Investigation of antibacterial and antioxidant activity of equisetum Arvense L. = Equısetum Arvense L.'nin antibakteriyel ve antioksidan aktivitelerinin incelenmesi.

Abstract

Bugüne kadar yeni doğal kaynaklardan biyoaktif bileşiklerin araştırılması, gıda kalitesini, genel yaşam standardını ve halk sağlığını geliştirdiği görülmüştür. Biyoaktif bileşikler içerisinde özellikle fenolik bileşikler en çok çalışılan grubu oluşturur. Birçok çalışma, bitki kaynaklı polifenollerin yaşlanmayı önleyici, iltihap önleyici ve çoğalmayı önleyici özelliklere sahip olduğunu ve kardiyovasküler hastalıklar, kanser ve diyabet gelişme riskini azaltmada etkili olduğunu kanıtlamıştır. Ayrıca fenolik bileşikler antioksidan aktiviteleri sayesinde serbest radikalleri nötralize ederek, oksijeni temizleyerek veya peroksitleri parçalayarak oksidatif hasarları önleyebilirler. Hem geleneksel hem de çağdaş yaklaşımlar dahil olmak üzere dünya çapında çeşitli tıbbi uygulamalarda elli bin ile yetmiş bin arasında farklı bitki türünün kullanıldığı tahmin edilmektedir. Her ikisi de hızla gelişen kozmetik ve botanik işletmeleri, sayılamayan sayıda başka tür kullanmaktadır. Bu bileşenlerin büyük çoğunluğu, çeşitli doğal kaynaklardan örneklerin toplanmasıyla elde edilmektedir. Yabani toplamanın, konuyla ilgili ekolojik, ekonomik ve sosyal değişkenlere dayanarak, dünya bölgelerinin çoğunda tıbbi ve aromatik bitki türlerinin çoğunluğu için birincil kaynak olmaya devam etmesi beklenmektedir. Ekime olan ilginin artmasına rağmen durum böyledir. Bakteriyel direnç sorunu, araştırma topluluğunda önemli ilgi gören yaygın bir sorundur. Uygulanabilir çözümleri belirlemek ve gerekli terapötik özelliklere sahip potansiyel kimyasal veya doğal alternatifleri araştırmak için şu anda çok sayıda çaba gösterilmektedir. Bu alternatifler, olumsuz etkileri ve ekonomik yükü en aza indirirken güçlü antibakteriyel ve antifungal etkinlik göstermelidir. Ek olarak, bu tür alternatiflere etkili antioksidanların dahil edilmesi oldukça arzu edilir. Bitkiler uzun süredir her türlü mikrobiyal enfeksiyona karşı koymak için kullanılmaktadır. Pek çok mikroorganizma türü kullanılan standart antibiyotiklere çoklu direnç geliştirebilmektedir. Bitkilerden izole edilen yeni moleküller bakteriyel direnç mekanızmasını kırabilmekte ve bakteri gelişimini inhibe edebilmektedir.Bu gibi nedenlerden dolayı bakterilerin antibiyotiklere dirençli formlarının ortaya çıkması karşısında, geniş antibakteriyel spektrumuna sahip yeni aktif moleküllerin araştırılması bir zorunluluk haline gelmiştir. Şifalı bitkilerde bulunanlar gibi doğal bileşikler, antibakteriyel yetenekleri nedeniyle daha fazla araştırmaya ilgi duymaktadır. Bitki bileşiklerine karşı mikrobiyal direncin, kimyasal dirençten çok daha yavaş bir oranda gelişebileceğine inanmak için nedenler vardır, bu da bu tür araştırmaların umutlarını iyi yansıtır. Hem geleneksel hem de çağdaş yaklaşımlar dahil olmak üzere dünya çapında çeşitli tıbbi uygulamalarda elli bin ile yetmiş bin arasında farklı bitki türünün kullanıldığı tahmin edilmektedir. Her ikisi de hızla gelişen kozmetik ve botanik işletmeleri, sayılamayan sayıda başka tür kullanmaktadır. Bu bileşenlerin büyük çoğunluğu, çeşitli doğal kaynaklardan örneklerin toplanmasıyla elde edilmektedir. Yabani toplamanın, konuyla ilgili ekolojik, ekonomik ve sosyal değişkenlere dayanarak, dünya bölgelerinin çoğunda tıbbi ve aromatik bitki türlerinin çoğunluğu için birincil kaynak olmaya devam etmesi beklenmektedir. Ekime olan ilginin artmasına rağmen durum böyledir. Bitki ekstraktlarının biyolojik aktiviteleri büyük ölçüde biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyon verimliliğine ve ekstraktların bileşimine bağlıdır. Çözücülerle ekstraksiyon, antioksidan bileşiklerin izolasyonu için sıklıkla kullanılır ve ekstraktların hem ekstraksiyon verimi hem de antioksidan aktivitesi, esas olarak elde edilen bileşiklerin farklı polaritelerinden dolayı kullanılan solvent ile güçlü bir ilişkiye sahiptir. Özellikle antioksidan olarak kullanılacak fenolik bileşiklerin ekstraksiyonu için organik çözücüler (petrol eteri, hekzan, kloroform, methanol vb.) yaygın olarak kullanılmaktadır. En uygun çözücünün seçimi, ekstrakt özellikleri üzerinde belirleyici bir faktördür ve matrisin farklı yapısı ve bileşimi nedeniyle, her matris-çözücü sistemi tahmin edilemeyen belirli bir davranış gösterir. Bu çalışma, laboratuvarda izole edilen ve önceden teşhis edilen 100 sürüntü örneği (yanık, kulak, apse, burun), dışkı ve idrar örnekleri üzerinde gerçekleştirildi. 2023 yılı 8-12 ayları arasında Sakarya Araştırma Hastanesi'nden laboratuvara getirildiler. Çalışmamızda Equisetum arvense bitkisinin biyolojik aktivitelerini ve fenolik içeriğini ortaya çıkaran çözücü ve ekstraksiyon yönteminin maksimum oranda belirlenmesi amaçlanmıştır. Equisetum arvense'in yaprak ve gövde ekstraktları, 5 farklı çözücü varlığında soxhlet ve maserasyon yöntemi kullanılarak hazırlandı. Ekstraktların toplam fenolik içeriği (TPC) Folin-Ciocalteu yöntemi, antioksidan aktiviteleri DPPH radikal süpürücü testi kullanılarak belirlenmiştir. Equisetum arvense L.'nin ekstraktlarının çok çeşitli farmakolojik aktiviteler içermesi nedeniyle, bunlar ilaç geliştirme alanında büyük öneme sahiptir. Bu, birçok farklı ülkede kabul edilen bir şeydir. Equisetum arvense, kırılgan tırnaklar, saç dökülmesi ve romatizmal bozukluklar dahil olmak üzere çeşitli hastalıkları tedavi etmek için kullanıldığı geleneksel tıbbi uygulamalarda uzun bir kullanım geçmişine sahiptir. Bu bitki, toplanabilme kolaylığı, yaygın bulunabilirliği ve önemli biyolojik özellikleri nedeniyle birçok farklı ülkede potansiyel bir ilaç kaynağı olarak kabul edilmiştir. Equisetum arvense tesisi bu araştırmada taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ve enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX) verileri kullanılarak incelenmiştir. SEM görüntüleri yaprağın yüzeyini gösterirken, EDX verileri yaprağın içini gösterir. Bitkinin gövdesi de incelendi. İnceleme, kullanılan her bileşenin morfolojik görüntülerinde farklılıkların yanı sıra EDX spektroskopik analiz sonuçlarında gösterilen element kompozisyonunda farklılıklar olduğunu ortaya koydu. Equisetum arvense yaprak ve dal ektraktlarının Staphylococcus epidermidis ATCC 12228, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Bacillus subtilis ATCC 6633, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella typhimurium ATCC 14028 ve Enterecoccus faecalis ATCC 29212 test bakterileri üzerindeki antibakteriyel aktivitesi disk difizyon metodu kullanılarak araştırılmıştır.Antibiyotik tedavisine dirençli olması en muhtemel bakteriler seçildi. Bu mikroplar hastalığa neden olanlardır. Equisetum arvense dal ve yaprak ekstraktlarının toplam fenolik içerikleri incelendiğinde, yaprakta en yüksek toplam fenolik bileşik maserayon yöntemiyle hazırlanan asetonik ekstrakta (507.61 mgGA/g), dalda ise soksklet metoduyla hazırlanan asetonik ekstrakta (466 mgGA/g) olduğu belirlendi. Petrol eteri ile hazırlan yaprak ve dal ekstraktlarının en düşük fenolik içeriğe sahip olduğu görüldü. Yaprak parçalarından soxhlet yöntemi ile hazırlanan metanolik ekstraktın %85.1, asetonik ekstraktın %84.5, maserasyon yöntemi ile hazırlanan metanolik ekstraktın %83 ve asetonik ekstraktın %84.1 süpürülmüş DPPH radikali olduğu ve çalışma sonucunda maserasyon yönteminin daha iyi sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Daldan elde edilen ektraktlar her iki yöntem içinden yapraktan daha düşük DPPH radikali süpürme aktivitesi gösterdiği tespit edilmiştir. EDX spektroskopisinde Equisetum arvense'in gövde yüzeyi, oksijenin en bol olduğu, ardından karbon, potasyum ve alüminyumun ve yaprağın iç tarafındaki elementlerin benzer bir model gösterdiği, karbonun en yüksek yüzdeye sahip olduğu elementlerin konsantrasyonlarına sahiptir. oksijen, kükürt, silikon, sodyum ve kalsiyum. Antibakteriyel aktivite sonuçları incelendiğinde, maserasyon yöntemi ile hazırlanan metanolik yaprak ekstraktı S. aureus üzerinde 14.5 mm, S. epidermidis üzerinde 14.2 mm ve E. faecalis üzerinde 14 mm'lik bir inhibisyon bölgesi göstermiştir.Asetonik yaprak ekstraktı ise S. aureus ve E. faecalis bakterileri üzerinde 9.5 mm inhibisyon zon çapı oluşturmuştur. Maserassyon yöntemiyle hazırlan dal metanolik ekstraktı S. aureus üzerinde 8 mm, Asetonik ekstrakt S. aureus üzerinde ise 11 mm inhibisyon zon çapı göstermiştir. Yaprak ekstraktlarının dal ekstraktlarına göre daha yüksek antibakteriyel aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Sokslet metoduyla hazırlanan etil asetat ekstraktını E. faecalis üzerinde 9.5 mm, metanol ekstraktının ise 8 mm inhibisyon zon çapı oluşturduğu belirlenmiştir. Daldan elde edilen metanolik ekstrak ise sadece E. faecalis üzerindee antibakteriyel aktivite göstermiştir.Equisetum arvense bitkisi için Sokslet metoduyla hazırlanan ekstraktlarının genel olarak maserasyon yöntemiyle hazırlanan ekstraktlara göre daha düşük antibakteriyel aktivite sergilediği belirlenmiştir. Çalışma sonucunda ekstraktın hazırlanmasında kullanılan yöntem ve solventin kimyasal içeriğin ortaya çıkarılmasında ve aktivitenin sergilenmesinde önemli olduğu belirlenmiştir. Maserasyon yöntemiyle üretilen ekstraktlar daha yüksek antibakteriyel aktivite sergilerken, soxhlet yöntemiyle elde edilen ekstraktlar daha yüksek antioksidan aktivite göstermiştir. Kalitatif etkinliğin ekstrakt verim değerleri ile doğrudan ilişkili olmadığı belirlenmiştir. En yüksek antioksidan ve antibakteriyel aktivite metanolik yaprak ekstraktında bulundu. Equisetum arvense ile yapılacak TPC antioksidan ve antimikrobiyal aktivite çalışmaları için metanol ve asetonun ideal çözücüler olduğu belirlenmiştir. Bu araştırmada Equisetum arvense bitkisinin yaprak ve gövdelerinin biyolojik aktiviteleri çözücülerle ayrı ayrı incelenerek ilk kez detaylı olarak karşılaştırılmıştır. Bu biyolojik aktiviteler antibakteriyel ve antioksidatif içerir ve bu çalışmayı önceki çalışmalarda bulamadık.Örneğin bu çalışma, antibakteriyel ve antioksidatif aktivitelerin 5 farklı çözücü ile ayrı ayrı incelendiği ilk çalışma olmuştur.

To date, the search for bioactive compounds from new natural sources has been shown to improve food quality, general standard of living and public health. Among bioactive compounds, especially phenolic compounds constitute the most studied group.Many studies have proven that plant-derived polyphenols have anti-aging, anti-inflammatory and anti-proliferative properties and are effective in reducing the risk of developing cardiovascular diseases, cancer and diabetes. In addition, because of the antioxidant activities of phenolic compounds, they can prevent oxidative damage by neutralizing free radicals, clearing oxygen or breaking down peroxides. It is estimated that between fifty thousand and seventy thousand different plant species are used in various medicinal practices around the globe, including both traditional and contemporary approaches. The cosmetics and botanicals businesses, which are both developing rapidly, utilize an uncountable number of other species. The vast majority of these components are obtained via the collecting of samples from various natural resources. Wild collection is expected to remain the primary source for the majority of medicinal and aromatic plant species in the majority of the world's regions, based on the ecological, economic, and social variables that are involved in the matter. This is the case despite the increased interest in cultivation. The issue of bacterial resistance is a prevalent concern that has garnered significant attention in the research community. Numerous efforts are currently underway to identify viable solutions and explore potential chemical or natural alternatives that possess the requisite therapeutic properties. These alternatives should exhibit potent antibacterial and antifungal efficacy while minimizing adverse effects and economic burden. Additionally, the inclusion of efficacious antioxidants is highly desirable in such alternatives. Herbs have long been used to counteract all kinds of microbial infections. Many types of microorganisms can develop multiple resistance to standard antibiotics. New molecules isolated from plants can break the bacterial resistance mechanism and inhibit bacterial growth. For such reasons, in the face of the emergence of antibiotic-resistant forms of bacteria, it has become a necessity to search for new active molecules with a wide antibacterial spectrum. Natural compounds, such as those found in medicinal plants, are receiving more research interest due to their antibacterial capabilities. There is reason to believe that microbial resistance to plant compounds might develop at a far slower rate, if at all, than chemical resistance, which reflects well for the prospects of such investigations. The biological activities of plant extracts largely depend on the extraction efficiency of bioactive components and the composition of the extracts. Extraction with solvents is frequently used for the isolation of antioxidant compounds, and both the extraction efficiency and antioxidant activity of extracts have a strong relationship with the solvent used, mainly due to the different polarities of the compounds obtained. Organic solvents (petroleum ether, hexane, chloroform, methanol, etc.) are widely used, especially for the extraction of phenolic compounds to be used as antioxidants. The choice of the most suitable solvent is a determining factor on the extract properties, and due to the different structure and composition of the matrix, each matrix-solvent system exhibits a certain unpredictable behavior. Due to the fact that the extracts of Equisetum arvense L. contain a wide variety of pharmacological activities, they are of major value in the area of drug development. This is something that has been acknowledged in a number of different countries. Equisetum arvense has a long history of use in traditional medical practices, where it has been used to treat a variety of diseases, including brittle fingernails, hair loss, and rheumatic disorders. This plant has been recognized as a potential source of medicine in a number of different countries due to the ease with which it may be collected, its widespread availability, and its significant biological features. This study was conducted on 100 swabs (burn, ear, abscess, nose), stool, and urine samples, isolated and previously diagnosed in the laboratory. They were brought to the laboratory from Sakarya Research Hospital in 2023, a period between the months of 8-12. In our study, it was aimed to determine the solvent and extraction method that reveals the biological activities and phenolic content of the Equisetum arvense plant at the maximum rate. Leaf and stem extracts of Equisetum arvense were prepared using the soxhlet and maceration method in the presence of 5 different solvents. Total phenolic content (TPC) of the extracts was determined by using the Folin-Ciocalteu method, and antioxidant activities were determined by using the DPPH radical scavenging test. The Equisetum arvense plant was examined in this research using scanning electron microscopy (SEM) images and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) data. The SEM images show the surface of the leaf, while the EDX data show the inside of the leaf. The stem of the plant was also examined. The results of this study revealed that there are differences in the morphological images of each component that was employed, as well as differences in the elemental composition that was shown in the results of the EDX spectroscopic analysis. The antibacterial activity of Equisetum arvense leaf and branch extracts on test bacteria Staphylococcus epidermidis ATCC 12228, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Bacillus subtilis ATCC 6633, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella typhimurium ATCC 14028 and Enterecoccus faecalis ATCC 29212 was investigated using the disk diffusion method.The bacteria that are most likely to be resistant to antibiotic treatment were selected. These germs are the ones that cause sickness. When the total phenolic contents of Equisetum arvense stem and leaf extracts were examined, it was determined that the highest total phenolic compound in the leaf was in the acetonic extract prepared by the maceration method (507.61 mgGA/g), and in the stem it was found in the acetonic extract prepared by the soxhlet method (466 mgGA/g). It was observed that leaf and branch extracts prepared with petroleum ether had the lowest phenolic content. It was determined that the methanolic extract prepared from leaf pieces by the soxhlet method was 85.1%, the acetonic extract was 84.5%, the methanolic extract prepared by the maceration method was 83% and the acetonic extract was 84.1% scavenged DPPH radicals, and as a result of the study, it was determined that the maceration method gave better results. It was determined that the extracts obtained from the branch showed lower DPPH radical scavenging activity than the leaf in both methods. Stem surface of Equisetum arvense on EDX spectroscopy has concetrations of elements, with oxygen being the most abundant, followed by carbon, potassium, and aluminum, and the elements on the inner side of the leaf showing a similar pattern, with carbon having the highest percentage, followed by oxygen, sulfur, silicon, sodium, and calcium. When the antibacterial activity results were examined, the methanolic leaf extract prepared by the maceration method showed an inhibition zone of 14.5 mm on S. aureus, 14.2 mm on S. epidermidis and 14 mm on E. faecalis.Acetonic leaf extract created an inhibition zone diameter of 9.5 mm on S. aureus and E. faecalis bacteria. Stem methanolic extract prepared by the maceration method showed an inhibition zone diameter of 8 mm on S. aureus, and acetonic extract showed an inhibition zone diameter of 11 mm on S. aureus. It has been determined that leaf extracts show higher antibacterial activity than branch extracts. It was determined that the ethyl acetate extract prepared by the soxhlet method creates an inhibition zone diameter of 9.5 mm on E. faecalis, and the methanol and acetonic extracts creates an inhibition zones diameter of 8 mm. The methanolic extract obtained from the stem showed antibacterial activity 10mm only on E. faecalis. It has been determined that extracts prepared by the Soxhlet method for Equisetum arvense plant generally exhibit lower antibacterial activity than extracts prepared by the maceration method. As a result of the study, it was determined that the method and solvent used in the preparation of the extract were important in revealing the chemical content and displaying the activity.While the extracts produced by the maceration method exhibited higher antibacterial activity, the extracts obtained by the soxhlet method showed higher antioxidant activity. It was determined that qualitative efficiency was not directly related to extract yield values. The highest antioxidant and antibacterial activity was found in methanolic leaf extract. Methanol and acetone were determined to be ideal solvents for TPC antioxidant and antimicrobial activity studies with Equisetum arvense. In addition, the importance of pre-experimental optimization to find the appropriate method and solvent while investigating the biological activities of herbal extracts was revealed in our study. In this investigation, the biological activities of the leaves and stems of the Equisetum arvense plant were studied separately with 5 different solvents and compared in detail for the first time. These biological activities include antibacterial and antioxidative, and we did not find this work in previous studies. For example, this study was the first time that antibacterial and antioxidative activities were examined separately with solvents.