عسل یک ماده زیستی ارزشمند ضد میکروب و درمانگر زخم

برگرفته از مجله صنعت داروسازی 2022- 14 (8)

مدت زمان مطالعه 30 دقیقه

چکیده

عسل از قدیم الایام به دلیل خواص ضد میکروبی و احیا کننده آن برای اهداف پزشکی در فرهنگ‌های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. مصریان باستان از عسل برای درمان زخم‌ها استفاده می‌کردند که به طور تجربی مشاهده کره بودند که در بهبود و پیشگیری از عفونت‌ها موثر است [ 1]. عسل در طب سنتی آیورودای هندی هم برای انواع بیماری‌ها از دیرباز تجویز می‌شده است. علاوه بر این، اشارات مستقیمی به مصرف عسل در کتاب مقدس (انجیل، 24:13) و در قرآن (16:68-69) وجود دارد، که از "نوشیدنی بیرون آمده از شکم زنبور عسل که در آن شفا برای مردم وجود دارد" یاد می‌کند. استفاده جهانی تاریخی و مداوم عسل به عنوان یک عامل درمانی به اثر ضد میکروبی قابل توجه و خواص بازسازی بافت آن مربوط می شود.

هانی‌هاب دوست سلامتی شما

اگرچه در اکثر نقاط دنیا عسل به طور سنتی در درمان زخم و سایر بیماری‌ها استفاده می‌شود، پزشکی مدرن و آنتی بیوتیک‌ها کاربرد درمانی و پیشگرانه آن را کاهش داده است. از سوی دیگر، استفاده گسترده و نگران کننده آنتی بیوتیک‌ها، منجر به افزایش قابل توجه عفونت‌های مقاوم به آنتی بیوتیک در سطح جهان شده است. به طوری که بر اساس گزارشات بین‌المللی پیش بینی می‌شود تا سال 2050 در صورت عدم توسعه درمان‌های جدید، مقاومت دارویی می‌تواند منجر به مرگ 10 میلیون نفر  درسال شود [2، 3 ،4 ] . از این رو، کشف و توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید یک اولویت جهانی است. این مقاله یک ارزیابی مجدد از استفاده بالینی عسل در ارتباط با آگاهی و درک فزاینده از خواص مواد، ترکیبات و مکانیسم‌های اثر ضد میکروبی عسل را آغاز کرده است.

چالش‌های فرایند تولید عسل درمانگر زخم!

 عسل توسط هشت گونه زنبور عسل جنس Apis تولید می شود که نشان دهنده بخش کوچکی از حدود 15000 گونه زنبور است. با این حال، جمعیت جهانی زنبور عسل ( Apis mellifera )، که در سراسر جهان گسترده است، به دلیل عوامل متعددی از جمله- اما نه محدود به این موارد- در حال کاهش است:

• تغییرات آب و هوایی
• استفاده از آفت‌کش‌ها در کشاورزی
• اختلال در میکروبیوم تخصصی روده آنها
• شیوع ویروس بال تغییر شکل مرتبط با کنه نابجای انگلی واروا

زنبورهای عسل، عسل را از طریق فرآیند پیچیده ای تولید می کنند که با جمع آوری شهد گل (عسل گل یا شکوفه) یا ترشحات غنی از قند از حشرات (عسل عسلک) به عنوان مواد خام شروع می شود. که در کندوهایشان ذخیره و فرآوری می شوند. زنبورها از طریق ترشح آنزیم‌های خاص برای تجزیه قندها، ترکیبات خود را به آن اضافه می‌کنند و شهد را اصلاح می‌کنند. شهد اصلاح شده رسیده و به عسل تبدیل می شود. 

ترکیبات شیمیایی عسل

عسل یک محلول قندی غلیظ و چسبناک است که به طور کلی شامل:

• فروکتوز (~40%)
• گلوکز (~30%)
• ساکارز (~5%)
• مقادیر کمی دی ساکارید (مانند مالتوز، ایزومالتوز و تورانوز)
• و آب (%20~) است.

شایان ذکر است که این درصدها تنها معرف هستند و به دلیل منابع گیاهی، شهدها و فصول سال می توانند تفاوت اساسی داشته باشند [11]. علاوه بر این، انواع پروتئین ها، اسیدهای آمینه، مواد معدنی، آنزیم ها (به عنوان مثال، گلوکز اکسیداز و اینورتاز)، ویتامین ها و پلی فنل ها نیز در عسل وجود دارند [12 ، 13 ، 14 ] . ترکیب و خواص عسل به محیط اطراف کندو و فعالیت متابولیکی زنبورها بستگی دارد. به عنوان مثال، مجموعه شهد می تواند عمدتاً تک گل (تک گونه گیاه) یا چند گل (چند گونه گیاه) باشد که  خواص منحصر به فرد و طعم های متمایزی در  ایجاد می کند.

دلیل اثرات ضدباکتریایی عسل

 اثر ضد باکتریایی عسل طی قرن ها در جوامع مختلف گزارش شده است و در یک قرن پیش توسط ون کتل هم گزارش شد و این یافته ها بر اساس تحقیقات گسترده  بر روی عسل در دهه های پیشین و بعدی است. اثربخشی فعالیت ضد میکروبی عسل بسته به منبع جغرافیایی، گیاه، شرایط برداشت، فرآوری و نگهداری آن بسیار متفاوت است. به طور مشابه، منبع شهد یا گرده همچنین عوامل بیوشیمیایی خاصی را تعیین می کند که به عسل خواص ضد میکروبی و در نتیجه اثربخشی بالینی بر روی گونه های مختلف میکروبی می دهد.

فعالیت ضد میکروبی غالب اکثر عسل ها را می توان به تولید پراکسید هیدروژن (H₂O₂ ) نسبت داد. وجود آنزیم گلوکز اکسیداز (GOx) برای تولید H₂O₂ اساسی است و در طول تهیه عسل توسط زنبورها به شهد ترشح می شود. اکسیداسیون آنزیمی گلوکز از طریق GOx باعث تولید اسید گلوکونیک و گونه های H₂O₂ می شود. این آنزیم در عسل خام فعالیتی ندارد، به دلیل کمبود آب آزاد، برای شروع مکانیسم ضد میکروبی وابسته به پراکسید، عسل باید رقیق شود.

سایر ویژگی های مسئول فعالیت غیر پر اکسیدی عسل

 سایر ویژگی های مهم ضد میکروبی که مسئول فعالیت غیر پراکسیدی عسل هستند عبارتند از: 

محتوای کم آب (اثر اسمزی)

 pH پایین (محیط اسیدی)

 ترکیبات فنلی، دیفنسین-1 (Def-1) 

و متیل گلیوکسال (MGO) (در لپتوسپرموم) . 

 عسل عمدتاً به عنوان یک کاربرد موضعی روی زخم هایی که خواص ضد باکتریایی عسل ضروری است استفاده می شود. 

ویسکوزیته بالای عسل یک مانع هیدراته موثر بین محل زخم و محیط خارجی ایجاد می کند. انواع مختلفی از زخم ها با عسل درمان شده اند، مانند سوختگی، تروما، و زخم های مزمن. با این حال، روند بهبود زخم مجموعه‌ای پیچیده چندعاملی از رویدادها است که اگر با عفونت یا بیماری‌های خاص (مثلاً دیابت) قطع شود، می‌تواند منجر به ایجاد زخم‌های مزمن، عفونت‌های مکرر، قطع عضو/نجات اندام و تهدیدکننده زندگی شود. شرایط افزایش مقاومت آنتی بیوتیکی مشکل را پیچیده تر می کند و می تواند منجر به مرگ های قابل پیشگیری از عفونت محل زخم و سپسیس شود. پس از آن، نیاز اساسی به گزینه های درمانی جدید وجود دارد. 

عسل نامزد امیدوارکننده پانسمان جدید زخم

محصولات طبیعی مانند عسل می توانند بخشی از راه حل باشند و نامزدی امیدوارکننده برای ایجاد پانسمان های ضد میکروبی جدید زخم هستند. عسل در ترکیب با پانسمان های سنتی زخم استفاده شده است، اما دارای محدودیت هایی مانند جذب توسط پانسمان، نفوذ ضعیف به محل زخم و اثر ضد میکروبی کوتاه مدت است. تولید کنندگان پانسمان های آغشته شده در تلاش هستند تا مکانیسم تحویل خود را بهبود بخشند. با این حال، محدودیت‌های روش‌های سنتی تحویل عسل به محل زخم، نیاز به مسیرهای نوآورانه جدید را برجسته کرده است، با روش‌هایی مانند الیاف الکتروریسی و هیدروژل‌ها که به طور فعال بررسی می‌شوند. این می تواند عسل را قادر سازد تا در تماس مستقیم با بستر زخم باقی بماند و باعث آزادسازی مداوم و طولانی مدت عوامل ضد میکروبی شود. علاوه بر این، نشان داده شده است که وجود گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) مانند H₂O₂ با تشویق فرآیندهای ترمیم سلولی و بازسازی بافت باعث بهبود بهبود زخم می‌شود. بنابراین، استفاده از عسل، محصولات مشتق شده از عسل و الهام گرفته شده از عسل در کاربردهای مهندسی بافت همراه با سایر مواد زیستی ممکن است استفاده از آن را در موقعیت‌های مختلف بالینی خارج از مراقبت از زخم، که ترکیبی از خواص ضد میکروبی و بازسازی بافت مطلوب است، ممکن سازد. این مقاله ویژگی‌های اصلی ضد میکروبی و مکانیسم‌های عمل عسل، از جمله فرآیندهای پراکسید و غیر پراکسید، و اثربخشی آن در برابر پاتوژن‌های باکتریایی، قارچی و ویروسی را برجسته می‌کند. نقش عسل در بهبود زخم و بازسازی بافت مورد بحث قرار گرفته است. در نهایت، چالش‌های کلیدی مرتبط با اجرای بالینی عسل و مسیرهای بالقوه آینده برای مواد مبتنی بر عسل و الهام گرفته شده در نظر گرفته می‌شوند.

ساز و کار اثرات ضد میکروبی عسل

فعالیت ضد میکروبی عسل چند عاملی است اما از لحاظ تاریخی به خوبی شناخته نشده است. با این حال، در قرن گذشته، خواص ضد میکروبی عسل شناسایی شده است و می توان آن را به طور کلی به فعالیت های پراکسید و غیر پراکسید ( شکل 1 )، با طیف وسیعی از ترکیبات در این فعالیت ها ( شکل 2 ) نسبت داد.

شکل 1. اجزای کلیدی ضد میکروبی عسل. ( الف ) ساکارز گلها توسط زنبور عسل به گلوکز و فروکتوز تجزیه می شود. غدد هیپوفارنکس زنبور عسل GOx ترشح می کنند. سپس گلوکز توسط فرم اکسید شده GOx اکسید می شود که منجر به تولید گلوکونولاکتون/گلوکونیک اسید و H 2 O 2 می شود . بیشتر فعالیت ضد میکروبی عسل از H 2 O 2 ناشی می شود و پاتوژن ها را از طریق آسیب DNA و اهداف سلولی از بین می برد. ( ب ) عسل با pH متوسط 3.91 (محدوده بین 3.4 تا 6.1) اسیدی است که آن را در برابر سویه های میکروبی با pH بهینه رشد حدود 7 قدرتمند می کند. اسیدیته عمدتاً از گلوکونولاکتون/گلوکونیک اسید ناشی می شود. (ج)Bee Def-1 یک پپتید ضد باکتری است که از غده هیپوفارنکس زنبور عسل منشا می گیرد. با تداخل در چسبندگی باکتری به سطح یا در مرحله اولیه بیوفیلم با مهار رشد سلول های متصل و با تغییر در تولید مواد پلیمری خارج سلولی عمل می کند. (د) MGO در عسل در طول ذخیره سازی با تبدیل غیر آنزیمی دی هیدروکسی استون، ساکاریدی که در غلظت های بالا در شهد گل لپتوسپرم یافت می شود، تولید می شود . فعالیت ضد میکروبی MGO به تغییرات در فیمبریا و تاژک های باکتریایی نسبت داده می شود که مانع از چسبیدن و حرکت باکتری می شود. (ن) عسل محلول فوق اشباع قندها است. برهمکنش قوی بین این قندها با مولکول های آب از فراوانی مولکول های آب آزاد (فعالیت کم آب) در دسترس برای رشد میکروب ها جلوگیری می کند. (و) ترکیب فنل های مختلف به عنوان تقویت کننده اثر ضد میکروبی عسل عمل می کند. در شرایط قلیایی (pH 7.0-8.0)، پلی فنل ها می توانند خواص پرواکسیداتیو را نشان دهند و با تسریع تشکیل رادیکال های هیدروکسیل و شکستن رشته اکسیداتیو در DNA، رشد میکروبی را مهار کنند. آنها همچنین می توانند از تولید مقادیر قابل توجهی H 2 O 2 از طریق یک مسیر غیر آنزیمی پشتیبانی کنند.

ترکیباتی از عسل که می تواند به خواص میکروبی کمک کند

شکل 2. ترکیباتی که می توانند به خواص ضد میکروبی کلی عسل کمک کنند، از جمله H 2 O 2 ، def-1 (Swissmodel, P17722)، MGO ( فقط عسل های ( گیاهان تیره درخت چایLeptospermum ) فلاونوئیدها، اسیدهای فنولیک و قندها.

آب اکسیژنه

دالد و همکاران [ 36 ] اولین سنجش دقیق را برای تشخیص اثر ضد باکتریایی در مواد طبیعی از جمله عسل پیشنهاد کردند. آنها ادعا کردند که 'مهارکردن' اصل آنتی بیوتیک عسل است، که متعاقباً توسط پریکا[ 37 ] و پلاچی[ 38] از طریق سنجش های مختلف با فیلترهای باکتریایی، مانند فیلترهای Seitz و دیالیزورها، تأیید شد. بعداً، یک مطالعه با استفاده از استافیلوکوکوس اورئوس و صفحات آگار مغذی نیز اثر بازدارندگی را به "مهارکننده"نسبت داد که یک عامل ناشناخته باقی ماند [ 39]. اولین تحقیقات در مورد فعالیت "مهارکننده" قبلاً قندها، اسیدها، ترکیبات نیتروژن، آنزیم ها، ویتامین ها یا سایر ترکیبات شناخته شده عسل را به عنوان عوامل اصلی مسئول فعالیت ضد میکروبی آن رد کرده بود [38 ]. 

آدوک [ 40 ]، با انگیزه یافتن این که اثر آنتی بیوتیکی عسل مشابه آب اکسیژنه به شدت تحت تأثیر گرما و نور است، بررسی H₂O₂ را به عنوان عامل ضد میکروبی اصلی پیشنهاد کرد. متعاقبا، وایت و همکاران. [ 41 ] ادعا کرد که H₂O₂ مهارکننده ای است که قبلا توسط دلد و همکارانش توضیح داده شده بود [ 36 ]. این ادعا از آنجایی که داده های تجربی در مورد اینهیبین (مهارکننده) H₂O₂ که توسط GOx تولید می شود مطابقت داشت، تأیید شد. علاوه بر این، سنجش‌های اسپکتروفتومتری نشان داد که H₂O₂ تولید مستقیم با فعالیت آنزیمی، و مهمتر از همه، به اصطلاح "عدد مهار"، عامل نیمه کمی که برای نشان دادن درجه فعالیت ضد باکتریایی یک نمونه استفاده می شود، متناسب بود. علاوه بر این، تنها نمونه‌های گرم نشده حضور H₂O₂ را نشان دادند که ادعاهای قبلی مبنی بر اینکه گرما فعالیت مهارکننده را مهار می‌کند را تأیید می‌کند. نقش H₂O₂ در فعالیت ضد میکروبی عسل رقیق شده زمانی آشکارتر شد که آزمایش ها نشان دادند که حذف تمام یا بیشتر فعالیت ضد میکروبی با افزودن آنزیم هایی (به عنوان مثال، کاتالاز) که H₂O₂ را تجزیه می کنند، به دست آمد . 40 ، 42 ]. به طور مشابه، فعالیت آنزیمی و انتشار H₂O₂ کارهای تحقیقاتی قبلی انجام شده با فیلترهای باکتریایی را راضی کرد، زمانی که اعتقاد بر این بود که عامل ضد میکروبی عسل 'inhibine' است [ 17 ]. داستمان[ 43 ] همچنین رابطه مستقیم بین غلظت H₂O₂ و اثر بازدارندگی را در محلول های عسل نشان داد. این مطالعه همچنین ارتباط غدد هیپوفارنژیال زنبورها را که مشخص شد گلوکز اکسیداز ترشح می‌کنند، برجسته کرد.

پراکسید هیدروژن

گلوکز اکسیداز، نام سیستماتیک β-D-glucose: oxygen 1-oxidoreductase و EC number 1.1.3.4، بخشی از گروه اکسیدوردوکتاز آنزیم ها در زیر کلاس دهیدروژنازها است [ 44، 45 ]. این آنزیم‌ها حذف اتم‌های هیدروژن از پیش ماده (اهداکننده‌ها) به گیرنده‌ها را کاتالیز می‌کنند و در این فرآیند، گیرنده‌ها کاهش می‌یابند و اهداکنندگان اکسید می‌شوند. گلوکز اکسیداز به طور خاص به عنوان آنزیم اکسیداز طبقه بندی می شود، زیرا واکنش های اکسیداز منحصراً از اکسیژن مولکولی به عنوان گیرنده هیدروژن تشکیل شده است.

شکل اکسید شده GOx استخراج دو اتم هیدروژن از گروه -CHOH گلوکز را کاتالیز می کند و گلوکز اکسیداز احیا شده و گلوکونولاکتون را تشکیل می دهد ( شکل 3 ). سپس، گلوکونولاکتون به اسید گلوکونیک هیدرولیز می شود و آنزیم احیا شده مجدداً توسط اکسیژن مولکولی اکسید می شود [ 44]. این واکنش منجر به تشکیل اسید گلوکونیک و پراکسید هیدروژن می شود [ 45 ].

شکل 3. نمایش شماتیک واکنش آنزیمی بین گلوکز اکسیداز و گلوکز برای تولید H2O2 و اسید گلوکونیک.

گلوکز اکسیداز در غدد هیپوفارنکس زنبور عسل وجود دارد و برهمکنش آن با محلول گلوکز باعث می شود، مدت کوتاهی پس از خروج از بدن زنبور عسل اسیدی شود [ 46 ]. هنگامی که اسکیپارتز و سبوبرس[ 47 ] گلوگز اکسیداز را از عسل جدا کردند، مشخص شد که این آنزیم دارای خواص مشابه با آنزیمی است که در غدد زنبور عسل یافت می شود و به این نتیجه رسیدند که در طول تولید عسل به شهد، ترشح می شود [48] . مطالعات مهم نشان داد که GOx در عسل با قدرت کامل فعالیت کم یا بدون فعالیت نشان داده و تنها زمانی که رقیق شود، پراکسید هیدروژن آزاد می‌کند [ 41 ، 49]. رقیق شدن منجر به افزایش 2500-50000 برابری مقدار H₂O₂ می شود . این یافته بر اساس غلظت کم H₂O₂ موجود در عسل رقیق نشده با ادعاهایی مبنی بر اینکه H 2 O 2 مسئول فعالیت ضد میکروبی نبوده است، تناقض داشت [ 17].

 توضیحات احتمالی برای فعالیت محدود GOx ممکن است حداقل مقدار آب آزاد و همچنین pH عسل باشد. GOx فعالیت بهینه را در pH 6.1، فعالیت خوب بین 5.5-8 pH نشان می دهد، سپس با pH زیر 5.5 به سرعت کاهش می یابد و در pH 4 غیرفعال است [47]. گائوه[ 46] ادعا کرد که اسید تولید شده توسط GOx به دلیل برهمکنش آن با محلول گلوکز اسید گلوکونیک است. این جایی است که بیشتر اسیدیته عسل از آنجا ناشی می شود، اما به نظر می رسد که مهار فعالیت آنزیم به جای واکنش با اسید گلوکونیک، از pH حاصل از ترکیبات دیگر در عسل ناشی می شود. سابرها و همکاران [ 47 و 49 ] وابستگی GOx عسل به غلظت گلوکز را برای فعال شدن نشان دادند و شناسایی کردند که غلظت تقریباً 1.5 مولار فعالیت بهینه GOx را به دست می آورد. این نیاز به راحتی توسط عسل‌های رسیده برآورده می‌شود، زیرا معمولاً غلظت گلوکز آن‌ها حدود 2 M است. با این حال، عسل رسیده نباید مستقیماً به عنوان درمان آنتی‌بیوتیکی استفاده شود. برای فعالیت ضد میکروبی کافی، باید از رقت‌های سوبسترای بالا استفاده کرد، زیرا نسبت به عسل رقیق‌شده در سطوح پایین، بهتر با مایعات بدن ارتباط دارند. اثربخشی یک نوع عسل برای درمان آنتی بیوتیکی باید با توانایی آن در تولید H₂O₂ در مقایسه با سایر انواع عسل با رقت یکسان ارزیابی شود [ 17].

https://cdn.honeyhub.ir/img/cms/video/honeyhub1.mp4

 وایت و سابرز [ 49 ] نشان دادند که مهار رشد استافیلوکوکوس اورئوس تنها زمانی اتفاق می افتد که گلوکز به عسل فیلتر شده اضافه شود (گلوکز حذف شود). علاوه بر این، هنگام افزودن عسل خشک به عسل صاف شده به عنوان منبع گلوکز، در مقایسه با گلوکز مصنوعی، به دلیل سطح کم آب آزاد عسل، مهار بسیار بالاتری نشان می‌دهد. این یکی از اولین آزمایش‌های مهمی بود که اثر اسمزی عسل را به دلیل غلظت بالای قند کل آن، به عنوان یک خاصیت مفید برای فعالیت ضد میکروبی نشان داد. تحقیقات گسترده در قرن گذشته تأیید می کند که عسل به اندازه کافی H₂O₂ آزاد می کند؛ تا فعالیت ضد باکتریایی قابل توجهی ایجاد کند. غلظت H₂O₂ موجود در عسل بسته به درجه رقت آن، منبع گیاهی و جغرافیایی آن و شرایط تولید و نگهداری آن بسیار متغیر است. معمولاً سطوح H 2 O 2 شناسایی شده در انواع مختلف عسل بین 0.5 تا 2.5 میلی مولار است [ 17 ، 50 ]. راث و همکاران [ 51 ] به طور جامع سطوح H₂O₂ را در 90 نمونه عسل رقیق شده تا 14٪ V / V نشان داد. و به مدت 1 ساعت انکوبه شد و سطوح H₂O₂ را بین 0 تا 2.12 میلی مولار نشان داد. این داده ها با بانگ و همکاران [ 52 ]، که غلظتی بین 1 تا 2 میلی مولار در چندین گونه عسل نیوزلند نشان داد.

 اهمیت زمان انکوباسیون نیز در این سنجش ها نشان داده شد، با عسل rewarewa به 3.65 میلی مولار، حداکثر غلظت H₂O₂ پس از 24 ساعت، در حالی که عسل لینگ هدر(نوعی درختچه در انگلیس) تنها پس از 4 ساعت به حداکثر سطح خود رسید. داستمن[ 53 ] مشاهده کرد که سطوح مطلق H₂O₂ موجود در هر نوع عسل با سطوح مربوطه GOx و کاتالاز تعیین می شود. تولید H₂O₂ به طور مستقیم با فعالیت GOx و با سطوح کاتالاز نسبت معکوس دارد. کاتالاز یک ترکیب طبیعی عسل است و تجزیه H₂O₂ را به آب و اکسیژن کاتالیز می کند. سطح GOx در اکثر عسل های سراسر جهان مشابه است، زیرا این آنزیم توسط خود زنبورها تولید می شود. با این وجود، از آنجایی که کاتالاز یک آنزیم گیاهی است، حضور آن در عسل به مقدار و منبع گرده جمع‌آوری‌شده توسط زنبورها و فعالیت کاتالاز متعاقب آن بستگی دارد [54 ].

فعالیت ضد میکروبی غیر پراکسید

تفاوت های قابل توجهی در درجه اثر بازدارندگی عسل در هنگام آزمایش بر روی گونه های مختلف باکتری تشخیص داده می شود. داستمن[ 43 ] فعالیت بازدارندگی آشکارتری را علیه استافیلوکوکوس اورئوس و سارسینا لوت مشاهده کرد، در حالی که استرپتوکوک، گونه های سالمونلا، سودوموناس و پروتئوس کمتر تحت تأثیر قرار گرفتند. این تغییرات را می توان نه تنها به سطوح مختلف H₂O₂موجود در عسل های مختلف، بلکه به اثربخشی مکانیسم های سمیت سلولی H₂O₂در برابر هر سویه باکتری نسبت داد. H₂O₂خود ضد میکروب نیست. اثر آنتی‌بیوتیکی به دلیل رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل فعال ناشی از اثر کاتالیزوری یون‌های فلزی از سلول‌های پاتوژن رخ می‌دهد [ 55 ].

ایملای و لین[ 56 ] دو حالت عمل H₂O₂ را علیه اشریشیا کلی شناسایی کردند که هر دو وابسته به غلظت هستند. همانطور که مشاهده شد، غلظت کم H₂O₂ (1-2 میلی مولار) شرایط بهینه را برای کشتن باکتری ها از طریق آسیب DNA نشان داد. این حالت بخش عمده ای از سمیت H₂O₂ را نشان می دهد و با واکنش فنتون که از H₂O₂، آهن متصل به DNA و منبع ثابتی از معادل های کاهنده برای تولید اشکال فعال رادیکال های هیدروکسیل استفاده می کند، تسهیل می شود [ 57 ].

رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر از برهمکنش رادیکال های سوپراکسید (O 2 - ) و H₂O₂ تولید می شوند که توسط هابر و ویس [ 58 ] پیشنهاد شده است:

O2∙−+H2O2→OH∙+O2+OH−

حتی با وجود اینکه چندین فلز انتقالی قادر به کاتالیز کردن این واکنش هستند، مکانیسم اصلی درون سلول ها (in vivo) بر اساس واکنش Haber-Weiss کاتالیز شده با آهن است که از شیمی فنتون استفاده می کند [59 ، 60 ] :

Fe2++H2O2→Fe3++OH∙+OH−

اثرات ضد میکروبی H 2 O 2 را می توان به این رادیکال های هیدروکسیل و سایر گونه های اکسیژن دار نسبت داد که به عنوان عوامل اکسید کننده قوی عمل می کنند و با لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک واکنش می دهند [ 60 ]. استرس اکسیداتیو با هدف اسیدهای نوکلئیک منجر به تولید بازهای اصلاح شده مانند 8-هیدروکسی گوانین، اوره، هیدروکسی متیل اوره و تیمین گلیکول می شود، در حالی که اصلاح قند دئوکسی ریبوز، جزء DNA، می تواند باعث شکستن رشته شود [61 ] . این مطابق با حالت یکی از عملکرد ضد باکتریایی H₂O₂ است که توسط ایملای و لین[ 56 ] پیشنهاد شده است. 

حالت دوم با غلظت های بالاتر H₂O₂ همراه است، که در آن اثر ضد میکروبی کمتر به غلظت بستگی دارد، اما به طور مستقیم با زمان قرار گرفتن در معرض متناسب است و باعث آسیب به چندین هدف سلولی می شود [56 ] . این امر با تولید کربونیل های پروتئینی که توسط استرس اکسیداسیون آرژنین، پرولین یا لیزین تشکیل می شوند، مشهود است [ 61 ]. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض E. coli با H₂O₂ منجر به اکسیداسیون پروتئین هایی از جمله الکل دهیدروژناز E، فاکتور افزایش طول G، DnaK، OppA، انولاز، OmpA و F0F1 -ATPase شد [ 62]. این آسیب پروتئین، که با کمی کردن محتوای کربونیل ارزیابی می شود، می تواند به از دست دادن زنده ماندن باکتری ها نسبت داده شود. با افزایش محتوای کربونیل، زنده ماندن کاهش می یابد.

حداقل غلظت H₂O₂ مورد نیاز است تا در آسیب اکسیداتیو موثر باشد. مطالعه کشت های باکتریایی تکمیل شده با محلول H 2 O 2 نشان داد که کمترین غلظت H₂O₂ قادر به تجزیه DNA 2.5 میلی مولار [ 50 ] بود. جالب توجه است، نشان داده شد که عسل با سطوح H₂O₂ زیر 2.5 میلی مولار به تجزیه DNA دست می یابد. از این رو، می توان نتیجه گرفت که H 2 O 2 نقش مهمی در مهار رشد باکتری ها و تخریب DNA از طریق آسیب اکسیداتیو ایفا می کند، اما فعالیت آن توسط سایر عوامل غیر پراکسید تعدیل می شود [ 50 ].

فعالیت ضد میکروبی غیر پراکسید

نشان داده شده است که انواع عسل های مختلف حتی پس از تجزیه کاتالاز H₂O₂ به آب و اکسیژن، اثر آنتی بیوتیکی دارند [ 40 ]. از این رو، به طور گسترده پذیرفته شده است که عوامل غیر پراکسیدی وجود دارند که به فعالیت ضد میکروبی کمک می کنند.

اثر اسمزی

وایت و همکاران [ 13 ] یک مطالعه دقیق روی تقریباً 504 نمونه عسل و عسلک آمریکایی از 47 ایالت انجام دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که رطوبت یا وجود آب عسل کم است و به طور متوسط 17.2٪ وزنی (بین 13.4 و 22.9٪) است. علاوه بر این، آنها نشان دادند که اجزای اصلی عسل عبارتند از فروکتوز (38.19%)، دکستروز (31.28%)، ساکارز (1.31%)، مالتوز (7.31%) و قندهای بالاتر (1.50%). این به طور موثری به عسل اجازه می دهد تا به عنوان یک محلول فوق اشباع از قندها طبقه بندی شود. عسل رقیق‌نشده می‌تواند رشد باکتری‌ها را مهار کند زیرا این غلظت بالای قند عسل فشار اسمزی را بر سلول‌های باکتری وارد می‌کند که با انتقال آب به خارج از سلول‌های باکتری از طریق اسمز باعث کم‌آبی می‌شود [63 ] .

تعامل قوی بین این قندها با مولکول های آب از فراوانی مولکول های آب آزاد در دسترس برای رشد میکروب ها جلوگیری می کند [ 17 ]. مقدار مولکول های آب آزاد در عسل به عنوان فعالیت آب (a w ) تعریف می شود [ 64 ]. مقدار a w Honey بین 0.5 تا 0.65 است [ 65 ، 66 ، 67 ]. هر چه میزان رطوبت کمتر باشد، میانگین آن کمتر است. با این حال، عسل هایی با محتوای رطوبت مشابه می توانند تفاوت های قابل توجهی را در فعالیت های آبی خود نشان دهند. تبلور عسل عمدتاً منجر به تبلور گلوکز می شود. از آنجایی که مولکول‌های آب در عسل از طریق پیوند هیدروژنی به قندها متصل می‌شوند، این تبلور مولکول‌های آب متصل به گلوکز را آزاد می‌کند و در نتیجه مقدار w عسل را افزایش می‌دهد [ 67 ]. از این رو، یک نمونه عسل مایع دارای w کمتری نسبت به نمونه مشابه در شرایط متبلور است [ 64 ، 67 ].

آمور [ 12 ] گزارش داد که برای عسل رسیده، تخمیر نمی تواند اتفاق بیفتد اگر رطوبت کمتر از 17.1٪ باشد، زیرا a w برای تحریک رشد هر گونه میکروبی بسیار کم است. اثر بازدارندگی در رشد میکروارگانیسم ها از طریق این اثر خروج آب (اسمتیک) بسته به گونه مورد نظر متفاوت است. به عنوان مثال، w مورد نیاز برای رشد میکروارگانیسم ها برای کپک حدود 0.70، برای مخمر 0.80 و برای باکتری ها 0.90 است [ 67 ]. به طور کلی، انتظار می رود که عسل های با مقدار w کم در برابر عوامل بیماری زا با تحمل کم به این شرایط مؤثرتر باشند.

با این وجود، گونه‌های میکروبی با توانایی خارق‌العاده برای مقاومت در برابر w کم وجود دارند که هنوز در برابر قدرت بازدارندگی عسل آسیب‌پذیر هستند. به عنوان مثال، استافیلوکوکوس اورئوس است ، که، حتی اگر می تواند در عرض 0.83 رشد کند ، هنوز به فعالیت ضد میکروبی عسل حساس است [ 68 ]. قارچ ها به طور کلی نسبت به باکتری ها نسبت به w کم تحمل بیشتری دارند ، اما همچنان به فعالیت ضد میکروبی عسل حساس هستند [ 17 ].

اسیدیته و PH

عسل با pH متوسط 3.91 اسیدی است، اما می تواند بین 3.4 و 6.1 باشد [ 13 ] این اسیدیته عمدتاً از گلوکونولاکتون/گلوکونیک اسید ناشی می شود که از تجزیه آنزیمی گلوکز نشات می گیرد. 

قبل از درک کامل آزادسازی H 2 O 2 ، اثر اسمزی قندها و pH پایین عسل مهم ترین مشخصه ای است که اثر آنتی بیوتیکی آن را نشان می دهد [ 69 ]. با این حال، در یک مطالعه با 81 نمونه عسل، یک همبستگی خطی بین مهار باکتری و اسیدیته شناسایی شد [ 70 ]. همچنین نشان داده شد که برخی از عسل‌های با pH بالای 5، مانند عسل‌های مشتق شده از عسل و شاه بلوط، در جلوگیری از رشد باکتری‌ها موثر هستند [ 70 ]. علاوه بر این، چند آزمایش با محلول‌های گلوکونولاکتون/گلوکونیک اسید در غلظت‌هایی معادل غلظت‌هایی -که در نمونه‌های عسل یافت می‌شوند که اثر مهاری قابل‌توجهی دارند- مهار باکتریایی را نشان ندادند [ 17] .]. علیرغم اکثر مطالعات تجربی که با عسل با اسیدیته خنثی انجام شده است، در کاربردهای بالینی مانند زخم ها، باکتری ها با عسلی که کمتر رقیق شده و اسیدی تر است در تماس هستند، بنابراین اثرات بازدارندگی بالایی دارند. این با نتیجه گیری بوگدانوف [ 70 ] موافق است که اثر ضد میکروبی اصلی از اسیدیته عسل ناشی می شود.

 تأثیر PH عسل در مهار رشد میکروبی به سویه میکروبی بستگی دارد. به طور کلی، کپک ها می توانند در pH پایین تر از مخمرها رشد کنند، و مخمرها می توانند در pH پایین تر از باکتری ها رشد کنند [ 71 ]. عسل یک عامل ضد میکروبی موفق در برابر بسیاری از پاتوژن های حیوانی با pH بهینه برای رشد بین 7.2 و 7.4 است و به ویژه در برابر سویه های رایج آلوده کننده زخم مانند گونه های سالمونلا، E. coli، سودوموناس آئروژینوزا و استرپتوکوک پیوژنز که دارای یک حداقل pH برای رشد به ترتیب 4.0، 4.3، 4.4 و 4.5 [ 17]]. برعکس، pH پایین عامل کمک کننده قابل توجهی برای فعالیت ضد میکروبی عسل در برابر قارچ ها نیست. به عنوان مثال، حداقل pH برای رشد Aspergillus niger و Candida albicans به ترتیب 1.2 و 2.2 است [ 71 ].

محتوای فنلی

ترکیبات فنلی که از شهد گیاهی منشا می گیرند به عنوان اجزای مهم برای فعالیت ضد میکروبی غیر پراکسید عسل پیشنهاد شده است. هنگام مطالعه اثر مهاری عصاره های گیاهی در برابر باکتری ها، پلی فنل ها به طور گسترده به عنوان یکی از عوامل اصلی کمک کننده ذکر می شوند [ 72 ]. آنها یکی از مهم ترین گروه های ترکیبات در گیاهان هستند، با حداقل 8000 ساختار مختلف شناخته شده [ 73 ، 74 ]. فنل ها را می توان از نظر شیمیایی به عنوان موادی تعریف کرد که دارای یک حلقه معطر با یک یا چند گروه هیدروکسیل هستند. در مواد غذایی، حضور آنها تأثیر قابل توجهی بر پایداری اکسیداتیو و ایمنی میکروبیولوژیکی دارد [ 73 ].

فنل ها فنل ها را می توان از نظر شیمیایی به عنوان موادی تعریف کرد که دارای یک حلقه معطر با یک یا چند گروه هیدروکسیل هستند. هانی هاب دانشنامه عسل

پلی فنول های شناسایی شده در عسل که به عنوان نشانگرهای شیمیایی بالقوه برای تعیین منشاء گیاهی و اصالت آن استفاده می شوند، اسیدهای فنولیک (اسیدهای بنزوئیک و سینامیک) و فلاونوئیدها (فلاونول ها، فلاون ها و فلاوانون ها) هستند (75). آنها نقش مهمی در رنگ، طعم، خواص و فواید سلامتی عسل دارند.

عسل توسط زنبورهای عسل از مجموعه ی محصولات طبیعی (مانند مواد فرار گل، شهد و گرده) و ترکیبات فرآوری شده آنها (مثلاً موم زنبور عسل، بره موم و خود عسل) تولید می شود [54]. ترکیب فنلی عسل اساساً شبیه بره موم است، ماده ای صمغی که معمولاً به عنوان چسب زنبور شناخته می شود، که معمولاً توسط زنبورها برای ساخت کندو استفاده می شود. الکتروفورز عصاره بره موم دوازده فلاونوئید مختلف، پینوسمبرین، آکاستین، کریزین، روتین، لوتئولین، کامفرول، آپیژنین، میریستین، کاتچین، نارینژنین، گالانژین، و کورستین و همچنین دو اسید فنولیک و کافنیک اسید را شناسایی کرده است [14و76].

متزنر و همکاران [77] فعالیت ضد باکتریایی بره موم را به فلاونوئیدها و اجزای دیگر مانند اسیدهای بنزوئیک و سینامیک جایگزین نسبت داد. همانطور که توسط Metzner و همکاران نشان داده شده است، عسل مکانیسم مشابهی را ارائه می دهد. [ 78]، که نشان داد فلاونوئیدهای موجود در عسل از بره موم به جای گرده به عنوان منبع اصلی مشتق شده است. پیشنهاد شده است که فعالیت آنتی بیوتیکی فلاونوئیدها به دلیل مهار متابولیسم انرژی باکتریایی، گیراز DNA و عملکرد غشای سیتوپلاسمی است [79]

عسلک در مقایسه با عسل شکوفه، محتوای H₂O₂ بیشتری تولید می کند [84]. علاوه بر این، عسل عسلک حاوی محتوای بالاتری از اسیدهای فنولیک و فلاونوئیدها است که دارای خواص آنتی اکسیدانی و پرواکسیدانی هستند [ 84]. هنگامی که پلی فنول ها در حضور یون های فلزات واسطه (مثلاً آهن و مس) و پراکسیدها باشند، می توانند با تسریع تشکیل رادیکال های هیدروکسیل و شکستن رشته های اکسیداتیو در DNA به عنوان پرو اکسیدان عمل کنند [84 ]. اینکه پلی فنل ها خاصیت آنتی اکسیدانی یا ضد باکتریایی نشان می دهند عمدتاً به مقدار pH بستگی دارد. در شرایط قلیایی (pH 7.0-8.0)، پلی فنل ها می توانند خواص پرواکسیداتیو را نشان دهند و رشد میکروبی را مهار کنند. علاوه بر این، فرض بر این است که پلی‌فنول‌ها در غلظت‌های موجود در عسل عسلک می‌توانند از تولید مقادیر قابل‌توجهی H₂O₂ از طریق یک مسیر غیر آنزیمی پشتیبانی کنند و به طور قابل‌توجهی به اثر ضد میکروبی عسل کمک کنند [84].

از این رو، پلی‌فنول‌ها در غلظت‌هایی که در برخی از انواع عسل یافت می‌شوند، از دو طریق به فعالیت ضد میکروبی عسل کمک می‌کنند: با تولید مستقیم H₂O₂ ، و با کاهش Fe (III) به Fe (II) که باعث واکنش فنتون می‌شود، که ROS قوی تری مانند رادیکال های هیدروکسیل ایجاد می کند [84]. بوچکووا و همکاران[85] نشان دادند که فعالیت کلی ضد میکروبی عسل های شکوفه به شدت با H₂O₂ مرتبط است. با این حال، هیچ ارتباطی بین محتوای GOx و سطوح H₂O₂ وجود نداشت ، که نشان می‌دهد محتوای فنلی در H₂O₂نقش دارد.

مهمترین فلاونوئیدهای استخراج شده از عسل عبارتند از آکاستین، آپیژنین، کریزین، کامفرول، نارینگنین، پینو بانکسین، پینوسمبرین و کوئرستین (شکل 2)اسیدهای فنولیک ضد میکروبی م