Aufl., Leipzig.

SCHNITZER H., BÖCHZELT H.G., LANG R., BERGHOLD H., RIBITSCH V., SVOBODA M., LETTMAYER G., MANDL M., STUHLBACHER A., ZAISMANN U., REINSTADLER H., STANGL K., FRITZ C., WOHLFAHRT K., LOMSEK J., TAFERNER K., WAGNER S., HAAS W., GRAF N., WACHTER B., STEINLECHNER E., TRINKAUS P., REINHOFER M., KOINIGG M. & EDER T. (2002): Innovative Nutzung von Pflanzen – INNUPLANT.- Kurzbericht, Joanneum Research, Graz.

STUHLBACHER A. & TRINKAUS P. 2002: Inhibitorische Wirkung von Pflanzenextrakten auf Escherichia coli und auf mikrobielle Mischpopulationen.- http://www.nachwachsende-rohstoffe.info, S. 1-5.

STUHLBACHER A., TRINKAUS P., BERGHOLD H. & GRAF N. (2002): Antibakterielle Wirkung ätherischer Öle.- Nachwachsende Rohstoffe, Nr. 24, 5.

Auskunft:
Dr. Arnold Stuhlbacher, Institut für Nachhaltige Techniken und Systeme JOINTS, Joanneum Research, Elisabethstrasse 16/18, A 8010 Graz, e-mail: arnold.stuhlbacher@joanneum.at
Dr. Hans Berghold, Institut für Nachhaltige Techniken und Systeme JOINTS, Joanneum Research, Elisabethstraße 16/18, A 8010 Graz, e-mail: hans.berghold@joanneum.at
DI Niv Graf, Institut für Nachhaltige Techniken und Systeme JOINTS, Joanneum Research, Mauritzener Hauptstraße 3, A 8130 Frohnleiten, e-mail: niv.graf@joanneum.at
Mag. Dr. Peter Trinkaus, Institut für Nachhaltige Techniken und Systeme JOINTS, Joanneum Research, Elisabethstrasse 16/18, A 8010 Graz, e-mail: peter.trinkaus@joanneum.at

(Vgl.auch Meldung vom 2002-04-25.)