Antibacterial and anti-biofilm potential of Plectranthus amboinicus (Lour) Spreng essential oil and Carvacrol against Staphylococcus aureus and Escherichia coli / Potencial antibacteriano e anti-biofilme do óleo essencial de Plectranthus amboinicus (Lour) Spreng e carvacrol frente a Staphylococcus aureus e Escherichia coli

Introduction: Staphylococcus aureus and Escherichia coli are pathogens that cause chronic infections due to antibiotic resistance mechanisms and their ability to adhere to surfaces and to form biofilms. The search for new agents from natural resources to counter microbial biofilms is an urgent priority in healthcare. Objetive: chemical composition, antibacterial and anti-biofilm activity of Plectranthus amboinicus essential oil (PAEO) and carvacrol were investigated against E. coli and S. aureus. Methodology: PAEO was chemically analyzed using gas chromatography coupled to a mass spectrometer. Antimicrobial activity was assessed by the disc diffusion method and broth microdilution method to determine minimum inhibitory concentrations (MICs). Antibiofilm activity was investigated using 96-well plates with a crystal violet assay. Results: carvacrol (85.25%) was the major component of PAEO. The disc diffusion test confirmed the ability of PAEO and carvacrol in inhibiting bacteria in their planktonic form. The MICs of PAEO against S. aureus and E. coli were 0.31 and 1.25%, respectively, with bactericidal effect. Carvacrol demonstrated a significant antibacterial property (MIC = 0.31%), exhibiting bacteriostatic effects against S. aureus and bactericidal effects against E. coli. Carvacrol considerably inhibited E. coli biofilm formations (58.9%). Moreover, carvacrol inactivated the mature biofilms. Conclusion: the data obtained are promising, and facilitates the development of new therapeutic alternatives. These results indicate the potential of carvacrol in treating diseases caused by E. coli and S. aureus

Introdução: Escherichia coli e Staphylococcus aureus são patógenos que podem causar infecções persistentes devido aos mecanismos de resistência e à sua capacidade de aderir e formar biofilme. A busca por novos agentes a partir de recursos naturais para combater o biofilme é uma prioridade na área da saúde. Objetivo: a composição química, a atividade antibacteriana e anti-biofilme do óleo essencial de Plectranthus amboinicus (PAEO) e do carvacrol foram investigadas frente a S. aureus e E. coli. Metodologia: a análise química do PAEO foi realizada por cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A atividade antimicrobiana foi avaliada por difusão em disco e microdiluição em caldo para determinar as concentrações inibitórias mínimas (CIMs). As atividades do anti-biofilme foram investigadas usando placas de 96 poços pelo ensaio de cristal violeta. Resultados: o carvacrol (85,25%) foi o principal componente do PAEO. A capacidade do PAEO e do carvacrol para inibir bactérias planctônica foi confirmada por difusão em disco. A CIM do PAEO para S. aureus e E. coli foi de 0,31 e 1,25%, respectivamente, com efeito bactericida. O carvacrol demonstrou uma propriedade antibacteriana significativa (CIM=0,31%), exibindo efeito bacteriostático frente a S. aureus e efeito bactericida para E. coli. O carvacrol inibiu significativamente a formação de biofilme de E. coli (58,9%) e promoveu a desestabilização do biofilme maduro. Conclusão: os dados obtidos são promissores, possibilitando o desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas e revelam a potencialidade do carvacrol como fonte para o tratamento de doenças causadas por E. coli e S. aureus.

Cytogenetic bioassays as tools to distinguish between toxic and non-toxic varieties of Jatropha curcas (Euphorbiaceae)

Abstract The tropical and subtropical naturalized physic nut (Jatropha curcas L.), has been explored for biodiesel production in recent times. The oil is extracted from the seeds and, for the production to be feasible, utilization of the residual seed cake is crucial. Although the cake could be employed as a protein source in animal feed, it is rich in phorbol ester, which is toxic for animals. Therefore, breeding programs have been working to reduce or eliminate the phorbol ester content in physic nut. In this context, the present work aimed to evaluate the physic nut oil of toxic and non-toxic varieties (containing known or undetectable amounts of phorbol ester, respectively) with regards to phytotoxicity in a model experiment with Lactuca sativa L. For this, the percentage of germinated seeds was evaluated after 8, 16, 24, 36 and 48 hours of exposure to the treatments with toxic and non-toxic oil at concentrations of 22.5 %, 45 % and 67.5 % of emulsion (physic nut oil energetically mixed with distilled water). Root growth was determined after 48 hours of exposure and the germination speed index was obtained. The different stages of mitotic division as well as possible chromosomal and nuclear alterations were also recorded. The mitotic index was calculated as the number of dividing cells, as a fraction of the total number of cells, and the frequency of chromosome and nuclear alterations, expressed as the percentage of number of alterations divided by the total number of cells. Both varieties exhibited phytotoxicity, inducing significant reductions in percentage of germinated seeds (reduction of 98 %), germination speed index (reduction of 24.44) and root growth (reduction of 8.54 mm). In microscopic analysis, a mitodepressive effect was observed for both oils at the three concentrations used when compared to the negative control; however, it was possible to distinguish between the toxic and the non-toxic varieties based on the more expressive reduction of division promoted by the first, 2.19 %. Significant increments in the frequency of mitotic cells showing chromosome alterations as well, as the presence of condensed nuclei, were observed in the treated cells. However, these parameters were not significantly different from the control in the cells treated with both physic nut oils. In conclusion, the evaluation of root growth and cell division in the plant model L. sativa, can be proposed as an alternative to animal tests to distinguish the varieties with high and low phorbol ester concentration, thus contributing to the detection of toxicity in varieties used in breeding programs.

Resumen Jatropha curcas L., naturalizado tropical y subtropical, ha sido explorado para la producción de biodiesel. El aceite se extrae de las semillas y, para que la producción sea factible, la utilización de la torta de semillas residual es crucial. Aunque la torta se puede emplear como una fuente de proteína en la alimentación animal, es rica en éster de forbol, que es tóxico para los animales. Por lo tanto, los programas de mejoramiento han procurado reducir o eliminar el contenido de éster de forbol de J. curcas. En este contexto, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el aceite de J. curcas de las variedades tóxicas y no tóxicas (con cantidades conocidas o indetectables de éster de forbol, respectivamente) con respecto a la fitotoxicidad en el modelo Lactuca sativa L. El porcentaje de semillas germinadas se evaluó después de 8, 16, 24, 36 y 48 horas de tratamiento. El crecimiento de la raíz se determinó después de 48 horas de exposición y se obtuvo el índice de velocidad de germinación. Se registraron las diferentes etapas de la división mitótica así como posibles alteraciones cromosómicas y nucleares. El índice mitótico se calculó como el número de células en división como una fracción del número total de células y la frecuencia de las alteraciones cromosómicas y nucleares, expresada como el porcentaje del número de alteraciones dividido entre el número total de células. Ambas variedades exhibieron fitotoxicidad, induciendo reducciones significativas en el porcentaje de semillas germinadas (Reducción del 98 %), índice de velocidad de germinación (Reducción de 24.44) y crecimiento de raíces (Reducción de 8.54 mm). En el análisis microscópico, se observó un efecto mitodepresivo para ambos aceites. Sin embargo, fue posible distinguir entre las variedades tóxicas y las no tóxicas basándose en la reducción más expresiva de la división promovida por la primera, 2.19 %. Se observaron incrementos significativos en la frecuencia de células mitóticas que mostraban alteraciones cromosómicas, así como la presencia de núcleos condensados en las células tratadas. Sin embargo, estos parámetros no fueron significativamente diferentes del control en las células tratadas con ambos aceites de J. curcas. En conclusión, la evaluación del crecimiento de las raíces y la división celular en el modelo L. sativa se puede proponer como una alternativa a las pruebas en animales para distinguir las variedades con concentraciones altas y bajas de éster de forbol, contribuyendo así a la detección de toxicidad en variedades utilizadas en programas de mejoramiento genético.

Ethanol extract of Cymbopogon winterianus on mortality and number of eggs of Tetranychus urticae / Extrato etanólico de Cymbopogon winterianus na mortalidade e no número de ovos de Tetranychus urticae

Plant extracts have been studied as a promising source of natural insecticides. This study assessed the effect of the ethanol extract of Cymbopogon winterianus Jowitt (citronella grass) in comparison with an insecticide containing azadirachtin (ICA) on mortality and number of eggs of Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae) in laboratory conditions. For the tests, the mites were sprayed with the aid of a Potter spray tower. To assess the mortality of females, LC50 value for extract of citronella grass and ICA was, respectively, 2.63 and 2.83%. With respect to the number of eggs, the greatest reduction was observed at a concentration of 5% for the evaluation period of 120h, both for the extract of citronella grass (86%) and for ICA (81%). These results suggest the potential of the ethanol extract of citronella grass to control of T. urticae. However, experiments, under field conditions, involving other populations of T. urticae should be performed to verify the efficacy of this extract as an alternative to be used in pest management programs.

Extratos vegetais têm sido estudados como uma fonte promissora de inseticidas naturais. Neste trabalho, foi avaliado o efeito do extrato etanólico de Cymbopogon winterianus Jowitt (capim-citronela) em comparação com um inseticida contendo azadiractina (ICA) sobre a mortalidade e o número de ovos de Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae), em condições de laboratório. Para a realização dos ensaios, os ácaros foram pulverizados com o auxílio da torre de Potter. Para o teste de avaliação da mortalidade de fêmeas, a CL50, para o extrato de capim-citronela e ICA, foi, respectivamente, 2,63 e 2,83%. Em relação ao número de ovos, a maior redução foi observada na concentração de 5% no intervalo de avaliação de 120h, tanto para o extrato de capim-citronela (86%) quanto para o ICA (81%). Estes resultados sugerem que o extrato etanólico de capim-citronela apresenta potencial para ser utilizado no controle de T. urticae. Entretanto, ainda devem ser realizados experimentos em condições de campo, envolvendo outras populações de T. urticae, para averiguar a eficácia deste extrato como alternativa a ser utilizada em programas de manejo da praga.

Potencial acaricida do extrato etanólico de Sapindus saponaria e de solução sabão sobre Tetranychus urticae / Acaricidal potential of ethanolic extract from Sapindus saponaria and soap solution against Tetranychus urticae

Tetranychus urticae Koch (1836) (Acari: Tetranychidae), conhecido como ácaro rajado, é uma praga que pode reduzir a produção de frutos do morangueiro em até 80%. O controle desta praga por meio de acaricidas sintéticos tem proporcionado à destruição de organismos benéficos e o desenvolvimento de populações resistentes. Como alternativa ao controle tradicional, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos do extrato de Sapindus saponaria e de solução sabão sobre a oviposição e mortalidade de fêmeas de T. urticae. Os ácaros foram pulverizados, com auxílio da Torre de Potter, usando formulações do extrato/solução sabão a 1, 2, 3, 4, 5% (m/v) e avaliados em 24, 72 e 120h. Verificou-se que o extrato de S. saponaria apresentou maior eficiência (CL50, 1,18%) do que a solução sabão (CL50, 1,31%). Em relação à atividade ovicida, o maior efeito foi observado com a formulação a 5% (m/v) após 120h, tanto para o extrato de S. saponaria (60,9%) quanto para solução sabão (84%). Os resultados observados, em condições de laboratório, são favoráveis à utilização do extrato de S. saponaria e de solução sabão no controle de T. urticae em programas de manejo fitossanitário para a cultura do morango.

Tetranychus urticae Koch (1836) (Acari: Tetranychidae), known as spider mite is a pest that can reduce fruit production in strawberry up to 80%. The control of the pest by synthetic acaricides has provided the destruction of beneficial organisms and development of resistant populations. As an alternative to traditional control, this study aimed to evaluate the effects of the extract from Sapindus saponaria and soap solution on the oviposition and mortality of females of T. urticae. The mites were sprayed with the aid of a Potter Tower, using formulations of extract/soap solution at 1, 2, 3, 4, 5% (w / v) and assessed at 24, 72 and 120h. It was found that the extract efficiency (LC50, 1.18%) than the soap solution (LC50, 1.31%). Regarding the ovicidal activity, the greatest effect was observed with the formulation at 5% (w / v) after 120 hours for both the extract (60.9%) as for soap solution (84%). The results observed in laboratory conditions are favorable to the use of the extract and soap solution to control T. urticae in pest management programs for the strawberry crop.

Atividade fungicida do óleo essencial de Cymbopogon winterianus jowit (Citronela) contra Fusarium solani / Fungicide activity of essential oil Cymbopogon winterianus jowit (Citronella) against Fusarium solani

O declínio é a principal doença da goiabeira causada pelo parasitismo de Meloidogyne enterolobii e pelo fungo Fusarium solani, tem sido responsável pela erradicação de muitos pomares em âmbito nacional, o que resulta em elevada perda econômica aos produtores. Devido à crescente pressão da sociedade por produtos naturais e com o aumento da importância dos óleos essenciais no manejo de doenças de plantas, o objetivo deste trabalho foi identificar os principais componentes e avaliar o efeito fungitóxico do óleo essencial de Cymbopogon winterianus (citronela) sobre três isolados de Fusarium solani (UENF/CF163, UENF/CF241 e UENF/CF295). O óleo essencial foi obtido por hidrodestilação, utilizando o aparelho tipo Clevenger. Os compostos foram identificados por cromatografia gasosa e cromatografia gasosa com detector de massas do óleo essencial. Para avaliar o efeito dos óleos essenciais no crescimento micelial, esporulação e germinação de esporos do fungo, foram utilizadas alíquotas de 5, 10, 15, 20, 25 e 30 µL do óleo essencial que foram distribuídas na superfície do meio de cultura BDA contido em placas de Petri antes da repicagem do fungo. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado num esquema fatorial 1 x 6 + 1, (um óleo, seis alíquotas e uma testemunha adicional), com 5 repetições. Os principais componentes encontrados no óleo de C. winterianus foram o geranial (28,62%), citronelol (23,62%) e neral (17,10%). A menor alíquota do óleo essencial de citronela (5µL) inibiu em mais de 90% a germinação de esporos dos isolados UENF/CF241 e UENF/CF295 e reduziu a produção de esporos em mais de 95% nos três isolados, indicando que esse óleo possui uma boa atividade fungitoxica para esses isolados.

The decline is the main disease of guava caused by parasitism of Meloidogyne enterolobii and the fungus Fusarium solani, has been responsible for the eradication of many orchards nationwide, resulting in high economic loss to producers. Due to increasing pressure from society for more natural products and to increase the importance of essential oils in the management of plant diseases, the aim of this study was to determine the chemical composition and evaluate the antifungal effect of the essential oil of Cymbopogon winterianus (citronella) on three isolates of Fusarium solani (UENF/CF 163, and UENF/CF241 UENF/CF295). The essential oil was obtained by hydrodistillation using the Clevenger type apparatus. The compounds were identified by gas chromatography and gas chromatography with mass detector essential oil. To evaluate the effect of essential oils on mycelial growth, sporulation and germination of spores of the fungus were used aliquots of 5, 10, 15, 20, 25 and 30 µl essential oil which were distributed on the surface of PDA culture medium contained in Petri dishes before subculturing the fungus. The experimental design was completely randomized with a 1 x 6 + 1, (an oil, six aliquots and an additional control) with 5 repetitions. The major components found in the oil of C. winterianus were geranial (28.62%), citronellol (23.62%) and neral (17.10%). The lowest essential oil of citronella (5µL) inhibited more than 90% spore germination of isolates UENF/CF241 and UENF/CF295 and reduced the production of spores in over 95% in three isolates.

Composição química e atividade alelopática do óleo essencial de eucalipto / Chemical composition and allelopathic activity of the eucalyptus essential oil

Os óleos essenciais constituem um tipo de metabólito secundário de grande importância econômica e estão sendo cada vez mais estudados e utilizados como potentes inibidores de sementes e do crescimento de diversas plantas. O presente trabalho teve por objetivo a análise química qualitativa e quantitativa bem como a avaliação da atividade alelopática do óleo essencial extraído das folhas frescas de eucalipto (Eucalyptus citriodora) sobre a germinação e o desenvolvimento radicular das sementes de sorgo (Sorghum bicolor L.) e pepino (Cucumis sativus L.), cultivados em placa de Petri. O óleo essencial foi obtido por hidrodestilação, utilizando um aparelho tipo Clevenger, e analisado por cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama e espectrometria de massas. Foi possível identificar doze constituintes químicos correspondendo a 97,69%, com predominância dos monoterpenos oxigenados citronelal (64,92%) e iso-isopulegol (10,20%) e do citronelol (8,25%). Os ensaios biológicos utilizando o óleo essencial mostraram que o mesmo apresenta efeito alelopático, prejudicando a germinação e o desenvolvimento da radícula das sementes de sorgo e pepino, sendo a redução da germinação mais pronunciada no sorgo, e que o aumento da concentração do óleo leva a uma redução linear na capacidade germinativa e no desenvolvimento da radícula.

Essential oils consist of a type of secondary metabolite that holds great economic importance, they have been increasingly studied and used as potent inhibitors of seeds and growth of various plants. The present work aimed at the qualitative and quantitative chemical analysis and evaluation of the allelopathic activity of the essential oil extracted from fresh leaves of eucalyptus (Eucalyptus citriodora) over the germination and root development of seeds of sorghum (Sorghum bicolor L.) and cucumber (Cucumis sativus L.), grown in a Petri dish. The essential oil was obtained by steam distillation, using a Clevenger apparatus, and analyzed by chromatography in gas phase with flame ionization detector and mass spectrometry. It was possible to identify twelve chemical constituents corresponding to 97.69%, with predominance of oxygenated monoterpenes citronellal (64.92%) and iso-isopulegol (10.20%) and citronellol (8.25%). The biological essays using the essential oil showed the presence of an allelopathic effect, affecting the germination and radicule length of sorghum and cucumber seeds, the germination reduction being more pronounced in sorghum, also the increase of the oil concentration leads to a linear decrease in the germination and in the radicule length.

Cymbopogon citratus (Poaceae) essential oil on Frankliniella schultzei (Thysanoptera: Thripidae) and Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae) / Óleo essencial de Cymbopogon citratus (Poaceae) Sobre Frankliniella schultzei (Thysanoptera: Thripidae) e Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae)

Phytovirus vectors Frankliniella schultzei (Trybom, 1920) (Thysanoptera: Thripidae) and Myzus persicae (Sulzer, 1776) (Hemiptera: Aphididae) feed on crops of great economic importance brings large economic losses worldwide to cultivated species such as tomato and cotton. F. schultzei transmits Tospovirus, Groundnut ring spot virus (GRSV) and Tomato spotted wilt virus (TSWV) to tomato plants and M. persicae transmits Potato virus Y (PVY), Tomato yellow top virus (ToYTV) and Tomato bottom yellow leaf virus (TBYLV) to tomato crops. Chemical constituents of essential oils have been increasingly studied because they present a wide range of biological activities. The aim of this work was to characterize Cymbopogon citratus essential oil and evaluate its potential insecticide activity against F. schultzei and M. persicae. The essential oil was obtained from fresh leaves by hydrodistillation using a Clevenger apparatus. Its yield (1.04%) was determined relative to the dry mass of the plant. Qualitative analysis was performed by gas chromatography coupled to mass spectrometry and chemical constituent content was determined by gas chromatography with a flame ionization detector. Nine compounds were identified, with geranial (49.98%) and neral (37.78%) being the major components. The insects were sprayed with C. citratus essential oil at different concentrations using a Potter tower. The LC50 values for M. persicae and F. schultzei were 0.28% and 1.49%, respectively. Essential oil from C. citratus is a promising natural alternative for developing pesticides to manage M. persicae.

Os vetores de fitovírus Frankliniella schultzei (Trybom, 1920) (Thysanoptera: Thripidae) e Myzus persicae (Sulzer, 1776) (Hemiptera: Aphididae) se alimentam de culturas de grande importância econômica, trazendo grandes perdas econômicas em todo o mundo para as espécies cultivadas, como tomate e algodão. F. schultzei transmite Tospovirus, Groundnut ring spot virus (GRSV) e Tomato spotted wilt virus (TSWV) em tomateiro and M. persicae transmite Potato virus Y (PVY), Tomato yellow top virus (ToYTV) e Tomato bottom yellow leaf virus (TBYLV) ao tomateiro. Os constituintes químicos dos óleos essenciais têm sido cada vez mais estudados, pois apresentam uma ampla gama de atividades biológicas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o óleo essencial de Cymbopogon citratus e avaliar o seu potencial inseticida sobre F. schultzei e M. persicae. O óleo essencial foi obtido a partir de folhas frescas por hidrodestilação utilizando um aparelho Clevenger. O seu rendimento (1,04%) foi determinado em relação à massa seca da planta. A análise qualitativa foi realizada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa e o teor dos constituintes químicos foi determinado por cromatografia gasosa com detector de ionização de chama. Nove compostos foram identificados, com geranial (49,98%) e neral (37,78%), sendo os componentes principais. Os insetos foram pulverizados com óleo essencial de C. citratus em diferentes concentrações utilizando uma torre de Potter. Os valores de CL50 de M. persicae e F. schultzei foram de 0,28% e 1,49%, respectivamente. Óleo essencial de C. citratus é uma alternativa natural promissor para o desenvolvimento de inseticidas para o manejo de M. persicae.