Terapeutisk Manuka Honning: Ikke Lenger Så Alternativ

Introduksjon

Honning har blitt brukt som legemiddel gjennom hele menneskehetens historie. En av de vanligste og mest vedvarende terapeutiske bruksområdene for honning har vært som sårbandasje, nesten helt sikkert på grunn av dens antimikrobielle egenskaper. Da svært effektive antibiotika kom på 1960-tallet, ble honning avfeid som et «verdiløst, men ufarlig stoff» (Soffer, 1976). Den nåværende og stadig økende krisen med antibiotikaresistens har imidlertid vekket interessen for bruk av honning på nytt, både som et effektivt middel i seg selv og som et utgangspunkt for utvikling av nye behandlingsmetoder. Honning stammer vanligvis fra blomsternektar og produseres av bier, oftest den europeiske honningbien Apis mellifera, og er en kompleks blanding av sukkerarter, aminosyrer, fenolforbindelser og andre stoffer. Honningtyper fra ulike blomstrende planter varierer betydelig i evnen til å drepe bakterier, noe som har komplisert litteraturen om honning og noen ganger gjort det vanskelig å gjenskape resultater på tvers av ulike studier (Allen et al., 1991; Irish et al., 2011). De fleste nyere studier av 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 tilsynsmyndigheter. Med mindre annet er angitt, vil denne gjennomgangen derfor fokusere på Manuka-honning.

Kjemiske analyser av aktiv Manuka-honning

Professor Peter Molan ved Waikato University på New Zealand var den første som rapporterte om den uvanlige aktiviteten til Manuka-honning, og begynte på midten av 1980-tallet å teste virkningen mot et bredt spekter av ulike bakteriearter. Selv om det var tydelig at selv lave konsentrasjoner av Manuka-honning drepte bakterielle patogener, forble den spesifikke aktive ingrediensen som var ansvarlig for dette, ukjent i mange år. Høyt sukkerinnhold og lav pH gjør honning hemmende for mikrobiell vekst, men aktiviteten består når disse faktorene fortynnes til ubetydelige nivåer. Mange ulike 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 består likevel. Årsaken til denne gjenværende aktiviteten, kalt «non-peroxide activity» eller NPA, ble endelig avdekket i 2008, da to laboratorier uavhengig av hverandre identifiserte metylglyoksal (MGO) i Manuka-honning (Adams et al., 2008; Mavric et al., 2008). MGO dannes ved spontan dehydrering av forløperen dihydroksyaceton (DHA), et naturlig forekommende fytokjemikalie som finnes i nektaren fra blomstene til Leptospermum scoparium, Leptospermum polygalifolium og enkelte 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 sett være giftig for pattedyrceller (Kalapos, 2008). Det finnes imidlertid ingen dokumentasjon på skade på vertsceller når Manuka-honning enten inntas oralt eller brukes som sårbandasje. Honning ser faktisk ut til å stimulere tilheling og redusere arrdannelse når den påføres sår (Biglari et al., 2013; Majtan, 2014; Dart et al., 2015). Hvordan honningen utøver denne tilsynelatende selektive toksisiteten mot bakterieceller, er ikke kjent.

Høye nivåer av MGO eller hydrogenperoksid gir vanligvis den mest aktive honningen, men sammenhengen er ikke alltid perfekt, noe som tyder på at andre komponenter i honningen kan modulere aktiviteten (Molan, 2008; Kwakman et al., 2011; Chen et al., 2012; Lu et al., 2013). Bi-forsvarsin-1, et antimikrobielt peptid fra bier, er ansvarlig for aktiviteten i Revamil-honning, en aktiv honning produsert fra en ikke-offentliggjort kilde, men dette peptidet ser ut til å være strukturelt modifisert og inaktivt i Manuka-honning (Kwakman et al., 2011; Majtan et al., 2012). Nivået av leptosin, et glykosid som utelukkende finnes i Leptospermum-honning, korrelerer med styrken og kan modulere den antimikrobielle aktiviteten i Manuka-honning (Kato et al., 2012). På samme måte kan ulike fenolforbindelser med mulig antimikrobiell aktivitet være til stede, særlig i mørkere honning, og selv om disse forekommer i nivåer som neppe er hemmende på egen hånd, kan de virke synergistisk med hverandre eller andre komponenter i honningen og fremkalle eller endre aktiviteten (Estevinho et al., 2008; Stephens et al., 2010). Fenoler kan også fungere som antioksidanter og kan være ansvarlige for honningens betennelsesdempende og sårhelende egenskaper (Stephens et al., 2010). Det bør bemerkes at ikke alle Leptospermum-arter produserer aktiv honning, og selv i honning fra L. scoparium og L. polygalifolium kan MGO-nivåene variere fra ∼100 til >1200 ppm (Windsor et al., 2012). En undersøkelse av aktiviteten i australsk honning viste at honning fra Leptospermum-planter som vokser rundt grensen mellom New South Wales og Queensland, var særlig aktiv, men det er ikke kjent om dette skyldes planten, jordsmonnet, klimaet eller andre faktorer (Irish et al., 2011).

Hemming av patogener med honning

Honning har blitt testet in vitro på et mangfold av patogener, særlig patogener som kan kolonisere huden, sår og slimhinner, der lokal behandling med honning er mulig. Til dags dato har in vitro-analyser vist at Manuka-honning effektivt kan hemme alle problematiske bakteriepatogener som er testet (oppsummert i tabell 1). Det er spesielt interessant at kliniske isolater med multiresistente (MDR) fenotyper ikke har redusert følsomhet for honning, noe som indikerer et bredt virkningsspekter som ikke ligner noe kjent antimikrobielt middel (Willix et al., 1992; Blair and Carter, 2005; George and Cutting, 2007; Tan et al., 2009). I tillegg har forsøk på å frembringe honningresistente stammer i laboratoriet ikke vært vellykkede, og det finnes ingen rapporter 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 cellesamfunn som vanligvis er innkapslet i en ekstracellulær matriks de selv har produsert, og som finnes festet til overflater, inkludert sår, tenner, slimhinner og implanterte enheter. Mikrober som lever i biofilmer, er beskyttet mot antimikrobielle midler og kan forårsake vedvarende infeksjoner som ikke går over. Manuka-honning forstyrrer celleaggregater (Maddocks et al., 2012; Roberts et al., 2012) og hindrer dannelsen av biofilmer hos et bredt spekter av problematiske patogener, inkludert arter av Streptococcus og Staphylococcus, 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) Det er viktig at honning også kan forstyrre etablerte biofilmer og drepe cellene som lever i dem, selv om det kreves en høyere konsentrasjon enn for planktoniske celler (Okhiria et al., 2009; Maddocks et al., 2013; Lu et al., 2014; Majtan et al., 2014a). Svært nylig ble Manuka-honning testet på en biofilm med flere arter, som inneholdt Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae, Pseudomonas aeruginosa og Enterococcus faecalis, og det ble funnet at den reduserte levedyktigheten til alle artene 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 det er et viktig og interessant område for fremtidige studier å forstå hvordan biofilmen gjør det mulig for E. faecalis å overleve når den vanligvis drepes av honning. MGO ser ut til å være hovedansvarlig, men ikke fullt ut ansvarlig, for Manuka-honningens hemming av biofilmer, noe som igjen fremhever betydningen av ytterligere komponenter som modulerer aktiviteten (Kilty et al., 2011; Lu et al., 2014).

Spekteret av honningens aktivitet mot ikke-bakterielle patogener er fortsatt ikke godt etablert. Nylige studier som undersøker den antivirale effekten av Manuka-honning, tyder på at den kan ha potensial i behandlingen av varicella-zoster-virus (årsaken til vannkopper og helvetesild) (Shahzad and Cohrs, 2012) og influensa (Watanabe et al., 2014). Soppatogener på huden, inkludert Candida albicans og dermatofyttarter, er betydelig mindre mottakelige for Manuka-honning enn bakterier, men hemmes av honning med høy produksjon av hydrogenperoksid (Brady et al., 1996;Irish et al., 2006). Manuka-honning og honning uten Manuka har vist seg å redusere levedyktigheten til sporer av mikrosporidien Nosema apis, et viktig patogen hos bier, men honning kunne ikke kurere bieinfeksjon etter at den først hadde oppstått (Malone et al., 2001). Det har vært svært få studier av bruk av honning mot protozoiske parasitter eller helmintparasitter, og disse har ikke brukt honning med godt karakterisert aktivitet, noe som gjør det vanskelig å vurdere betydningen av funnene (Bassam et al., 1997;Nilforoushzadeh et al., 2007;Sajid and Azim, 2012).

Å ta honning inn i den etablerte medisinen: 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 den som et helhetlig, noe mystisk produkt. Manglende forståelse av hvordan honning dreper bakterier og fremmer tilheling, begrenser imidlertid aksepten i etablert medisin, der den fortsatt regnes som «alternativ» eller «komplementær». Det store flertallet av forskningsstudier av honning til nå har vært deskriptive, men nyere studier forsøker å avdekke hvordan honning virker, og bruker mekanistiske tilnærminger for å fastslå hvordan den virker på cellulært og molekylært nivå.

Ultrastrukturelle studier av bakterieceller og bakteriesamfunn 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 ferdigdannede septa enn de som ble behandlet med kunstig honning. Dette tyder på at cellene gikk inn i, men ikke klarte å fullføre, delingsstadiet i cellesyklusen, selv om disse cellene utad så normale ut ved skanningselektronmikroskopi (SEM) (Henriques et al., 2010). Nyere fasekontrastavbildning etter behandling med en subletal dose Manuka-honning viste at celler av S. aureus og Bacillus subtilis var betydelig mindre og hadde større sannsynlighet for kondensert DNA enn celler som vokste uten honning (Lu et al., 2013). Det er vanskelig å sammenligne disse studiene direkte, ettersom de brukte ulike mengder honning og behandlingstider, men samlet sett tyder resultatene på en frakobling av vekst og celledeling, noe som ofte ses som respons på ernæringsmessig og miljømessig stress (Silva-Rocha and de Lorenzo, 2010).

Honningbehandling har blitt rapportert å føre til at kulturer av de gramnegative artene E. coli og P. aeruginosa får både unormalt kortere og lengre celler (Lu et al., 2013). Interessant nok ble det observert omfattende cellulære endringer med TEM og SEM, inkludert furer og blærer (utposninger av cellenes plasmamembraner) på celleoverflaten og betydelige mengder ekstracellulært avfall som tydet på cellelyse (Henriques et al., 2011), selv om P. aeruginosa ser ut til å være mindre mottakelig for hemming fra honning enn andre arter. Dette ble bekreftet i en påfølgende studie med BacLight-fluorescensfarging av levende og døde celler samt konfokalmikroskopi, selv om studien også viste at et relativt stort antall levende celler forble intakte. Disse studiene brukte 20 % (w/v) honning, som var høyere enn MBC for stammen av P. aeruginosa som ble undersøkt, og det kunne forventes betydelig hemming og celledød. Atomkraftmikroskopi (AFM) med subbaktericide nivåer viste imidlertid fortsatt betydelig celleforvrengning og blæredannelse i celler behandlet med konsentrasjoner tilsvarende MIC (12 %) og halv MIC (6 %), 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 av oprF i honningbehandlede celler. oprF koder for en porin i yttermembranen som er viktig for strukturell stabilitet (Jenkins et al., 2015a).

«Omics-analyser vurderer responsen i hele cellen på hemming fra honning

Muligheten til å vurdere resultater fra hele celler har revolusjonert studiet av interaksjoner mellom legemidler og patogener, og har særlig verdi for komplekse naturprodukter som honning, der det er sannsynlig at flere prosesser påvirkes. Mikroarray- og proteomikkstudier av bakterier som ble eksponert for honning, tydet på en aktivering av stressrelaterte prosesser og undertrykking av proteinsyntesen (Blair et al., 2009; Jenkins et al., 2011; Packer et al., 2012). Selv om dette samlet sett er ganske typisk for en respons på hemmende midler, frembrakte honning en unik «signatur» av differensiell genuttrykk som omfattet mange proteiner med hypotetiske eller ukjente funksjoner, noe som antyder en ny virkningsmekanisme. Spesifikke gener eller proteiner som ble funnet å være nedregulert i ‘omics-analyser av S. aureus og E. coli O157/H7, har funksjoner knyttet til virulens, quorum sensing og biofilmdannelse (Lee et al., 2011; Jenkins et al., 2013), og hos P. aeruginosa var det en nedregulering av proteiner involvert i flagelldannelse (Roberts et al., 2015). Disse fenotypene er avgjørende for at patogener skal kunne etablere seg og forårsake invasiv infeksjon, og viser at honning, i tillegg til å hemme vekst, kan redusere det sykdomsfremkallende potensialet til infiserende bakterier.

Selv om antallet og omfanget fortsatt er relativt begrenset, tyder ‘omics-analyser som er utført til nå, på en kompleks cellulær respons på honning, med betydelig variasjon mellom ulike bakteriearter. Avanserte systembiologiske metoder som gjør det mulig å sette dataene inn i en kontekst, samt valideringsstudier med kvantitativ PCR og gen-deleterte stammer, er nå nødvendige for å avdekke denne kompleksiteten. Dette kan avdekke nye tilnærminger til legemiddelbehandlinger som tar sikte på å hemme bakterievekst (Hudson et al., 2012).

Interaksjoner mellom honning og konvensjonelle antibiotika

I tillegg til å bruke honning som eneste behandling, er det mulig å bruke honning som et supplement til behandling med konvensjonelle antibiotika. Dette kan ha særlig verdi når det kombineres med systemiske midler som kan leveres til et sårs leie via blodsirkulasjonen, samtidig som honning påføres lokalt. Kombinerte behandlinger kan også redusere den terapeutiske dosen av antimikrobielle midler og forhindre utvikling av resistens, og kan i noen tilfeller føre til legemidd synergy, der den kombinerte aktiviteten er større enn summen av den individuelle aktiviteten til hvert av legemidlene.

In vitro-studier som kombinerte terapeutisk godkjent Manuka-honning med antibiotika, har vist en synergistisk effekt med oksacillin, tetrasyklin, imipenem og mupirocin mot veksten av en MRSA-stamme (Jenkins and Cooper, 2012). Videre gjenopprettet tilstedeværelsen av en subinhibitorisk konsentrasjon av honning i kombinasjon med oksacillin MRSA-stammens følsomhet for oksacillin. Forfatterne fant nedregulering av mecR1, som koder for et MRSA-spesifikt penicillinbindende protein (PBP2A), og foreslo dette som en mekanisme for synergi med honning. Det er også funnet sterk synergistisk aktivitet mellom Manuka-honning og rifampicin mot flere stammer av S. aureus, inkludert kliniske isolater og MRSA-stammer, og tilstedeværelsen av honning forhindret utvikling av rifampicinresistens in vitro (Müller et al., 2013). Dette har klinisk betydning, ettersom rifampicin trenger godt inn i vev og abscesser og ofte brukes til å behandle overfladiske stafylokokkinfeksjoner, men raskt fremkaller resistens og derfor må brukes i kombinasjon med et annet middel. Et ytterligere funn fra denne studien var at synergien ikke skyldtes MGO, ettersom syntetisk honning tilsatt MGO ikke var synergistisk med rifampicin.

Å forstå hvordan honning påvirker virkningen av antimikrobielle midler med velkarakteriserte virkningsmekanismer, kan også gi oss en bedre forståelse av hvordan honning påvirker bakterielle patogener. Liu et al. (2014)utvidet analysen av synergi til å omfatte flere antibiotika og ulike stammer av S. aureus og MRSA. De antydet at økt følsomhet for klindamycin og gentamicin kan skyldes den kombinerte effekten av nedregulert proteinsyntese forårsaket av honning og hemming av ribosomene fra antibiotikaene, mens synergi med β-laktamantibiotika kan skyldes økt oksidativt stress forårsaket av begge komponentene. Ettersom stammer av S. aureus og MRSA var like følsomme for kombinasjonen av oksacillin og honning, så det ut til at synergien neppe skyldtes nedregulering av PBP2A. I ett klinisk MRSA-isolat var det imidlertid ingen økt følsomhet for klindamycin eller gentamicin når honning var til stede. Dette er bemerkelsesverdig, ettersom det er det første rapporterte tilfellet av ulik respons på honning hos MRSA sammenlignet med S. aureus. Å undersøke denne stammesspesifikke forskjellen ved hjelp av transkriptomiske eller proteomiske analyser ville være en interessant retning for fremtidig forskning (Liu et al., 2014).

Dokumentasjon av effekt fra dyrestudier, kasuistikker og kliniske studier

Selskaper som produserer og markedsfører Manuka-honning, fremmer høye etiske standarder og fraråder bruk av dyremodeller til å studere infeksjoner og sårtilheling. Manuka-honning har imidlertid blitt brukt til å behandle dyr med kirurgiske eller utilsiktede sår, særlig hester, med positive resultater (Dart et al., 2015; Bischofberger et al., 2016). Kasusrapporter om bruk av honning ved sår og sårtilstander som ikke gror, har dokumentert betydelig bedring med infeksjonsoppløsning der konvensjonelle antibiotika hadde sviktet (Regulski, 2008; Smith et al., 2009). Til tross for dette og dokumentasjonen fra en rekke in vitro- og in vivo-modeller som viser at honning dreper problematiske sårpatogener, finnes det imidlertid få robuste kliniske data for Manuka-honning. Det finnes ulike årsaker til dette, blant annet tekniske vanskeligheter med å gjennomføre en dobbeltblindet, placebokontrollert studie av et så særegent stoff som honning, etiske hensyn, manglende interesse blant klinikere og forholdet mellom kostnader og nytte for honningselskaper, som fokuserer på naturprodukter og reseptfritt salg, der Manuka-honning og tilhørende bandasjer allerede har en høy pris. Dette kan endre seg etter hvert som antibiotikaresistens svekker dagens behandlingsalternativer, og pågående forskning som fremhever honningens potensial, gjør medisinsk personell oppmerksom på den.

Kunnskapshull og nye muligheter innen honningforskning

Det har nylig blitt gjort store fremskritt i forståelsen vår av terapeutisk honning, men bruken av den i klinisk medisin er fortsatt begrenset, selv når konvensjonelle antibiotika begynner å svikte. Kompleksiteten i honning, som antakelig er dens største styrke når det gjelder å drepe ulike patogener og hindre resistens, gjør det vanskeligere å studere den, ettersom mange faktorer som virker sammen, sannsynligvis påvirker aktiviteten. Vi anbefaler flere mekanistiske studier med hensiktsmessig registrert terapeutisk Manuka-honning, særlig studier som bruker ikke-reduksjonistiske systembiologiske tilnærminger, sammen med detaljerte kjemiske og mikrobiologiske analyser for å avklare hvordan honning virker på molekylært, cellulært og populasjonsnivå, hvordan dette kan variere mellom ulike stammer og arter av mikrobielle patogener, og hvordan vertscellen reagerer (tabell 2). Informasjon fra disse studiene kan deretter brukes til å utforme behandlingen og fremskaffe de kliniske dataene som kreves for å integrere honning i vanlig medisinsk behandling; ikke lenger som en alternativ behandling som bare brukes når alt annet har mislyktes.

Forfatternes bidrag

Denne gjennomgangen er 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 (tilskudd PRJ-009186).

Interessekonflikter

DC, PB og EH rapporterer lønnsstøtte og ikke-finansiell støtte i form av Manuka-honning fra Comvita NZ Limited og Capilano Honey Limited; RS er ansatt av Comvita NZ Limited, som handler med medisinsk Manuka-honning (Medihoney).

De øvrige forfatterne erklærer at forskningen ble utført uten kommersielle eller økonomiske forbindelser som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.

Forkortelse

ESBL, betalaktamase med utvidet spektrum; MBC, minste bakteriedrepende konsentrasjon; MGO, metylglyoksal; MIC, minste hemmende konsentrasjon; MRSA, meticillinresistent Staphylococcus aureus; MRSE, meticillinresistent Staphylococcus epidermis; NPA, ikke-peroksidaktivitet; VRE, vankomycinresistent Enterococcus.

Referanser