In vitro evaluation of the anti-pathogenic activity of Okoubaka aubrevillei on the human gastrointestinal tract Translated title: In vitro Untersuchung der antipathogenen Effekte von Okoubaka aubrevillei auf den menschlichen Gastrointestinaltrakt

Abstract

Background   Okoubaka aubrevillei is used in traditional West African medicine and in homeopathy for treatment and prevention of several gastrointestinal problems. The aim of this in vitro study was to evaluate the effect of repeated doses of two Okoubaka products (10 % ethanolic tincture, mother tincture (MT); 3 ^rd decimal potency, 3X) on the microbial activity of physiological human colon microbiota using a Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME ^® ) and to investigate any preventive effect against infections with diarrhea-causing pathogens.

Methods  Upon inoculation with fecal microbiota from a healthy donor, 4 parallel proximal colon compartments of the SHIME were treated either with Okoubaka MT, Okoubaka 3X, ethanol control or blank control for 7 days. Using the Okoubaka -adapted microbial community from SHIME, 48 h challenge tests were performed with enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) and Salmonella enteritidis in 4 different doses (10 ³ –10 ⁸ colony forming units as typical in vivo infectious doses). Pathogen concentrations, short-chain fatty acids (SCFAs) and branched SCFA production were measured in triplicate at 0, 24 and 48 h.

Results  In the challenge tests, both Okoubaka products were able to restrict the colonization of ETEC and Salmonella at 3 of the 4 pathogen doses (except the highest doses), with a stronger anti-pathogenic effect for MT, which included a reduction of 2.0 log-units of ETEC (p < 0.0001) and 1.1 log-units of Salmonella (p < 0.0001). Total SCFA levels remained unaffected, but butyrate increased during the first 24 h (p < 0.0001 for ETEC), accompanied by decreased acetate production.

Conclusion  We observed in vitro a systemic activating effect of Okoubaka on intestinal microbiome resistance, which resulted in an anti-pathogenic effect, especially against ETEC. We hypothesize that the mode of action in vivo is also based on systemic regulative effects.

Zusammenfassung

Hintergrund   Okoubaka aubrevillei wird in der westafrikanischen Ethnomedizin und in der Homöopathie zur Behandlung und Vorbeugung verschiedener gastrointestinaler Probleme genutzt. Ziel der Studie – durchgeführt mit einem SHIME-System (Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem) – war die Untersuchung des Einflusses wiederholter Gaben von Okoubaka als Urtinktur (10 %ige ethanolische Tinktur der Rinde; UT) oder 3. Dezimalpotenz (D3) auf die Aktivität des gesunden Dickdarm-Mikrobioms und eines prophylaktischen Effekts gegen Durchfallerreger.

Methoden  Die Stuhlflora eines gesunden Spenders wurde in einem SHIME-System mit 4 parallelen proximalen Colon-Armen entweder mit Okoubaka UT, D3, Ethanol oder nicht für 7 Tage behandelt. Das Okoubaka -behandelte Mikrobiom aus dem SHIME-System wurde anschließend für „Challenge-Tests“ mit enterotoxischem Escherichia coli (ETEC) und Salmonella enteritidis in 4 verschiedenen Konzentrationen (10 ³ –10 ⁸ CFU; unter Beachtung der typischen Infektionsdosen) genutzt. Dabei wurden die Pathogenkonzentrationen, kurz- und verzweigtkettige Fettsäuren (SCFA/b-SCFA) als Dreifachbestimmung nach 0, 24 und 48 h gemessen.

Ergebnisse  In den Challenge-Tests konnten beide Okoubaka -Produkte die Vermehrung von ETEC und Salmonella für 3 der 4 Pathogenkonzentrationen (ausgenommen die höchsten) reduzieren, mit besseren Ergebnissen für die UT, welche eine Verminderung des Wachstums um bis zu 2 log-Einheiten für ETEC (p < 0,0001) und 1,1 log-Einheiten für Salmonella (p < 0,0001) herbeiführte. Die Gesamt-SCFA-Konzentration blieb unbeeinflusst, jedoch stieg die Butyratkonzentration während der ersten 24 h an (p < 0,0001 für ETEC), zeitgleich mit einem Abfall der Acetatkonzentration.

Schlussfolgerung  In diesem Modellsystem konnte ein aktivierender Einfluss von Okoubaka auf die Abwehrmechanismen eines körpereigenen Mikrobioms beobachtet werden, welcher zu einem antipathogenen Effekt (speziell gegen ETEC) führte. Darauf basierend stellen wir die Hypothese auf, dass die Wirkung von Okoubaka in vivo ebenfalls auf einem systemisch-regulativen Effekt beruht.