Terapeutisk Manuka Honning: Ikke Lenger Så Alternativ

Introduksjon

Honning har blitt brukt som medisin gjennom hele menneskehetens historie. En av de mest vanlige og vedvarende terapeutiske bruksområdene for honning har vært som sårbandasje, nesten helt sikkert på grunn av dens antimikrobielle egenskaper. Med fremveksten av svært aktive antibiotika på 1960-tallet, ble honning avfeid som et «verdiløst, men ufarlig stoff» (Soffer, 1976). Den nåværende og økende krisen med antibiotikaresistens har imidlertid gjenopplivet interessen for bruk av honning, både som et effektivt middel i seg selv og som en terapeutisk ledetråd for å utvikle nye behandlingsmetoder. Honning stammer vanligvis fra nektar fra blomster og produseres av bier, oftest den europeiske honningbien Apis mellifera, og er en kompleks blanding av sukkerarter, aminosyrer, fenoler og andre stoffer. Honningtyper som stammer fra forskjellige blomsterplanter varierer betydelig i deres evne til å drepe bakterier, og dette har komplisert litteraturen om honning og gjort det noen ganger vanskelig å gjenskape resultater på tvers av ulike studier (Allen et al., 1991; Irish et al., 2011). De fleste nyere studier som undersøker virkningsmekanismen til honning, har fokusert på velkarakterisert, standardisert aktiv Manuka-honning produsert av visse Leptospermum-arter som er hjemmehørende i New Zealand og Australia, og som er registrert som et sårpleieprodukt hos relevante medisinske reguleringsorganer. Med mindre annet er spesifisert, vil denne gjennomgangen derfor fokusere på Manuka-honning.

Kjemiske analyser av aktiv Manuka-honning

Professor Peter Molan ved Waikato University i New Zealand var den første som rapporterte den uvanlige aktiviteten til Manuka-honning og begynte å teste dens virkning mot et bredt spekter av forskjellige bakteriearter på midten av 1980-tallet. Selv om det var klart at selv lave konsentrasjoner av Manuka-honning drepte bakterielle patogener, forble den spesifikke aktive ingrediensen ansvarlig for dette ukjent i mange år. Høyt sukkerinnhold og lav pH gjør honning hemmende for mikrobiell vekst, men aktiviteten vedvarer når disse fortynnes til ubetydelige nivåer. Mange forskjellige typer honning produserer også hydrogenperoksid når glukoseoksidase, som stammer fra honningbien, reagerer med glukose og vann. I Manuka-honning er imidlertid produksjonen av hydrogenperoksid relativt lav og kan nøytraliseres av katalase, men aktiviteten vedvarer fortsatt. Årsaken til denne gjenværende aktiviteten, kalt «non-peroxide activity» eller NPA, ble endelig avslørt i 2008, da to laboratorier uavhengig identifiserte metylglyoksal (MGO) i Manuka-honning (Adams et al., 2008; Mavric et al., 2008). MGO dannes ved spontan dehydrering av sin forløper dihydroksyaceton (DHA), en naturlig forekommende fytokjemikalie funnet i nektaren fra blomster av Leptospermum scoparium, Leptospermum polygalifolium og noen beslektede Leptospermum-arter som er hjemmehørende i New Zealand og Australia (Adams et al., 2009; Williams et al., 2014; Norton et al., 2015). MGO kan reagere relativt uspesifikt med makromolekyler som DNA, RNA og proteiner (Adams et al., 2008; Mavric et al., 2008; Majtan et al., 2014b), og kan teoretisk være giftig for pattedyrsceller (Kalapos, 2008). Det finnes imidlertid ingen bevis for skade på vertsceller når Manuka-honning enten konsumeres oralt eller brukes som sårbandasje; faktisk ser honning ut til å stimulere helbredelse og redusere arrdannelse når det påføres sår (Biglari et al., 2013; Majtan, 2014; Dart et al., 2015). Hvordan det utøver denne tilsynelatende selektive toksisiteten mot bakterieceller er ikke kjent.

Høye nivåer av MGO eller hydrogenperoksid gir vanligvis den mest aktive honningen, men korrelasjonen er ikke alltid perfekt, noe som tyder på at andre komponenter i honning kan modulere aktiviteten (Molan, 2008; Kwakman et al., 2011; Chen et al., 2012; Lu et al., 2013). Bee defensin-1, et antimikrobielt peptid fra bier, er ansvarlig for aktiviteten i Revamil-honning, en aktiv honning produsert fra en ukjent kilde, men dette ser ut til å være strukturelt modifisert og inaktivt i manuka-honning (Kwakman et al., 2011; Majtan et al., 2012). Nivået av leptosin, en glykosid som finnes utelukkende i Leptospermum-honning, korrelerer med styrke og kan modulere den antimikrobielle aktiviteten til manuka-honning (Kato et al., 2012). På samme måte kan ulike fenolforbindelser med potensiell antimikrobiell aktivitet være til stede, spesielt i mørkere honning, og selv om disse forekommer i nivåer som sannsynligvis ikke er hemmende alene, kan de virke synergistisk med hverandre eller andre komponenter i honning for å produsere eller endre aktiviteten (Estevinho et al., 2008; Stephens et al., 2010). Fenoler kan også fungere som antioksidanter og kan være ansvarlige for honningens antiinflammatoriske og sårhelende egenskaper (Stephens et al., 2010). Det bør bemerkes at ikke alle Leptospermum-arter produserer aktiv honning, og selv innen L. scoparium og L. polygalifolium-honning kan MGO-nivåene variere fra ∼100 til >1200 ppm (Windsor et al., 2012). En undersøkelse av australsk honningaktivitet fant at honning hentet fra Leptospermum-planter som vokser rundt grensen mellom New South Wales og Queensland var spesielt aktiv, men om dette skyldes plante, jord, klima eller andre faktorer er ikke kjent (Irish et al., 2011).

Hemning av patogener av honning

Honning har blitt testet in vitro på et bredt spekter av patogener, spesielt de som kan kolonisere hud, sår og slimhinner, hvor lokal behandling med honning er mulig. Til dags dato har in vitro-tester vist at manuka honning effektivt kan hemme alle problematiske bakterielle patogener som er testet (oppsummert i Tabell 1). Av særlig interesse er det at kliniske isolater med multiresistente (MDR) fenotyper ikke viser redusert følsomhet for honning, noe som indikerer et bredt virkningsspektrum som er ulikt noen kjent antimikrobiell (Willix et al., 1992; Blair og Carter, 2005; George og Cutting, 2007; Tan et al., 2009). I tillegg har forsøk på å frembringe honningresistente stammer i laboratoriet ikke vært vellykket, og det har ikke vært rapportert om kliniske isolater med ervervet resistens mot honning (Blair et al., 2009; Cooper et al., 2010).

I tillegg til å hemme planktoniske celler, kan honning spre og drepe bakterier som lever i biofilmer. Biofilmer er samfunn av celler som vanligvis er innkapslet i en selvprodusert ekstracellulær matriks og finnes festet til overflater, inkludert sår, tenner, slimhinner og implanterte enheter. Mikrober som bor i biofilmer er beskyttet mot antimikrobielle midler og kan forårsake vedvarende, ikke-resolverende infeksjoner. Manuka honning forstyrrer cellulære aggregater (Maddocks et al., 2012; Roberts et al., 2012) og forhindrer dannelsen av biofilmer av et bredt spekter av problematiske patogener, inkludert Streptococcus og Staphylococcus-arter, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Acinetobacter baumannii og Klebsiella pneumonia (Maddocks et al., 2012, 2013; Lu et al., 2014; Majtan et al., 2014a; Halstead et al., 2016). Viktig er det at honning også kan forstyrre etablerte biofilmer og drepe beboende celler, selv om en høyere konsentrasjon kreves enn for planktoniske celler (Okhiria et al., 2009; Maddocks et al., 2013; Lu et al., 2014; Majtan et al., 2014a). Nylig ble manuka honning testet på en multispecies biofilm som inneholdt Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae, Pseudomonas aeruginosa og Enterococcus faecalis, og det ble funnet at den reduserte levedyktigheten til alle arter unntatt E. faecalis, som ikke kunne utryddes (Sojka et al., 2016). Dette har klare kliniske implikasjoner for bruk av honning på sår som inneholder biofilmer, og å forstå hvordan biofilmen gjør det mulig for E. faecalis å overleve når den normalt blir drept av honning, er et viktig og interessant område for fremtidig forskning. MGO ser ut til å være hovedsakelig, men ikke fullt ut, ansvarlig for hemmingen av biofilmer av manuka honning, noe som igjen understreker viktigheten av tilleggskomponenter som modulerer aktiviteten (Kilty et al., 2011; Lu et al., 2014).

Spekteret av honningens aktivitet mot ikke-bakterielle patogener er ennå ikke godt etablert. Nylige studier som undersøker den antivirale effekten av Manuka honning, har antydet at den har potensial for behandling av varicella-zoster-virus (årsaken til vannkopper og helvetesild) (Shahzad og Cohrs, 2012) og influensa (Watanabe et al., 2014). Sopp patogener på huden, inkludert Candida albicans og dermatofyttarter, er betydelig mindre mottakelige enn bakterier for Manuka honning, men hemmes av honning med høye nivåer av hydrogenperoksidproduksjon (Brady et al., 1996; Irish et al., 2006). Manuka og ikke-Manuka honning har vist seg å redusere levedyktigheten til sporer av mikrosporidien Nosema apis, en viktig patogen hos bier, men honning kunne ikke kurere bieinfeksjon når den først var i gang (Malone et al., 2001). Det har vært svært få studier på bruk av honning mot protozoer eller helminthparasitter, og disse har ikke brukt honning med godt karakterisert aktivitet, noe som gjør det vanskelig å vurdere betydningen av funnene deres (Bassam et al., 1997; Nilforoushzadeh et al., 2007; Sajid og Azim, 2012).

Å ta honning inn i mainstream medisin: Nylige eksperimentelle og mekanistiske studier kaster lys over hvordan honning virker

Aktiv manuka-honning er bredt tilgjengelig som et terapeutisk middel og funksjonell matvare, og de fleste forbrukere oppfatter det som et helhetlig, noe mystisk produkt. Manglende forståelse av hvordan honning dreper bakterier og fremmer helbredelse begrenser imidlertid aksepten i mainstream-medisinen, hvor det fortsatt regnes som «alternativt» eller «komplementært». Størsteparten av forskningen på honning til nå har vært beskrivende, men nyere studier forsøker å avdekke hvordan honning virker og bruker mekanistiske tilnærminger for å fastslå hvordan det virker på cellenivå og molekylnivå.

Ultrastrukturelle studier av bakterieceller og -samfunn behandlet med honning

Honning kan i stor grad endre størrelsen og formen på bakterieceller, selv om omfanget varierer mellom ulike bakteriearter. Ved bruk av transmisjonselektronmikroskopi (TEM) hadde S. aureus-kulturer behandlet med manuka-honning flere celler med fullførte septa sammenlignet med de som ble behandlet med kunstig honning, noe som tyder på at cellene gikk inn i, men ikke fullførte delingsfasen i cellesyklusen, selv om disse cellene utad så normale ut ved skanningselektronmikroskopi (SEM) (Henriques et al., 2010). Nylig fant fasekontrastavbildning etter behandling med en sub-lethal dose manuka-honning at cellene til S. aureus og Bacillus subtilis var betydelig mindre og hadde større sannsynlighet for å ha kondensert DNA enn de som vokste uten honning (Lu et al., 2013). Det er vanskelig å sammenligne disse studiene direkte siden de brukte ulike mengder honning og behandlingstider, men samlet sett tyder resultatene på en frakobling av vekst og celledeling, noe som ofte sees som respons på ernæringsmessige og miljømessige påkjenninger (Silva-Rocha and de Lorenzo, 2010).

Honningbehandling har blitt rapportert å forårsake at kulturer av de gramnegative artene E. coli og P. aeruginosa har både unormalt kortere og lengre celler (Lu et al., 2013). Interessant nok, mens P. aeruginosa ser ut til å være mindre mottakelig for hemming av honning enn andre arter, ble det observert betydelige cellulære endringer ved bruk av TEM og SEM, inkludert furer og blærer (utstikkere av cellemembraner) på celleoverflaten og en betydelig mengde ekstracellulært rusk som indikerer cellelyse (Henriques et al., 2011). Dette ble bekreftet i en påfølgende studie ved bruk av BacLight live-dead fluorescensfarging og konfokalmikroskopi, selv om dette også viste at et relativt stort antall levende celler forble. Disse studiene brukte 20 % (v/v) honning, som var høyere enn MBC for deres stamme av P. aeruginosa, og betydelig hemming og død ville forventes. Imidlertid fant atomkraftmikroskopi (AFM) ved sub-baktericide nivåer fortsatt betydelig celledistorsjon og blæredannelse i celler behandlet med MIC (12 %) og halv MIC (6 %) konsentrasjoner, sammen med betydelig cellelyse (Roberts et al., 2012). Denne tilsynelatende degenerasjonen av P. aeruginosa-cellen ble støttet av kvantitativ PCR-analyse som viste en 10-dobbel nedregulering i honningbehandlede celler av oprF, som koder for en ytre membranporin som er viktig for strukturell stabilitet (Jenkins et al., 2015a).

‘Omics-analyser vurderer hele celle-responsen på hemming av honning

Evnen til å vurdere hele celleuttrykk har revolusjonert studiet av legemiddel-patogen-interaksjoner og har særlig verdi for komplekse naturlige produkter som honning, hvor effekter på flere prosesser er sannsynlige. Mikromatrise- og proteomstudier av bakterier eksponert for honning antydet en induksjon av stressrelaterte prosesser og undertrykkelse av proteinsyntese (Blair et al., 2009; Jenkins et al., 2011; Packer et al., 2012). Selv om dette generelt er ganske typisk for en respons på hemmende midler, produserte honning et unikt “signatur” av differensiell uttrykk som inkluderte mange proteiner med hypotetiske eller ukjente funksjoner, noe som antyder en ny virkningsmekanisme. Spesifikke gener eller proteiner som ble funnet å være nedregulert i ‘omiske analyser av S. aureus og E. coli O157/H7 har funksjoner knyttet til virulens, quorum sensing og biofilmforming (Lee et al., 2011; Jenkins et al., 2013), og i P. aeruginosa var det en nedregulering av proteiner involvert i flagellering (Roberts et al., 2015). Disse fenotypene er avgjørende for at patogener skal etablere seg og produsere invasiv infeksjon, og indikerer at i tillegg til å hemme vekst, kan honning redusere den patogene potensialen til infiserende bakterier.

Selv om de fortsatt er relativt begrenset i antall og omfang, antyder de ‘omiske analysene som er utført til nå en kompleks cellulær respons på honning med betydelig variasjon i forskjellige bakteriearter. Avanserte systembiologiske tilnærminger som tillater kontekstualisering av dataene, og valideringsstudier ved bruk av kvantitativ PCR og gen-deleteringsstammer, er nå nødvendig for å nøste opp i denne kompleksiteten, og disse kan avsløre nye tilnærminger for legemiddelterapier rettet mot å hemme bakteriell vekst (Hudson et al., 2012).

Interaksjoner mellom honning og konvensjonelle antibiotika

I tillegg til å brukes som et enkeltmiddel, er det muligheter for å bruke honning for å supplere behandling med konvensjonelle antibiotika. Dette kan ha særlig verdi når det kombineres med systemiske midler som kan leveres til et sår via blodomløpet mens honning påføres topisk. Kombinerte behandlinger kan også redusere den terapeutiske dosen av antimikrobielle midler og forhindre utvikling av resistens, og i noen tilfeller kan det resultere i legemiddelsynergi, der den kombinerte aktiviteten er større enn summen av de individuelle aktivitetene til hver legemiddelpartner.

In vitro-studier som kombinerer terapeutisk godkjent manuka-honning med antibiotika har funnet en synergistisk effekt med oksacillin, tetracyklin, imipenem og mupirocin mot veksten av en MRSA-stamme (Jenkins og Cooper, 2012). Videre gjenopprettet tilstedeværelsen av en sub-inhibitorisk konsentrasjon av honning i kombinasjon med oksacillin MRSA-stammen til oksacillin-følsomhet. Forfatterne fant nedregulering av mecR1, som koder for et MRSA-spesifikt penicillinbindende protein (PBP2A), og foreslo dette som en mekanisme for honningsynergi. Sterk synergistisk aktivitet mellom manuka-honning og rifampicin mot flere S. aureus-stammer, inkludert kliniske isolater og MRSA-stammer, er også funnet, og tilstedeværelsen av honning forhindret fremveksten av rifampicinresistens in vitro (Müller et al., 2013). Dette er klinisk betydningsfullt da rifampicin trenger godt inn i vev og abscesser og ofte brukes til å behandle overfladiske stafylokokkinfeksjoner, men raskt induserer resistens og må derfor brukes i kombinasjon med et annet middel. En ytterligere funn fra denne studien var at synergien ikke skyldtes MGO, da en syntetisk honning tilsatt MGO ikke var synergistisk med rifampicin.

Å forstå hvordan honning påvirker virkningen av antimikrobielle midler med velkarakteriserte virkningsmekanismer kan også øke vår forståelse av hvordan honning påvirker bakterielle patogener. Liu et al. (2014) utvidet analysen av synergier til å inkludere flere antibiotika og forskjellige S. aureus- og MRSA-stammer. De antydet at økt følsomhet for klindamycin og gentamicin kan skyldes den kombinerte effekten av nedregulert proteinsyntese av honning sammen med hemming av ribosomer av antibiotikaene, mens synergien med β-laktamantibiotika kan skyldes økt oksidativt stress forårsaket av begge parter. Siden S. aureus- og MRSA-stammer var like følsomme for kombinasjonen av oksacillin og honning, virket det usannsynlig at synergien skyldtes nedregulering av PBP2A. I en klinisk MRSA-isolat var det imidlertid ingen økning i følsomhet for klindamycin eller gentamicin når honning var til stede, noe som er bemerkelsesverdig da det er den første rapporterte forskjellen i respons på honning mellom MRSA og S. aureus. Å undersøke denne stamme-spesifikke forskjellen ved hjelp av transkriptomiske eller proteomiske analyser ville være en interessant retning for fremtidig forskning (Liu et al., 2014).

Bevis for effekt fra dyreforsøk, kasuistikker og kliniske studier

Selskaper som produserer og markedsfører manuka honning fremmer høye etiske standarder og fraråder bruk av dyremodeller for å studere infeksjoner og sårheling. Manuka honning har imidlertid blitt brukt til å behandle dyr med kirurgiske eller tilfeldige sår, spesielt hester, med positive resultater (Dart et al., 2015; Bischofberger et al., 2016). Kasusrapporter som bruker honning for ikke-helende sår og magesår har notert betydelig forbedring med oppløsning av infeksjon der konvensjonelle antibiotika hadde feilet (Regulski, 2008; Smith et al., 2009). Til tross for dette og bevis fra mange in vitro og in vivo modeller som viser at honning dreper problematiske sårpatogener, er det mangel på robuste kliniske data for manuka honning. Det finnes flere grunner til dette, inkludert tekniske vanskeligheter med å utføre en dobbeltblind placebokontrollert studie på et særegent stoff som honning, etiske hensyn, manglende interesse fra kliniske utøvere og kostnad-nytte for honningfirmaer, som fokuserer på naturlige produkter og salg over disk hvor manuka honning og tilhørende bandasjer allerede har en premium pris. Dette kan endre seg etter hvert som antibiotikaresistens svekker dagens behandlingsmuligheter og pågående forskning som fremhever honningens potensial bringer det til oppmerksomhet hos medisinske fagfolk.

Mangler og nye muligheter i studiet av honning

Det har nylig blitt gjort store fremskritt i vår forståelse av terapeutisk honning, men bruken i klinisk medisin er fortsatt begrenset, selv når konvensjonelle antibiotika begynner å svikte. Kompleksiteten i honning, som kan sies å være dens største styrke i å drepe ulike patogener og forhindre resistens, kompliserer studiet av den, da mange faktorer som virker sammen sannsynligvis påvirker aktiviteten. Vi anbefaler videre mekanistiske studier med bruk av riktig registrert terapeutisk manuka honning, spesielt studier som benytter ikke-reduksjonistiske systembiologiske tilnærminger, sammen med detaljerte kjemiske og mikrobiologiske analyser for å belyse hvordan honning virker på molekylært, cellulært og populasjonsnivå, hvordan dette kan variere i ulike stammer og arter av mikrobielle patogener, og hvordan vertscellen responderer (Tabell 2). Informasjonen som er oppnådd fra disse studiene kan deretter informere terapi og produsere de kliniske dataene som kreves for å bringe honning inn i mainstream medisin; ikke lenger en alternativ behandling brukt bare når alt annet har feilet.

Forfatterbidrag

Denne gjennomgangen ble skrevet av DC, SB, NNC, DB og PB og ble kritisk gjennomgått av RS og EH.

Finansiering

NNC mottar lønnsstøtte fra Rural Industries Research and Development Corporation – Honey Bee Program (Grant PRJ-009186).

Erklæring om interessekonflikt

DC, PB, og EH rapporterer om støtte i form av tilskudd og ikke-økonomisk støtte i form av manuka honning fra Comvita NZ Limited og Capilano Honey Limited; RS er ansatt hos Comvita NZ Limited, som handler med medisinsk gradert manuka honning (Medihoney).

De øvrige forfatterne erklærer at forskningen ble utført uten noen kommersiell eller økonomisk relasjon som kunne tolkes som en potensiell interessekonflikt.

Forkortelse

ESBL, utvidet spektrum β-laktamase; MBC, minimum bakteriedrepende konsentrasjon; MGO, methyl glyoksal; MIC, minimum hemmende konsentrasjon; MRSA, meticillinresistent Staphylococcus aureus; MRSE, meticillinresistent Staphylococcus epidermis; NPA, ikke-peroksidaktivitet; VRE, vankomycinresistent Enterococcus.

Referanser