Dokument: Identification of Novel Natural Products with Antimicrobial Activity against Apicomplexa and Multi-resistant Gram-Negative Rods

Titel:	Identification of Novel Natural Products with Antimicrobial Activity against Apicomplexa and Multi-resistant Gram-Negative Rods
Weiterer Titel:	Identifizierung neuer Naturstoffe mit Antimikrobieller Aktivität gegen Apicomplexa und Multiresistente Gramnegative Stäbchen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54882
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20211210-095344-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Shaneh Sazzadeh, Shabnam [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,31 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.11.2020 / geändert 26.11.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Klaus Pfeffer [Gutachter] Prof. Dr. Peter Proksch [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Trotz erfolgreicher Therapien von Infektionskrankheiten mit anti-mikrobiellen Medikamenten erhöht das steigende Vorkommen an multi-resistenten Pathogenen die Letalität und Morbidität von infizierten Patienten weltweit. Parasiten wie das Apicomplexa Toxoplasma gondii, und Bakterien wie die Gram-negativen stabförmigen Enterobacterales weisen eine stetig erhöhte Resistenz zu etablierten Medikamenten auf. Daher ist die Suche nach neuen Arzneistoffen insbesondere zur Behandlung der Toxoplasmose und von nosokomialen Infektionen mit Bakterien der Enterbeobacterales Familie dringend notwendig. Eine der meist potenten Quellen für die Entdeckung und Entwicklung neuer bioaktiver Komponenten mit anti-mikrobiellen Eigenschaften ist durch die Natur selbst gegeben in Meeresschwämmen und Pilzendophyten in der Meerwelt. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit 350 natürlich vorkommende Komponenten und Derivate aus Meeresschwämmen und Pilzendophyten auf ihre anti-mikrobielle Aktivität gegen T. gondii (Typ I BK und Typ II ME49) evaluiert. Das Ziel war es, Komponenten zu finden, welche anti-mikrobiell aktiv sind während sie gleichzeitig keine Zytotoxizität gegen humane Zellen aufweisen. Die Resultate des Toxoplasma Proliferations-Assays zur Bestimmung der anti-mikrobiellen Wirkung der Naturstoffe, wie auch der MTT-Assays mit humanen Fibroblasten und Glioblastoma Zellen zur Evaluierung der Zytotoxizität haben drei bioaktive Komponenten mit Wirksamkeit identifiziert: Berberinhemisulfat, Butylgallat, and Piperanin. Diese drei Naturstoffe haben einen EC50-Wert < 10 μM. Darüber hinaus, wurden 31 Gallate und Derivative untersucht, dabei zeigte Butylgallat die beste Hemmwirkung mit einem EC50-Wert von 2,51 μM gegen T. gondii. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Esterbindung, die Hydroxyl Gruppen und die Länge der Alkylkette die antimikrobielle Wirkung von Butylgallat beeinflussen. Außerdem zeigten Indolo[3,2-a]phenazines, die strukturell Berberin ähnliche Produkte sind, einen guten EC50-Wert bei < 2 μM und sind potente Hemmstoffe von T. gondii. Zwei weitere Naturstoffe, 2-Bromophenoxyphenol und 3-Bromophenoxyphenol, mit anti-mikrobieller Aktivität gegen Enterobacterales, wurden mit Hilfe des Mikroverdünnungs- Assays bestimmt. Diese besitzen eine MIC90 < 12 μM Hemmungswirkung gegen E. cloacae sind aber gegen Pseudomonas aeruginosa nicht wirksam. Zusätzlich hemmen die beiden Substanzen bei einem EC50-Wert < 2,5 μM auch das T. gondii Wachstum ohne zytotoxische Wirkung gegen humane Fibroblasten zu zeigen. Diese Naturstoffe mit anti-mikrobieller Wirkung gegen T. gondii und Enterobacterales Bakterien können nun in weiterführenden in vivo Mausstudien charakterisiert werden. Weitere Studien werden sich der Identifizierung der potenziellen Interaktionsproteine der neuen Wirkstoffe in den Pathogenen widmen. Despite the successful treatment of infectious diseases using anti-microbial therapies, the increasing incidence of (multi-) resistant pathogens aggravates lethality and morbidity of infected patients worldwide. Parasites such as the apicomplexan parasite Toxoplasma gondii, and bacteria such as the gram-negative rod-shaped Enterobacterales show development of increasing resistance to well established treatments. Therefore, there is an urgent need to discover novel anti-microbial drugs to efficiently treat people suffering from toxoplasmosis and nosocomial infections caused by Enterobacterales. One of the most potent sources for discovering and developing new bioactive compounds with anti-microbial properties is provided by nature itself in marine sponges and fungal endophytes from the marine environment. In summary, within this thesis, 350 natural products and derivatives thereof from a library of secondary metabolites from marine sponges and fungal endophytes were investigated for anti-microbial activity against T. gondii, type I BK strain, and type II ME49 strain using a Toxoplasma proliferation assay. Additionally, selected natural products with anti-toxoplasma activity were analyzed for cytotoxic effects on human fibroblast and glioblastoma cells employing an MTT assay. Interestingly, three natural products could be discovered with substantial anti-toxoplasma activity: berberine hemisulfate, butyl gallate, and piperanine. These compounds have a T. gondii EC50 < 10 μM and showed no cytotoxicity in vitro as analyzed by MTT tests up to 50 μM concentration. Furthermore, among 31 tested gallates and derivatives, butyl gallate was the most effective product against T. gondii with an EC50 of 2.51 μM. We could reveal that the ester bond, hydroxyl groups, and the length of the alkyl chain are three structural properties with an essential importance for the antimicrobial activity of butyl gallate. In addition, Indolo[3,2-a]phenazines which are structurally related to berberine demonstrated to be potent products against T. gondii with an EC50 < 2 μM. Moreover, the library of natural products was analyzed for antibacterial activity against Enterobacterales such as Enterobacter cloacae (4MRGN), and Pseudomonadaceae such as Pseudomonas aeruginosa by broth microdilution assay. Two natural products, namely 2-bromophenoxy phenol and 3-bromophenoxy phenol could be successfully identified, having a MIC90 < 12 μM and an EC50 < 2.5 μM the growth inhibition of E. cloacae and T. gondii, respectively, without cytotoxicity effects up to a concentration of 50 μM on human fibroblasts. Now, these products can be further analysed in vivo to demonstrate their suitability for treatment of T. gondii and multiresistant bacteria. Further studies will be devoted to identifying the potential interaction proteins of the new drugs in the pathogens.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	10.12.2021
Dateien geändert am:	10.12.2021
Promotionsantrag am:	30.06.2020
Datum der Promotion:	15.09.2020