Evaluación de compuestos bioactivos de la miel asociados a la generación de especies reactivas de oxígeno y la actividad antibacteriana

Abstract

La miel es considerada como uno de los alimentos más comunes en la dieta humana que presenta efectos nutricionales positivos como también variadas propiedades beneficiosas, incluida su actividad antibacteriana (AAB). Varios factores están asociados con la AAB, como el pH ácido (3,5-5,0), la presión osmótica, los polifenoles (PF), el péptido defensina-1 y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), como H2O2 y el radical hidroxilo. Se reportado que los PF de la miel tendrían un papel importante en la generación de ROS y AAB debido a su acción "prooxidante" modulada por algunos metales de transición. Sin embargo, las relaciones entre los diferentes componentes de la miel y su AAB siguen siendo materia de estudio. Así, los PFs y los metales en la miel determinarían la generación de H2O2, radical OH y AAB de forma multifactorial. En este trabajo se determinaron los contenidos de PFs, Fe, Cu, Zn, Mn, H2O2, radical OH y AAB frente a S. epidermidis y P. aeruginosa en 26 mieles colectadas de Chile central entre la IV y X regiones. Luego, se evaluó la relación entre ellos mediante análisis de componentes principales (PCA) y regresión sobre mínimos cuadrados parciales (PLS). La frecuencia de aparición de los ácidos fenólicos en la miel fue gálico > p-cumárico > cafeico > ferúlico > siríngico > clorogénico (promedio 0,4-4,1 μg/g); mientras que para los flavonoides fue quercetina > crisina > kaempferol > apigenina > miricetina > rutina (promedio 0,3-1,5 μg/g). La concentración de metales fue Fe > Cu > Zn > Mn (promedio 2,5-6,1 μg/g). Todas las mieles mostraron acumulación de H2O2 (1,0-35 μg/g) y formación de radicales OH. Las mieles tuvieron un valor de MIC más bajo contra S. epidermidis que contra P. aeruginosa (promedio 14 y 18% p/v, respectivamente). El análisis multifactorial mostró que, a excepción de la quercetina, los PFs tienen un efecto “prooxidante” estimulando la generación de ROS; particularmente ácido p-cumárico, crisina, apigenina y kaempferol. Asimismo, Fe y Mn se relacionaron directamente con ROS, mientras que Cu se relacionó inversamente; posiblemente por estimulación de la autooxidación de flavonoides y reacción de Fenton (Fe y Mn) o formación de complejos con PFs con acción antioxidante (Cu). Se observó una relación directa entre AAB en S. epidermidis y PFs totales, kaempferol, H2O2 y Fe. Mientras que AAB en P. aeruginosa se relacionó principalmente con PFs totales. Así, la actividad antibacteriana estaría en gran medida ligada al origen botánico de la planta, ya que el perfil y cantidad de compuestos fenólicos influyen en la generación de ROS; los que a su vez participan en la inhibición del crecimiento bacteriano a través del daño oxidativo. Esta acción está modulada por otros factores, como el hierro, el manganeso y el cobre.

Honey is a common food in the human diet exhibiting positive nutritional effects and various beneficial properties including its antibacterial activity (AAB). Several factors are associated with AAB, such as acidic pH (3.5-5.0), osmotic pressure, polyphenols (PFs), the peptide defensin-1 and the generation of reactive oxygen species (ROS), such as H2O2 and the hydroxyl radical. PFs of honey would have a major role in the generation of ROS and AAB due to its "prooxidant" action modulated by some transition metals. However, the relationships between the different components of honey and its AAB are still a subject of study. So, PFs and metals in honey would determine the generation of H2O2, OH radical and AAB in a multifactorial way. In this work, the contents of PFs, Fe, Cu, Zn, Mn, H2O2, OH radical and AAB against S. epidermidis and P. aeruginosa were determined in 26 honeys collected from central Chile between the IV and X regions. Then, the relationships between them were evaluated through principal component analysis (PCA) and partial least square regression (PLS). The frequency of appearance of phenolic acids in honey was gallic > p-coumaric > caffeic > ferulic > syringic > chlorogenic (average 0.4-4.1 μg/g); while for flavonoids was quercetin > chrysin > kaempferol > apigenin > myricetin > rutin (average 0.3- 1.5 μg/g). The metal concentration was Fe > Cu > Zn > Mn (average 2.5-6.1 μg/g). All honeys showed accumulation of H2O2 (1.0-35 μg/g) and OH radical formation. The honeys had lower MIC value against S. epidermidis than P. aeruginosa (average 14 and 18% p/v, respectively). The multifactorial analysis showed that, excepting quercetin, PFs have a “pro-oxidant” effect stimulating the generation of ROS; particularly p-coumaric acid, chrysin, apigenin and kaempferol. Likewise, Fe and Mn were directly related to ROS, while Cu was inversely related; possibly by the stimulation of flavonoid autoxidation and Fenton reaction (Fe and Mn) or formation of complex with PFs with antioxidant action (Cu). A direct relationship was observed between AAB on S. epidermidis and total PFs, kaempferol, H2O2 and Fe. While AAB on P. aeruginosa was related mainly to total PFs. Thus, the antibacterial activity would be largely connected to the botanical origin of the plant since the profile and amount of phenolic compounds influence the generation of ROS; which in turn participate in the inhibition of bacterial growth through oxidative damage. This action is modulated by other factors, such as iron, manganese, and copper.