Exploring the egyptian natural resources for conventional and unconventional antimicrobial agents against acinetobacter baumannii / By Norhan Hazem Mohamed Mahdally; Under the supervision of Dr. Ahmed Sherif Attia, Dr. Mona Tawfik Kashef.

Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 88-118.

Acinetobacter baumannii represents a growing threat to healthcare settings worldwide. The hunt for new antimicrobials against A. baumannii is a high priority, due to the limited treatment options. The Egyptian environment presented in its inhabitant bacteria, fungi and plants is an unexplored source of active molecules. This study explored the antimicrobial activity of bacterial and fungal isolates and plants, from the Egyptian environment, and their possible application in both conventional and unconventional antimicrobial therapy.
Out of 85 bacterial and 204 fungal culture supernatant extracts evaluated by the spotting assay, the soil-derived bacterium; Pseudomonas aeruginosa strain NHM-077B extract proved to be a promising source for a new antimicrobial agent. Bio-guided fractionation and chemical structure elucidation identified the main active antimicrobial agent as 1-hydroxy phenazine. Chemical synthesis yielded dihydrophenazine (DHP), as the most potent phenazine derivative against A. baumannii, yet it exhibited a marginally safe cytotoxicity against human skin fibroblasts. Proteomics analysis revealed the DHP effect on multiple cell targets. Interestingly, DHP in sub-inhibitory concentrations resensitizes the highly virulent carbapenem-resistant A. baumannii strain AB5075 to carbapenems. In addition, Origanum majorana L. showed the most potent antimicrobial activity, among the tested plants (n = 50). After extract fractionation, the 50% methanol fraction was the most active. Ultra-performance liquid chromatography (UPLC) - high-resolution mass spectrometry (HRMS) analysis followed by dereplication of the bioactive fraction detected 29 metabolites belonging to different structural classes. Virtual target identification using PharmMapper has matched the metabolite; justicidin B, with its potential target; the enzyme enoyl-ACP reductase (FabI) (PDB ID: 6AHE). Applying a docking study, the amino acids involved in binding justicidin B to FabI were identified. Clustal multiple sequence alignments confirmed the conservation of these amino acids in different bacterial species. Furthermore, the microbial and plant extracts were screened for the activation of the carO promoter, as an unconventional therapeutic approach. Staphylococcus hominis NHM-050B and Bacillus cereus NHM-067B culture supernatant extracts activated the promoter by more than three-folds, with the restoration of A. baumannii AB5075 susceptibility to imipenem and meropenem (MIC ? 2 µg/mL) using the B. cereus NHM-067B extract. In conclusion, this study provides a deep insight into the untapped treasure of active antimicrobial compounds available in the Egyptian environment. These molecules offer a new hope to overcome infections caused by A. baumannii and can be used to develop more active and safe antimicrobials.

تمثل بكتيريا الاسينيتوباكتر بومنيياي تهديدًا متزايدًا للمرضى في وحدات الرعاية الصحية في جميع أنحاء العالم. ومع محدودية خيارات العلاج بسبب الانتشار الواسع لمقاومة البكتيريا لجميع المضادات الحيوية المتاحة تقريبًا، فإن البحث عن مضادات حيوية جديدة للميكروبات أو مواد علاجية غير تقليدية يمثل أولوية قصوى للباحثين عالميًا. تناولت هذه الدراسة النشاط المضاد للميكروبات للبكتيريا والفطريات المعزولة من البيئة المصرية، وكذلك المستخلصات النباتية. في هذه الدراسة، أثبتت بكتيريا السودوموناس اريجينوسا المعزولة من التربة المصرية (عينة بكتيريا رقم 77) أنها مصدر واعد لمضادات ميكروبية جديدة حيث إنها تنتج مركب ال1-hydroxy phenazine المثبط لنمو الاسينيتوباكتر بومنيياي. كما أنتج التصنيع الكيميائي المزيد من مشتقات الفينازين والتي تم تجربة فاعليتها وكان ال dihydrophenazine هو الأقوى من بين المشتقات المصنعة. وكشف تحليل البروتينات للخلايا المعالجة بـال dihydrophenazineعن تغيير فى مستوى البروتينات المسئولة عن تصنيع الأحماض الأمينية ومقاومة الإجهاد التأكسدي وسلامة غشاء الخلية. كما أنه يزيد من حساسية البكتيريا للمضادات الحيوية من عائلة الكاربابينيمات. بالإضافة إلى ذلك، أظهر مستخلص نبات المردقوش الكبير نشاطًا مضادًا للاسينيتوباكتر بومنيياي وتم تحديد الهدف الافتراضي لمركب ال Justicin B الذى ينتجه النبات باستخدام برنامج Pharm Mapper وهو الإنزيم Fab-I أحد إنزيمات مسارالتخليق الحيوي للأحماض الدهنية. علاوة على ذلك، تم الكشف عن نشاط المستخلصات الميكروبية والنباتية في تفعيل ال promoter carO، كطريقة علاجية غير تقليدية حيث أظهرت مستخلصات الستافيلوكوكاس هومينيس (عينة بكتيريا رقم 50) والباسيلاس سيرياس (عينة بكتيريا رقم 67) زيادة في النشاط الاشعاعي للخلايا بأكثر من ثلاثة أضعاف مما يزيد من حساسية خلايا الاسينيتوباكتر بومنيياي للمضادات الحيوية من عائلة الكاربابينيمات. وفي الختام، توفر هذه الدراسة نظرة عميقة على الكنز غير المستغل من المركبات النشطة المضادة للميكروبات المتوفرة في البيئة المصرية. حيث توفر هذه المركبات أملًا جديدًا للتغلب على عدوى الاسينيتوباكتر بومنيياي مع إمكانية استخدامها لتطوير مضادات ميكروبات أكثر فعالية وأمانًا.

Issued also as CD

Text in English and abstract in English.