Chemical Characterization and Antimicrobial Activity of Metabolites from Soil Bacteria and Endophytic Fungi Isolated from Certain Medicinal Plants Grown in Egypt /
التوصيف الكيميائى والنشاط المضاد للميكروبات للنواتج الأيضية لبكتريا التربة و الفطريات النباتية الداخلية المعزولة من بعض النباتات الطبية التى تنمو فى مصر /
by Ahmed Adel Hamed Ahmed ; Under the Supervision of Prof. Dr. Elsayed Ali Aboutabl, Prof. Dr. Fify Ibrahim Fathy, Prof. Dr. Ghada Ahmed Fawzy
- 100 pages ( Multiple numbering) : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.
Bibliography: pages 23-29.
Microbial metabolites have been identified as a reliable source of pharmaceuticals, including antibiotics and other categories. The prevalence of multidrug-resistant (MDR) pathogens has prompted us to search for potential natural antimicrobial agents. Actinomycetes are one of the most prolific sources of novel antibiotics, while endophytic fungi are one of the potential sources of biologically active natural products including antimicrobial and anti-Alzheimer agents. In-vitro antimicrobial screening of the isolated actinomycete from Egyptian soil revealed that Amycolatopsis keratiniphila DPA04 exerted a significant activity against Gram-positive bacteria. A. keratiniphila DPA04 was subjected to cultivation on five different media, followed by chemical and antimicrobial evaluation of ethyl acetate extracts which revealed the activity of DPA04 strain when cultured on ISP-2 and M1 media against tested Gram-positive bacteria including Staphylococcus aureus, MRSA, Bacillus cereus and Listeria monocytogenes. Minimum inhibitory concentrations (MIC) values ranged from 19.5 to 39 μg/mL. Chemical analysis of the ethyl acetate extracts using ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC- QTOF) led to the identification of 45 metabolites of different chemical classes. In addition, ECO-0501, a structurally unique glycosidic polyketide antibiotic, was identified in the cultures with significant antimicrobial activity. Multidrug resistance in Staphylococcus aureus is reported to be related to the multidrug efflux pump (MATE). ECO-0501 and its related metabolites were subjected to molecular docking studies against the MATE receptor as a proposed mechanism of action. ECO-0501 and its derivatives (AK_1 and N-demethyl ECO-0501) displayed better binding scores than the co-crystallized 4HY inhibitor making them promising candidates as MATE inhibitors. In-vitro anticholinesterase investigation of the endophytic fungus Aspergillus niveus Fv-er401, isolated from Foeniculum vulgare (Apiaceae) roots, revealed that the ethyl acetate extract showed acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BuChE) inhibitory effects with IC50 53.44 ± 1.57 and 48.46 ± 0.41 μg/mL, respectively. In addition, the chemical investigation using UHPLC-MS/MS analysis of the crude extract led to the identification of fifty-eight metabolites. Two known metabolites were isolated, terrequinone A and citrinin, showing moderate AChE and BuChE inhibitory activity using the Ellman’s method (IC50 = 11.10 ± 0.38 μg/mL and 5.06 ± 0.15 μg/mL, respectively for AChE, and IC50 15.63 ± 1.27 μg/mL and 8.02 ± 0.08 μg/mL, respectively for BuChE). As evidenced by molecular docking, the isolated compounds and other structurally related metabolites identified by molecular networking had the required structural features for AChE and BuChE inhibition. Varioxiranol G, penicitrinol B, dicitrinol A, and asterriquinone CT5, showed better binding scores as AChE and BuChE inhibitors than the co-crystallized inhibitor making them promising candidates for the development of new drugs to treat Alzheimer’s. In-vitro antimicrobial evaluation of the A.niveus Fv-er401 proved their significant activity against Gram-positive bacteria. The fungal isolate was cultured on five different media, which revealed the optimal activity of the fungal strain when cultured on Wickerham media against tested Gram- positive bacteria including Staphylococcus aureus, MRSA, Bacillus cereus and Listeria monocytogenes with MIC ranging from 39-156 μg/ml. This could be attributed to the presence of citrinin تعتبر النواتج الطبيعية الناتجة من الميكروبات من المصادر الموثوقة للأدوية ، بما في ذلك المضادات الحيوية. دفعنا انتشار البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (MDR) إلى البحث عن نواتج طبيعية مضادة للميكروبات. تعد البكتريا الشعاعية أحد أكثر المصادر غزارة للمضادات الحيوية الجديدة. من ناحية أخرى ، تعد الفطريات النباتية الداخلية من أكثر المصادر الجديدة المحتملة للمنتجات الطبيعية الفعالة بيولوجيا بما في ذلك العوامل المضادة لمرض الزهايمر. أظهرالفحص المضادات للميكروبات لبعض البكتيريا الشعاعية المعزولة من التربة المصرية أن بكتيريا اميكولاتوبسيس كيراتينفيليا اظهرت فعالية ضد البكتيريا موجبة الجرام. كشف التنميط الزراعي للبكتيريا ، متبوعًا بالتقييم الكيميائي والمضاد للميكروبات ، عن نشاط البكتيريا المسبق ذكرها عند زراعتها على بيئتى ISP-2 و M1 ضد البكتيريا موجبة الجرام. تراوحت قيم التركيزات الدنيا المثبطة (MIC) من 19.5 إلى 39 ميكروغرام / مل. أدى التحليل الكيميائي لمستخلصات خلات الايثيل باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة فائقة الأداء المقترن بمقياس الطيف الكتلي (UHPLC-QTOF) إلى التعرف على 45 مركبا من فئات كيميائية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، تم التعرف على ECO-0501 في المستخلصات ذات النشاط الكبير المضاد للميكروبات. ترجع المقاومة للمضادات الحيوية في S. aureus الى مضخة تدفق الأدوية المتعددة (MATE). تم إخضاع ECO-0501 والمركبات القريبة له كيميائيا منه لدراسات الالتحام الجزيئي ضد مستقبل MATE كآلية مقترحة للفعالية. كان لـ ECO-0501 ومشتقاته (AK_1 و N-demethyl ECO-0501) درجات ربط أفضل من مثبط 4HY المتبلور المشترك مما يجعلها مرشحة واعدة كمثبطات MATE. أظهر فحص مضادات الكولينستراز للفطر النباتى الداخلى اسبيرجليس نيفيس، المعزول من جذور الشمر، أن مستخلص خلات الإيثيل أظهر تأثيرات تثبيط أسيتيل كولينستراز و بيوتيريل كولينستراز. بالإضافة إلى ذلك ، أدى الفحص الكيميائي باستخدام تحليل UHPLC-MS / MS للمستخلص الخام إلى التعرف على ثمانية وخمسين مركبا. تم فصل مركبين معروفين ، وهما Terrequinone A و Citrinin ، اظهر المركبان نشاطًا مثبطًا لـلاسيتيل و البيوتيريل كولينستراز. كما يتضح من الالتحام الجزيئي ، فإن المركبات المفصولة وغيرها من مشتقاتها التي تم تحديدها بواسطة الربط الشبكى الكيميائي ان لها السمات المطلوبة لتثبيط الاسيتيل و البيوتيريل كولينستراز. حيث أظهر Varioxiranol G و Penicitrinol B و Dicitrinol A و Asterriquinone CT5 درجات ربط أفضل كمثبطات الاسيتيل و البيوتيريل كولينستراز من مثبط التبلور المشترك مما يجعلهم مرشحين واعدين لتطوير أدوية جديدة لعلاج مرض الزهايمر. اظهر الفحص بمضادات الميكروبات لـفطر اسبيرجيلس نيفيس نشاطًا كبيرًا ضد البكتيريا موجبة الجرام. تمت زراعة الفطر على خمس أوساط مختلفة ، مما أظهر أن نشاط السلالة الفطرية كان الأفضل عند زراعتها على وسط Wickerham ضد البكتيريا موجبة الجرام المختبرة بما في ذلك Staphylococcus aureus و MRSA و Bacillus cereus و Listeria monocytogenes مع حد ادنى للتركيز المثبط تتراوح من 39-156 ميكروغرام / مل. ترجع الفعالية الكبيرة ضد البكتيريا موجبة الجرام إلى وجود مركب citrinin.