Evaluation of biological activities of some probiotics and their postbiotics /
Naglaa Ramadan Atta Mohamed,
Evaluation of biological activities of some probiotics and their postbiotics / تقييم الأنشطة البيولوجية لبعض البروبيوتك و نواتجها الأيضية by Naglaa Ramadan Atta Mohamed ; Supervisors Prof. Dr. Nagwa Abdel-Hamid Tharwat, Prof. Dr. Amr Mohamed Khair Hussein Abdou. - 89 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 200-250.
This thesis aims to explore and evaluate the therapeutic potential of postbiotics non-viable bioactive
compounds produced during the metabolic activity of probiotic bacteria as promising antimicrobial and
anticancer agents. The objective is to demonstrate their advantages over live probiotics and traditional
pharmaceuticals, particularly in terms of safety, stability, and effectiveness. By combining a
comprehensive literature review with a novel experimental study, this work seeks to provide both
theoretical and practical insights into the clinical and industrial applications of postbiotics.
Chapter one presents a detailed review of the emerging role of postbiotics in modern medicine.
Postbiotics are defined as functional bio-compounds such as short-chain fatty acids (SCFA), bacteriocins,
organic acids, peptides, enzymes, and cell wall fragments that exert health benefits without the risks
associated with live microorganisms. The chapter examines the biological activities of postbiotics,
including their antimicrobial, anti-inflammatory, antioxidant, immunomodulatory, and anticancer effects.
It highlights their ability to enhance gut barrier function, regulate immune responses, and selectively target
harmful microbes and cancer cells. The review also discusses the limitations of probiotics such as
instability, sensitivity to environmental conditions, and risk of gene transfer and how postbiotics overcome
these challenges. Furthermore, the chapter provides an overview of clinical and preclinical studies
supporting the use of postbiotics in managing infectious diseases, inflammatory conditions, metabolic
disorders, and malignancies. The findings emphasize that postbiotics hold strong potential as safe, stable, and effective therapeutic and nutraceutical agents suitable for use in vulnerable
populations such as infants, the elderly, and immunocompromised patients
Chapter two presents an original research article investigating the antimicrobial and anticancer effects of
postbiotics derived from the nasal, buccal, and fecal microbiota of healthy goat and sheep. A total of 108
samples were collected, and Lactobacillus species were isolated and identified using Gram staining,
catalase testing, and multiplex PCR, confirming the presence of L. plantarum, L. gasseri, L. rhamnosus,
L. acidophilus, L. delbrueckii, and L. casei. Four postbiotic formulations were prepared via sonication-
induced cell death and evaluated against four common pathogenic bacteria: Staphylococcus aureus,
Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, and Klebsiella pneumonie In addition, their cytotoxicity
was tested on MCF-7 (breast cancer), HT-29 (colorectal cancer), and HSF (normal fibroblast) cell lines
using the sulforhodamine B (SRB) assay
The results revealed that Postbiotics 2 (derived from goat buccal microbiota) and 3 (derived from sheep
nasal microbiota) exhibited the highest antibacterial activity, with inhibition zones up to 2.06 ± 0.06 cm
and minimum inhibitory concentrations (MICs) as low as 8 µg/mL. Both formulations also demonstrated
bactericidal activity, with MBC/MIC ratios ≤ 4, particularly against Gram-positive pathogens. Regarding
anticancer activity, all postbiotics induced dose-dependent cytotoxicity in cancer cells while sparing
normal fibroblasts. Postbiotic 2 showed the strongest effect, with an IC₅₀ of 185.94 µg/mL, followed by
Postbiotic 3 (229.10 µg/mL), Postbiotic 4 (257.13 µg/mL), and Postbiotic 1 (308.02 µg/mL) Despite similar bacterial compositions, the results indicated that mucosal-derived postbiotics (buccal and
nasal) were significantly more bioactive than fecal-derived ones. This suggests that anatomical site and
oxygen exposure influence the production of potent secondary metabolites such as bacteriocins and
organic acids, which enhance therapeutic efficacy
The integrated findings from both chapters support the conclusion that postbiotics are multifunctional,
low-risk therapeutic agents capable of targeting drug-resistant bacteria and cancer cells without
compromising normal cell health. They provide a scientifically sound and industrially scalable alternative
to live probiotics, with promising applications in pharmaceutical development, functional foods, and
clinical therapies for infections, cancer, and immune disorders. تهدف هذه الرسالة إلى استكشاف وتقييم الإمكانات العلاجية للبوستبيوتكس، وهي مركبات حيوية غير حية تنتج أثناء النشاط الأيضي لبكتيريا البروبيوتيك، وذلك باعتبارها عوامل واعدة مضادة للبكتيريا والسرطان. تسعى الدراسة إلى إظهار مزايا البوستبيوتكس مقارنة بالبروبيوتيك الحي والأدوية التقليدية، من حيث الأمان والثبات والفعالية، من خلال دمج مراجعة أدبية شاملة مع دراسة تجريبية مبتكرة لتقديم رؤية متكاملة حول تطبيقاتها السريرية والصناعية
يتناول الفصل الأول مراجعة علمية موسعة حول الدور المتزايد للبوستبيوتكس في الطب الحديث، حيث تُعرف بأنها مركبات وظيفية فعالة مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، والبكتريوسينات، والأحماض العضوية، والببتيدات، والإنزيمات، وشظايا جدار الخلية، التي تقدم فوائد صحية دون المخاطر المرتبطة بالكائنات الحية. تستعرض المراجعة النشاطات البيولوجية للبوستبيوتكس مثل التأثيرات المضادة للميكروبات، المضادة للالتهاب، المضادة للأكسدة، المنظمة للمناعة، والمضادة للسرطان، إضافة إلى دورها في تقوية الحاجز المعوي وتنظيم الاستجابات المناعية. كما تُبرز المراجعة القيود المرتبطة بالبروبيوتيك مثل عدم الثبات البيئي، والحساسية لظروف الجهاز الهضمي، وخطر نقل الجينات المقاومة، وتوضح كيف تتفوق البوستبيوتكس في التغلب على هذه التحديات. كما توثق المراجعة العديد من الدراسات السريرية وما قبل السريرية التي تدعم استخدام البوستبيوتكس في علاج العدوى، الأمراض الالتهابية، الاضطرابات الأيضية، والأورام، مما يؤكد أهميتها كعوامل علاجية وغذائية آمنة وفعالة خاصة لدى الفئات الحساسة كالأطفال والمسنين وذوي المناعة الضعيفة
يعرض الفصل الثاني دراسة بحثية أصلية تركز على تقييم النشاط المضاد للبكتيريا والمضاد للسرطان للبوستبيوتكس المستخلصة من الميكروبيوتا الأنفية والفموية والبرازية للماعز والأغنام السليمة. تم جمع 108 عينة وعزل سلالات اللاكتوباسيلوس وتحديدها باستخدام صبغة جرام واختبار الكاتالاز وتقنية PCR المتعدد، لتشمل الأنواع: L. plantarum، L. gasseri، L. rhamnosus، L. acidophilus، L. delbrueckii، وL. casei. تم إعداد أربع تركيبات من البوستبيوتكس باستخدام تقنية تفجير الخلايا بالموجات فوق الصوتية، واختبارها ضد أربع سلالات بكتيرية مرضية شائعة: Staphylococcus aureus، Staphylococcus epidermidis، Escherichia coli، وKlebsiella pneumoniae. كما تم تقييم السمية الخلوية للتركيبات على خلايا MCF-7 (سرطان الثدي)، HT-29 (سرطان القولون)، وخلايا الجلد الطبيعية HSF باستخدام اختبار SRB
أظهرت النتائج أن التركيبتين 2 (من فم الماعز) و3 (من أنف الخروف) كانتا الأكثر فعالية ضد البكتيريا، حيث وصلت مناطق التثبيط إلى 2.06 ± 0.06 سم، وبلغت أقل قيم MIC نحو 8 ميكروغرام/مل، كما أظهرتا نشاطًا قاتلًا للبكتيريا بنسبة MBC/MIC ≤ 4، خاصة ضد البكتيريا الموجبة. في اختبارات السمية، أظهرت التركيبتان تأثيرًا سامًا تدريجيًا على الخلايا السرطانية دون تأثير ملحوظ على الخلايا الطبيعية، وكانت التركيبة 2 الأكثر فعالية بقيمة IC₅₀ بلغت 185.94 ميكروغرام/مل، تلتها التركيبة 3 ثم 4 و1 .
Text in English and abstract in Arabic & English.
Botany and Microbiology
علم النبات والميكروبيولوجي
Lactic acid bacteria (LAB) Probiotics Antimicrobial Postbiotics Anticancer Immuno-modulation Human Health Functional Food Therapeutic applications (LAB)البروبيوتيك بكتيريا حمض اللاكتيك
580.3
Evaluation of biological activities of some probiotics and their postbiotics / تقييم الأنشطة البيولوجية لبعض البروبيوتك و نواتجها الأيضية by Naglaa Ramadan Atta Mohamed ; Supervisors Prof. Dr. Nagwa Abdel-Hamid Tharwat, Prof. Dr. Amr Mohamed Khair Hussein Abdou. - 89 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 200-250.
This thesis aims to explore and evaluate the therapeutic potential of postbiotics non-viable bioactive
compounds produced during the metabolic activity of probiotic bacteria as promising antimicrobial and
anticancer agents. The objective is to demonstrate their advantages over live probiotics and traditional
pharmaceuticals, particularly in terms of safety, stability, and effectiveness. By combining a
comprehensive literature review with a novel experimental study, this work seeks to provide both
theoretical and practical insights into the clinical and industrial applications of postbiotics.
Chapter one presents a detailed review of the emerging role of postbiotics in modern medicine.
Postbiotics are defined as functional bio-compounds such as short-chain fatty acids (SCFA), bacteriocins,
organic acids, peptides, enzymes, and cell wall fragments that exert health benefits without the risks
associated with live microorganisms. The chapter examines the biological activities of postbiotics,
including their antimicrobial, anti-inflammatory, antioxidant, immunomodulatory, and anticancer effects.
It highlights their ability to enhance gut barrier function, regulate immune responses, and selectively target
harmful microbes and cancer cells. The review also discusses the limitations of probiotics such as
instability, sensitivity to environmental conditions, and risk of gene transfer and how postbiotics overcome
these challenges. Furthermore, the chapter provides an overview of clinical and preclinical studies
supporting the use of postbiotics in managing infectious diseases, inflammatory conditions, metabolic
disorders, and malignancies. The findings emphasize that postbiotics hold strong potential as safe, stable, and effective therapeutic and nutraceutical agents suitable for use in vulnerable
populations such as infants, the elderly, and immunocompromised patients
Chapter two presents an original research article investigating the antimicrobial and anticancer effects of
postbiotics derived from the nasal, buccal, and fecal microbiota of healthy goat and sheep. A total of 108
samples were collected, and Lactobacillus species were isolated and identified using Gram staining,
catalase testing, and multiplex PCR, confirming the presence of L. plantarum, L. gasseri, L. rhamnosus,
L. acidophilus, L. delbrueckii, and L. casei. Four postbiotic formulations were prepared via sonication-
induced cell death and evaluated against four common pathogenic bacteria: Staphylococcus aureus,
Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, and Klebsiella pneumonie In addition, their cytotoxicity
was tested on MCF-7 (breast cancer), HT-29 (colorectal cancer), and HSF (normal fibroblast) cell lines
using the sulforhodamine B (SRB) assay
The results revealed that Postbiotics 2 (derived from goat buccal microbiota) and 3 (derived from sheep
nasal microbiota) exhibited the highest antibacterial activity, with inhibition zones up to 2.06 ± 0.06 cm
and minimum inhibitory concentrations (MICs) as low as 8 µg/mL. Both formulations also demonstrated
bactericidal activity, with MBC/MIC ratios ≤ 4, particularly against Gram-positive pathogens. Regarding
anticancer activity, all postbiotics induced dose-dependent cytotoxicity in cancer cells while sparing
normal fibroblasts. Postbiotic 2 showed the strongest effect, with an IC₅₀ of 185.94 µg/mL, followed by
Postbiotic 3 (229.10 µg/mL), Postbiotic 4 (257.13 µg/mL), and Postbiotic 1 (308.02 µg/mL) Despite similar bacterial compositions, the results indicated that mucosal-derived postbiotics (buccal and
nasal) were significantly more bioactive than fecal-derived ones. This suggests that anatomical site and
oxygen exposure influence the production of potent secondary metabolites such as bacteriocins and
organic acids, which enhance therapeutic efficacy
The integrated findings from both chapters support the conclusion that postbiotics are multifunctional,
low-risk therapeutic agents capable of targeting drug-resistant bacteria and cancer cells without
compromising normal cell health. They provide a scientifically sound and industrially scalable alternative
to live probiotics, with promising applications in pharmaceutical development, functional foods, and
clinical therapies for infections, cancer, and immune disorders. تهدف هذه الرسالة إلى استكشاف وتقييم الإمكانات العلاجية للبوستبيوتكس، وهي مركبات حيوية غير حية تنتج أثناء النشاط الأيضي لبكتيريا البروبيوتيك، وذلك باعتبارها عوامل واعدة مضادة للبكتيريا والسرطان. تسعى الدراسة إلى إظهار مزايا البوستبيوتكس مقارنة بالبروبيوتيك الحي والأدوية التقليدية، من حيث الأمان والثبات والفعالية، من خلال دمج مراجعة أدبية شاملة مع دراسة تجريبية مبتكرة لتقديم رؤية متكاملة حول تطبيقاتها السريرية والصناعية
يتناول الفصل الأول مراجعة علمية موسعة حول الدور المتزايد للبوستبيوتكس في الطب الحديث، حيث تُعرف بأنها مركبات وظيفية فعالة مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، والبكتريوسينات، والأحماض العضوية، والببتيدات، والإنزيمات، وشظايا جدار الخلية، التي تقدم فوائد صحية دون المخاطر المرتبطة بالكائنات الحية. تستعرض المراجعة النشاطات البيولوجية للبوستبيوتكس مثل التأثيرات المضادة للميكروبات، المضادة للالتهاب، المضادة للأكسدة، المنظمة للمناعة، والمضادة للسرطان، إضافة إلى دورها في تقوية الحاجز المعوي وتنظيم الاستجابات المناعية. كما تُبرز المراجعة القيود المرتبطة بالبروبيوتيك مثل عدم الثبات البيئي، والحساسية لظروف الجهاز الهضمي، وخطر نقل الجينات المقاومة، وتوضح كيف تتفوق البوستبيوتكس في التغلب على هذه التحديات. كما توثق المراجعة العديد من الدراسات السريرية وما قبل السريرية التي تدعم استخدام البوستبيوتكس في علاج العدوى، الأمراض الالتهابية، الاضطرابات الأيضية، والأورام، مما يؤكد أهميتها كعوامل علاجية وغذائية آمنة وفعالة خاصة لدى الفئات الحساسة كالأطفال والمسنين وذوي المناعة الضعيفة
يعرض الفصل الثاني دراسة بحثية أصلية تركز على تقييم النشاط المضاد للبكتيريا والمضاد للسرطان للبوستبيوتكس المستخلصة من الميكروبيوتا الأنفية والفموية والبرازية للماعز والأغنام السليمة. تم جمع 108 عينة وعزل سلالات اللاكتوباسيلوس وتحديدها باستخدام صبغة جرام واختبار الكاتالاز وتقنية PCR المتعدد، لتشمل الأنواع: L. plantarum، L. gasseri، L. rhamnosus، L. acidophilus، L. delbrueckii، وL. casei. تم إعداد أربع تركيبات من البوستبيوتكس باستخدام تقنية تفجير الخلايا بالموجات فوق الصوتية، واختبارها ضد أربع سلالات بكتيرية مرضية شائعة: Staphylococcus aureus، Staphylococcus epidermidis، Escherichia coli، وKlebsiella pneumoniae. كما تم تقييم السمية الخلوية للتركيبات على خلايا MCF-7 (سرطان الثدي)، HT-29 (سرطان القولون)، وخلايا الجلد الطبيعية HSF باستخدام اختبار SRB
أظهرت النتائج أن التركيبتين 2 (من فم الماعز) و3 (من أنف الخروف) كانتا الأكثر فعالية ضد البكتيريا، حيث وصلت مناطق التثبيط إلى 2.06 ± 0.06 سم، وبلغت أقل قيم MIC نحو 8 ميكروغرام/مل، كما أظهرتا نشاطًا قاتلًا للبكتيريا بنسبة MBC/MIC ≤ 4، خاصة ضد البكتيريا الموجبة. في اختبارات السمية، أظهرت التركيبتان تأثيرًا سامًا تدريجيًا على الخلايا السرطانية دون تأثير ملحوظ على الخلايا الطبيعية، وكانت التركيبة 2 الأكثر فعالية بقيمة IC₅₀ بلغت 185.94 ميكروغرام/مل، تلتها التركيبة 3 ثم 4 و1 .
Text in English and abstract in Arabic & English.
Botany and Microbiology
علم النبات والميكروبيولوجي
Lactic acid bacteria (LAB) Probiotics Antimicrobial Postbiotics Anticancer Immuno-modulation Human Health Functional Food Therapeutic applications (LAB)البروبيوتيك بكتيريا حمض اللاكتيك
580.3