Chemical Characterization and Antimicrobial Activity of Metabolites from Soil Bacteria and Endophytic Fungi Isolated from Certain Medicinal Plants Grown in Egypt / by Ahmed Adel Hamed Ahmed ; Under the Supervision of Prof. Dr. Elsayed Ali Aboutabl, Prof. Dr. Fify Ibrahim Fathy, Prof. Dr. Ghada Ahmed Fawzy

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.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.