Identifizierung wirksamer Anti

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 12564 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Candida albicans ist der häufigste Erreger, der sowohl für spontane als auch für wiederkehrende Candidiasis verantwortlich ist. Die verfügbare Behandlung von Candida-Infektionen hat mehrere Nebenwirkungen und die Entwicklung neuer Medikamente ist von entscheidender Bedeutung. Die aktuelle Studie untersuchte die Synthese von Anti-Candida-Metaboliten durch Streptomyces sp. HC14 aus einer Weichkoralle gewonnen. Unter Verwendung des Plackett-Burman-Designs wurde die Mediumzusammensetzung so formuliert, dass die Produktion maximiert wird. Mittels GC-MS wurden die Verbindungen identifiziert und ein cheminformatischer Ansatz wurde verwendet, um die potenzielle Aktivitätsquelle zu identifizieren. Die Verbindungen, die ein hohes Aktivitätspotenzial zeigten, wurden anhand ihres Docking-Scores gegen das Cytochrom als Pyrrolo[1,2-a]pyrazin-1,4-dion, Hexahydro-3-(phenylmethyl)-3 und Di-n-octyl identifiziert Monooxygenase (CYP51)-Enzym in Candida albicans. Aufgrund ihrer Entdeckung müssen weniger Moleküle chemisch synthetisiert werden, und die Optimierung der Fermentation maximiert ihre Synthese, was eine solide Grundlage für die Entwicklung neuartiger Mittel gegen Candida albicans bietet.

Candida albicans ist die normale Flora der Mundhöhle und macht bis zu 75 % der Mikrobenpopulation aus1. Ungefähr 70 % der Menschen haben diese opportunistische Pilzinfektion als harmlosen Kommensal im Urogenital- und Magen-Darm-Trakt2. Andererseits kann Candida spp. mit Sterblichkeitsraten von bis zu 50 % auftreten. ist eine der häufigsten Ursachen für im Krankenhaus erworbene systemische Infektionen in den Vereinigten Staaten3,4. Eine Candida albicans-Infektion der Mundhöhle oder der weiblichen Genitalien verursacht oberflächliche Candidiasis, während systemische Infektionen die gefährlichste Art der Infektion darstellen1. Bei den systematischen Infektionen können Herz, Blut, Knochen, Augen und Gehirn betroffen sein5. Bei vaginaler Candidiasis sind zwischen 85 und 95 % der aus der Vagina isolierten Hefestämme C. albicans-Stämme6. Eine Candida-Infektion beginnt unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei Diabetikern, während der Schwangerschaft und bei der Einnahme von Antibiotika6. Zur Behandlung von Candida spp. Infektionen wurde eine begrenzte Klasse synthetischer Medikamente wie Ketoconazol, Nystatin und Fluconazol hergestellt; Dennoch kann der Missbrauch solcher Verbindungen einen Selektionsdruck in Richtung Resistenz ausüben7. Angesichts der schädlichen Auswirkungen dieser synthetischen Chemikalien ist es von entscheidender Bedeutung, den Markt ständig mit neuen natürlichen Verbindungen zu versorgen, die als Alternativen zu solchen Substanzen verwendet werden könnten. Die mikrobielle Vielfalt ist in aquatischen Lebensräumen reichlich vorhanden, und Mikroorganismen sind mit anderen vielzelligen Wasserlebewesen verbunden8,9,10,11. Aufgrund der einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften, die das Leben unter extremen Bedingungen mit sich bringt, haben Meeresorganismen die Aufmerksamkeit von Forschern auf sich gezogen12. Es wird angenommen, dass Antibiotika hauptsächlich von Actinomyceten produziert werden. In Form von primären oder sekundären Metaboliten war es daher schon immer eine wichtige Inspirationsquelle für medizinische Chemiker13,14. Marine Actinomyceten wurden aus Meeressedimenten isoliert und mit Meerestieren wie Schwämmen in Verbindung gebracht15. Die Produktion bioaktiver Verbindungen durch Actinomyceten und andere Mikroorganismen wird durch den Genotyp, den Stoffwechsel, die Physiologie und die Fermentationsbedingungen des Organismus beeinflusst16. Externe Parameter wie Inokulationsgröße, mittleres Volumen, Inkubationsdauer, Inkubationstemperatur, Rührgeschwindigkeit und anfänglicher pH-Wert hatten alle einen erheblichen Einfluss auf die Art und Menge der produzierten Antibiotika und/oder bioaktiven Chemikalien17,18,19,20. Im Bereich Antibiotika wurde viel Aufwand in die Ausrichtung des Produktsortiments und die Steigerung der Produktionsraten investiert. Es hat sich gezeigt, dass veränderte Ernährungs- oder Umweltbedingungen mithilfe verschiedener Ansätze zur Entwicklung oder Entdeckung neuartiger natürlicher Chemikalien führen21. Allerdings schränkt die geringe Ausbeute dieser Chemikalien ihre Anwendung unter vielen Umständen ein. Darüber hinaus sind die Nährstoffanforderungen der Mikroben, die in industriellen Fermentationsprozessen eingesetzt werden, ebenso komplex und vielfältig wie die Bakterien selbst22,23. Zu diesem Zweck und dank der Fortschritte in der Computerbiologie ist die Entdeckung von Arzneimitteln und die Wiederverwendung natürlicher mikrobieller Verbindungen einfacher und schneller geworden24.

In der aktuellen Studie ist der einflussreichste Faktor für Streptomyces sp. Die Anti-Candida-Aktivität von HC14 wurde mithilfe des Plackett-Burman-Designs untersucht. Die erzeugten Verbindungen wurden mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) unter nahezu optimalen Bedingungen identifiziert. Die mutmaßlichen Wirkstoffe wurden rechnerisch gegen ein grundlegendes Proteinziel in Candida albicans untersucht, wobei ein Molekül-Docking- und Molekulardynamik-Ansatz zum Einsatz kam.

Die Actinobakterien Streptomyces sp. HC14 wurde zuvor aus der Weichkoralle Sarcophyton glaucum isoliert, die im Roten Meer, Hurghada, Ägypten, gesammelt wurde25. Die 16-s-rRNA-Sequenz von Streptomyces sp.HC14 wurde in der NCBI GenBank unter den Zugangsnummern JQ92906625 hinterlegt. Zur Kultivierung wird eine Schleife voll Streptomyces sp. HC14 wurde in 250 ml Erlenmeyerkolben in 50 ml ISP2-Medium (Difco) eingeimpft. Anschließend wurde es 7 Tage lang bei 37 °C unter Schüttelbedingungen und 200 U/min inkubiert. Das zellfreie Mediumfiltrat wurde verwendet, um die antimikrobielle Aktivität des fermentierten Mediums zu testen. Das ISP2-Medium hat eine Zusammensetzung aus (g/L) Hefe, 4; Malzextrakt, 10; Dextrose, 4. Der pH-Wert des Mediums wurde auf pH 7,2 eingestellt.

Der zellfreie Überstand wurde verwendet, um die antimikrobielle Aktivität des getesteten Stammes zu testen. Die Zellen wurden durch 15-minütige Zentrifugation bei 5000 U/min entfernt. Fünfzig Mikroliter Streptomyces sp. Zellfreier HC14-Überstand wurde mit der Welldiffusionsmethode gegen Candida albicans getestet. Nach der Abgabe von 50 µL in jede Vertiefung wurden die Platten 3 Stunden lang in den Kühlschrank gestellt, um die Diffusion zu ermöglichen. Anschließend wurden alle Platten bei 37 °C inkubiert und der Durchmesser der Hemmzonen nach 48 Stunden und 26 Stunden gemessen und der Durchmesser der Vertiefungen davon abgezogen der Durchmesser der Hemmzone.

Streptomyces sp. HC14 war wirksam bei der Produktion antagonistischer Verbindungen gegen Candida albicans. Daher wurde es für die Optimierungsexperimente ausgewählt, um die Produktion zu maximieren. Die Optimierung wurde durch ein zweiphasiges experimentelles Design durchgeführt: Das erste war das Screening nach kritischen Elementen, die die Produktion von antimikrobiellen Wirkstoffen in geschüttelten Kolben beeinflussen, unter Verwendung des Plackett-Burman-Designs27, und das zweite war das Verifizierungsexperiment, um die nahezu optimalen Bedingungen für zu bestätigen Herstellung von Anti-Candida-Verbindungen.

Für das Screening der einflussreichsten Komponente wurden sieben unabhängige Variablen basierend auf der Zusammensetzung des ISP2-Mediums ausgewählt. Nämlich Dextrose, Hefeextrakt, Malzextrakt, Meerwasser, pH-Wert, Kulturvolumen und Inokulumgröße. Für jede Variable wurden hohe (+) und niedrige (-) Werte getestet (Tabellen 1, 2). Versuch Nr. 9 in Tabelle 2 stellt die Basalkontrolle dar. Alle Experimente wurden doppelt durchgeführt und das arithmetische Mittel der antibakteriellen Aktivität wurde durch Messung des Hemmungsdurchmessers als Reaktion ermittelt. Der Haupteffekt jeder Variablen wurde durch die folgende Gleichung bestimmt:

Dabei ist Exi der variable Haupteffekt, Mi+ und Mi− sind Hemmungszonendurchmesser in hohen bzw. niedrigen Konzentrationen, wobei die unabhängige Variable (xi) in hohen bzw. niedrigen Konzentrationen vorhanden war, und N ist die Anzahl der Versuche dividiert durch 2 Statistische t-Werte für gleiche ungepaarte Stichproben wurden mit Microsoft Excel berechnet, um die Variablensignifikanz zu bestimmen. Aus den Haupteffektberechnungen wurde die Zusammensetzung des nahezu optimierten Mediums vorhergesagt, was als Reaktion eine maximale Hemmzone ergibt.

Am Ende der Fermentationsperiode wurden die bioaktiven Verbindungen mithilfe der von El-Naggar et al.28 beschriebenen Methode aus dem Kulturmedium extrahiert. Kurz gesagt wurde der zellfreie Extrakt durch 15-minütige Zentrifugation bei 5000 U/min erhalten, dann mit Chloroform im Verhältnis 1:1 gemischt und eine Stunde lang gerührt und dreimal wiederholt. Die organische Phase wurde über einen Scheidetrichter von der wässrigen Phase getrennt und unter Vakuum mittels Rotationsverdampfer bei einer Temperatur von maximal 50 °C getrocknet. Der gewonnene Rohextrakt wurde dann zur weiteren Charakterisierung in Methanol gelöst.

Der Rohextrakt wurde durch UV-Absorption mit einem Perkin Elmer-Lambada 4B-UV/VIS-Spektrophotometer analysiert. Die Identifizierung der Metaboliten erfolgte durch GC-MS-Analyse; Kurz gesagt wurde 1 μl des Rohextrakts in eine RTX-5-Säule (7 m × 0,32 mm) (Modell GC-MS-QP-2010 plus von Shimadzu, Japan) injiziert und Helium (3 ml/min) als verwendet Trägergas. Das folgende Temperaturgradientenprogramm wurde verwendet: Bei 75 °C für 2 Minuten, gefolgt von einem Anstieg von 75 auf 175 °C mit einer Geschwindigkeit von 50 °C pro Minute und schließlich 7 Minuten bei 175 °C. Die m/z-Peaks, die die für die Metaboliten charakteristischen Masse-Ladungs-Verhältnisse darstellen, wurden mit denen in der Massenspektrumbibliothek der entsprechenden organischen Verbindungen verglichen29.

Das Candida-Ziel wurde aus der PDB mit der Zugangsnummer 5V5Z abgerufen. MarvinSketch (v22.11.0) wurde verwendet, um alle Metaboliten (Liganden) 3D-Strukturen der identifizierten Verbindungen zu zeichnen. Die Vorbereitung und das Andocken des Liganden- und Proteinmodells wurden mit der Schrödinger-Software durchgeführt, veröffentlicht 2018-430,31. Kurz gesagt, die gezeichneten 3D-Strukturen wurden mit dem LigPrep-Tool vorbereitet. Das Kraftfeldmodul OPLS-2005 wurde eingesetzt, um die Energie der Liganden zu minimieren. Die Energie jedes Moleküls wurde mithilfe von LigPrep minimiert. Das Andocken erfolgte mit besonders präzisen Docking-Standardeinstellungen und die Docking-Score-Ergebnisse wurden mit XP Visualizer angezeigt.

Zur Berechnung der freien Energie von Komplexen wurde das integrierte Tool Prime von Maestro verwendet. Zur Bestimmung der freien Bindungsenergien wurde die Molekularmechanik der MM-GBSA-Methode (Generalized Born and Surface Area Solvatation) verwendet32. MM-GBSA wurde verwendet, um die Genauigkeit des Docking-Scores zu verbessern33. Auf diese Weise wurde die freie Energie optimierter Rezeptoren, Liganden und Ligand-Rezeptor-Komplexe berechnet. Diese Berechnungen wurden unter der Solvatationsbedingung des VSGB 2.0-Modells und des Kraftfelds OPLS_200534 durchgeführt. Die Spannungsenergie für die Liganden sowie die relativen freien Bindungsenergien der Komplexe wurden ebenfalls geschätzt34,35. Die Visualisierung der Energie wurde mit dem Primärenergie-Visualizer36 generiert.

Dieser Artikel enthält keine Studien an Menschen oder Tieren.

Das Plackett-Burman-Design wurde in einigen kontrollierten Experimenten verwendet, um die Faktoren zu bestimmen, die die Produktion bioaktiver Chemikalien beeinflussen, und um ihre wahrscheinlich idealen Mengen herauszufinden. Die Antworten in Tabelle 3 zeigen eine signifikante Variation im Durchmesser der Hemmzonen, was die Bedeutung der Parameterabstimmung zum Erreichen einer hohen Aktivität unterstreicht. Dies verdeutlicht, dass der kombinierte Einfluss der neun Komponenten in ihrem Hemmzonendurchmesser zwischen 0 und 15 mm gegen Candida albicans liegt.

Der Haupteffekt jeder Variablen wurde als Differenz zwischen dem Durchschnitt der Messungen auf dem hohen (+) und niedrigen (–) Niveau der Faktoren geschätzt. Dies wurde für antagonistische Verbindungen beobachtet, die von Streptomyces sp. produziert werden. HC14 für C. albicans. Hohe Mengen an Dextrose, Meerwasser und Hefeextrakt verstärkten die Anti-Hefe-Aktivität. Im Gegenteil, niedrige Malzextraktmengen, pH-Wert, Volumen und Inokulumgröße vergrößerten die Hemmzone (Abb. 1).

Positive und negative Einflüsse der untersuchten Variablen auf die Produktion bioaktiver Verbindungen durch Streptomyces sp HC14 basierend auf Plackett-Burman-Ergebnissen.

Die statistische Analyse des Plackett-Burman-Experiments ist in Tabelle 4 für Streptomyces sp. dargestellt. HC14. Bei näherer Betrachtung war Malzextrakt die signifikanteste Variable für Streptomyces sp. HC14, da es einen signifikanten Anteil von 95 % aufwies.

Um die erhaltenen Daten zu validieren und die Genauigkeit des angewandten statistischen Plackett-Burman-Designs zu bewerten, wurde für jeden Stamm ein Verifizierungsexperiment in dreifacher Ausfertigung durchgeführt, um die nahezu optimalen Kombinationsniveaus unabhängiger Variablen vorherzusagen. Das Plackett-Burman-Design sagte voraus, dass die von Streptomyces sp. HC14 wurde in einem Medium gezüchtet, das (g/L) enthielt: Hefeextrakt 6, Dextrose 6, Malzextrakt 5, Meerwasser + 5 g NaCl, pH 6,5 mit einer Inokulumgröße von 0,5 ml in 25 ml Kulturvolumen. Es wurden drei unabhängige, wiederholte Experimente durchgeführt, um die Gültigkeit der nahezu optimalen Einstellungen zu überprüfen. Der Grundzustand wurde mit der durchschnittlichen Hemmzone der erwarteten nahezu optimalen Werte unabhängiger Variablen verglichen. Unter Verwendung der optimalen Bedingungen, die aus dem Plackett-Burman-Experiment ermittelt wurden, wurde die Hemmzone von Streptomyces sp. HC14 stieg gegenüber den Grundbedingungen um das 2,37-Fache an (Abb. 2).

Verifizierungsexperimente des angewandten statistischen Plackett-Burman-Designs durch Vergleich der Hemmzone des zellfreien Kulturmediums von Streptomyces sp. HC14 gegen Candida albicans. Streptomyces sp. HC14 wurde auf ISP2-Medium (Basalmedium), optimierten und anti-optimierten Medien gezüchtet. Fehlerbalken stellen das SEM dar (n = 3).

Zur Identifizierung sekundärer Metaboliten wurde der aktive Rohextrakt einer UV-Absorption gefolgt von GC-MS unterzogen. Das UV-Absorptionsspektrum des Extrakts mit antimikrobieller Aktivität hat für Streptomyces sp. eine maximale Absorption bei 437,4 nm aufgezeichnet. HC14. Zur Interpretation des Massenspektrums des GC-MS wurde die Datenbank des National Institute of Standard and Technology (NIST) verwendet, die mehr als 62.000 Muster enthält. Es wurde ein Vergleich zwischen den Massenspektren der unbekannten und bekannten Komponenten durchgeführt, die in der NIST-Sammlung aufgezeichnet wurden. Die Namen, Molekulargewichte und Strukturen der Bestandteile der Testmaterialien wurden bestimmt. Die GC-MS-Chromatogramme von Streptomyces sp. HC14-Metaboliten sind in Abb. 3 dargestellt. Beim Vergleich der Massenspektren der Bestandteile mit der NIST-Bibliothek wurden achtzehn Peaks für Streptomyces sp. erhalten. HC14, (Tabelle 5). Wie in Abb. 3 deutlich zu sehen ist, zeigte die 18. Verbindung den höchsten Peak, bei dem es sich um Di-n-octylphthalat handelte. Der zweithöchste Peak war die Verbindung Nr. 4 mit der Bezeichnung Cyclohexan, 1,5-Diisopropyl-2,3-Dimethyl.

GC-Massenchromatogramm-Analyse für gereinigte Verbindungen, die aus Streptomyces sp HC14 extrahiert wurden.

Um die mögliche Wechselwirkung zwischen den identifizierten Metaboliten und dem Zielprotein zu untersuchen, wurden molekulare Docking-Techniken eingesetzt. Bei Candida albicans wurde ein molekulares Docking zwischen 18 Verbindungen und dem CYP51-Enzym durchgeführt. Die Andockergebnisse (kcal/mol) der bioaktiven Verbindungen des Extrakts von Streptomyces sp. HC14 gegen das CYP51-Enzym von Candida albicans sind in Tabelle 6 aufgeführt. Der Hauptzweck dieses Schritts bestand darin, die Aktivitätsquelle im Extrakt und das potenzielle Ziel zu untersuchen und vorherzusagen. Anhand der in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass Pyrrolo[1,2-a]pyrazin-1,4-dion, hexahydro-3-(phenylmethyl) die besten Werte für Docking, GScore, lipophilic Score und H-Bond aufwies Energie mit Werten von − 10,428 kcal/mol, − 10,428 kcal/mol, − 3,747 kcal/mol und − 1,725 ​​kcal/mol. Abbildung 4 zeigt die chemischen Strukturen der wichtigsten Metaboliten basierend auf dem Docking-Score.

(A) Di-n-octylphthalat, (B) Pyrrolo[1,2-a]pyrazin-1,4-dion, hexahydro-3-(phenylmethyl) und seine Vorläufer, (C) Diketopiperazin, (D) Pyrrol.

Die grafischen Darstellungen der Wechselwirkungen im Ligand-Ziel-Komplex sind in Abb. 5a, b dargestellt. Die Abbildungen zeigen, dass zwischen dem Liganden und den Aminosäureresten SER-378 und HIE-377 des Zielproteins drei Wasserstoffbrückenbindungen gebildet werden. Darüber hinaus zeigte dieser Metabolit ein π-π mit TYR-118-Rest.

Pyrrolo[1,2-a]pyrazin-1,4-dion, Hexahydro-3-(phenylmethyl) und Di-n-octylphthalat. 2D (a,c) und 3D (b,d) Docking-Komplex zweier Verbindungen gegen das CYP51-Enzym. Die Zahlen wurden mithilfe des Maestro-Ligand-Interaktionsdiagramms (2D) und der Maestro-Schnittstelle (3D) erstellt.

Die zweitbeste Verbindung war Di-n-octylphthalat, wie in Tabelle 6 gezeigt. Sie wies Werte von − 8,299 kcal/mol, − 8,299 kcal/mol und − 7,119 kcal/mol im Dock-Score, GScore und Lipophilie-Score auf . Die Wechselwirkung im Ligand-Ziel-Komplex (Abb. 5c, d) zeigte eine π-Kation-Bindung mit LYS-143.

Die erstklassigen MM-GBSA-Ergebnisse in Tabelle 7 zeigten, dass die berechnete Bindungsenergie von Di-n-octylphthalat-1 − 80,92 kcal/mol betrug, was die höchste unter den getesteten Verbindungen ist und im Vergleich zur besten Docking-Verbindung (Pyrrolo) höher ist [1, 2-a]pyrazin-1, 4-dion, hexahydro-3-(phenylmethyl)-3), dessen numerische Werte mit − 54,51 kcal/mol berechnet wurden. Dies weist darauf hin, dass Di-n-octylphthalat eine höhere Affinität zum CYP51-Enzym aufweist.

In der aktuellen Studie wurden die Metaboliten von Streptomyces sp. HC14 wurde rechnerisch ausgewertet, um wahrscheinliche aktive Verbindungen aus einer Mischung von Metaboliten vorherzusagen, die Aktivität gegen Candida albicans zeigten. Das Plackett-Burman-Screening ergab, dass die Kulturbedingungen einen erheblichen Einfluss auf die Produktion aktiver Chemikalien hatten. Eine ähnliche Beobachtung wurde bei der Optimierung der Produktion von Anti-Klebsiella-Verbindungen durch Streptomyces sp. gefunden. 2A37. Ein ähnlicher Trend wurde auch bei Streptomyces albus AN1 und J107438 beobachtet. Die Kohärenz erfolgte zwischen Streptomyces sp. 2A und Streptomyces sp. HC14 in einer Weise, dass bestimmte Plackett-Burman-Versuche zum völligen Fehlen jeglicher Aktivität führten, was darauf hindeutet, dass die Wachstumsbedingungen äußerst wichtig sind. Aus der Berechnung und Analyse der Hauptwirkung ging hervor, dass Malzextrakt eine entscheidende Komponente bei der Synthese von Anti-Candida-Metaboliten war. Dies stimmte mit den Ergebnissen der Produktion von Anti-Agrobacterium tumefaciens aus Streptomyces sp. überein. TN7139. In Bezug auf die Konzentration lag die beste Konzentration an Malzextrakt in der aktuellen Studie bei 5 g/L. Die gleiche Konzentration wurde für Streptomyces sp. berichtet. TN7139. Smaoui et al. hingegen berichteten, dass eine niedrige Glukosekonzentration (2 g/l) vorteilhaft für die antimikrobielle Aktivität war, wohingegen die höchste Glukosekonzentration in der aktuellen Studie hilfreich war. Glucose und Malzextrakt waren zusammen mit anderen Medienbestandteilen entscheidend für die Verstärkung des von Streptomyces sampsonii PM3340 produzierten Antifouling-Wirkstoffs. Darüber hinaus war Malzextrakt besonders vorteilhaft bei der bis zu 10,5-fachen Steigerung des Ilamycin-E1/E2 aus der Streptomyces atratus SCSIO ZH16-ilaR-Mutante, die gegen Mycobacterium TB41 aktiv ist. Anschließend identifizierte die GC-MS-Analyse die Zusammensetzung des Metaboliten, was in Kombination mit molekularem Docking neue Erkenntnisse über die mögliche Funktion solcher Moleküle lieferte. Unter den identifizierten Verbindungen war die Konzentration von Di-n-octylphthalat am höchsten. Es führte auch zu hohen Docking- und MM-GBSA-Werten, was das Argument stützt, dass es sich bei Streptomyces sp. um die Hauptquelle der Aktivität handelt. HC14-Extrakte gegen Candida albicans. Die Aktivität wird durch die von Shafeian et al.42 berichteten Ergebnisse gestützt. Die Verbindung Di-n-octylphthalat wurde aus dem Meeresschwamm Haliclona (Soestella) caerulea gereinigt und erwies sich als wirksam gegen Candida albicans. Darüber hinaus wurde es auch aus Quellen wie Streptomyces melanosporofaciens und Streptomyces albidoflavus, Penicillium skrjabinii und Penicillium olsonii43 isoliert. Es wurde auch im Pflanzenextrakt von Sisymbrium irio identifiziert und zeigte antimykotische Wirkung44. Dies demonstriert die Verteilung dieses Moleküls und demonstriert seine Aussicht als Antimykotikum, untermauert seine Aktivität und erklärt die hohen Affinitätswerte, die die Cheminformatik liefert.

Der zweite potenzielle Wirkstoff mit guten Docking-Ergebnissen war [1,2-a]Pyrazin-1,4-dion, Hexahydro-3-(phenylmethyl), das möglicherweise eine Rolle bei der Anti-Candida-Aktivität spielt. Der starke Docking-Score unterstützt es als Wirkungsquelle und steht im Einklang mit früheren Studien, da es aus Streptomyces sp. isoliert wurde. VITPK9 zeigte eine Anti-Candida-Aktivität bei niedrigen MHK-Werten. Die MHK-Werte lagen zwischen 0,78 und 1,6 µg/ml gegen Candida krusei MTCC9215, Candida Tropicalis MTCC184 und C. albicans MTCC22745. Dies deckt sich mit früheren Untersuchungen zu seinen antimikrobiellen/Anti-Candida-Eigenschaften45,46.

Das molekulare Rückgrat besteht aus Diketopiperazin und Pyrrol. Es wurde festgestellt, dass das Diketopiperazin und seine Derivate antimykotische Eigenschaften haben, wie z. B. Cyclo(L-Ile-L-Pro) und Cyclo(Gly-Leu), die aus gramnegativen Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa bzw. Lactobacillus plantarum isoliert wurden47. Darüber hinaus wurde entdeckt, dass Pyrrol eine Chemikalie mit großem Potenzial und interessanten Anwendungen ist, die gegen multiresistente Bakterien wirksam ist46. Mit anderen Worten: Es hat die antimykotische Aktivität seiner Vorläufer beibehalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Produktion von Anti-Candida-Metaboliten aus Streptomyces HC14 hauptsächlich mit hohen Konzentrationen an Malzextrakt und Glucose verbunden ist. Eine GC-MS-Studie in Kombination mit Techniken der Computerbiologie hat zwei mutmaßliche Metaboliten als Aktivitätsquelle gegen Candida albicans identifiziert: Pyrrolo[1,2-a]pyrazin-1,4-dion, Hexahydro-3-(phenylmethyl) und Di-n -Octylphthalat. Dies erweitert unser Verständnis des Spektrums antimykotischer Verbindungen aus Streptomyces und kann als Grundlage für weitere Forschungen zu Liganden-Ziel-Wechselwirkungen bei Candida albicans dienen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren möchten der Fakultät für Naturwissenschaften der Alexandria University für die Unterstützung und die Nutzung der Ressourcen des Instituts zur Durchführung dieser Arbeit danken.

Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Hafed A. ElSharif

Derzeitige Adresse: Abteilung für Botanik, Fakultät für Künste und Wissenschaften, Universität Bengasi, Bengasi, Libyen

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Bahaa Abdella und Mohamed Abdella.

Fakultät für Wasser- und Fischereiwissenschaften, Kafrelsheikh-Universität, Kafrelsheikh, 33516, Ägypten

Östlicher Abdella

Abteilung für Botanik und Mikrobiologie, Fakultät für Naturwissenschaften, Universität Alexandria, Alexandria, 21511, Ägypten

Mohamed Abdella, Hafed A. ElSharif, Amani MD ElAhwany, Hanan A. Ghozlan und Soraya A. Sabry

Marine Microbiology Laboratory, National Institute of Oceanography and Fisheries, NIOF, Alexandria, Ägypten

Nermeen A. El-Sersy

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BA, SAS, HAG haben die Studie entworfen. HAE, MA und BA führten Experimente unter der Aufsicht von SAS durch und HAGMA führte molekulare Docking-Studien durch. BA und MA haben den ersten Entwurf des Manuskripts verfasst. BA hat das Manuskript fertiggestellt. BA und HAG haben das Manuskript fertiggestellt. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit East Abdella oder Hanan A. Ghozlan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Abdella, B., Abdella, M., ElSharif, HA et al. Identifizierung wirksamer Anti-Candida-Metaboliten, die von der Weichkorallen-assoziierten Streptomyces sp. produziert werden. HC14 mittels Chemoinformatik. Sci Rep 13, 12564 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39568-7

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Eingegangen: 30. Januar 2023

Angenommen: 27. Juli 2023

Veröffentlicht: 02. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39568-7

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