Production and chemical characterization of a natural antibiotic produced by bacteria isolated from Dead Sea region

Other Title(s)

إنتاج وتعريف للمضاد الحيوي الذي تنتجه البكتيريا المعزولة من منطقة البحر الميت

Dissertant

Lafi, Dimah Nafiz

Thesis advisor

Abu Dawlah, Suha Mujahid

University

Isra University

Faculty

Faculty of Pharmacy

University Country

Jordan

Degree

Master

Degree Date

2023

Arabic Abstract

أصبح ظهور مقاومة المضادات الحيوية مصدر قلق كبير، بحيث تجاوز التطور في المضادات الحيوية الجديدة، وقد أدى ذلك إلى عصر ما بعد المضادات الحيوية حيث يمكن حتى للإصابات الطفيفة والالتهابات الشائعة أن تصبح مهددة للحياة.

ساهم سوء استخدام المضادات الحيوية والإفراط في استخدامها في زيادة مقاومة مضادات الجرثومية، ولمواجهة هذا التحدي من الضروري استكشاف المركبات النشطة حيويا من المصادر الجرثومية واكتشاف مركبات مضادات حيوية جديدة لتحسين العلاجات ضد الأمراض المعدية.

الهدف من هذا البحث هو التعرف على المضادات الحيوية التي تنتجها سلالة جرثومية تحمل رمز DGSI، المعزولة مسبقا من منطقة البحر الميت للبحث عن مضاد حيوي جديد.

تم تعريف DGSI باستخدام مجموعة API المبنية على التحليل الكيميائي للبكتيريا على انها Bacillus subtilis بمستوى ثقة 92.6٪، بينما تم تعريفها من خلال التسلسل الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي S rRNA16 على أنها Bacillus vallismortis مع تطابق 99.63 ٪، تم تقديم هذه السلالة الجديدة إلى بنك الجينات باعتبارها سلالة جديدة .OQ568809 تحت رقم الانضمام Bacillus vallismortis DGSI باسم تم استخلاص المادة المفصولة من عزلة DGSI باستخدام المذيب هكسان، وخضع المستخلص الخام الناتج للتنقية من خلال كرومات جرافيا الطبقة الرقيقة )TLC( باستخدام نظام مذيب من الكلوروفورم والميثانول بنسبة) 9.2: 0.8(.

تم حساب قيمة Rf للمركب المنقى.

باستخدام طريقة bio autography، وتم تحديد النشاط المضاد للبكتيريا للمركب المنقى جزئيا، مما أدى إلى اكتشاف مركبين نشطين: المركب 1 )2Rf = 0.2(والمركب) Rf = 0.55(.

نجحت الدراسة في عزل مركبين نشطين متميزين أظهرا خصائص قوية مضادة للجراثيم، وتم تحديد الحد الأدنى للتركيز المثبط للنمو) MIC (والحد الأدنى من تركيز المبيد للجراثيم) MBC (لكل مركب.

أشارت النتائج إلى أن المركب 3 أظهر نشاطا مضادا ضد الجرثومة موجبة صبغة الجرام) Bacillus cereus وStaphylococcus aureus (والجرثومة سالبة صبغة الجرام) Escherichia coli وPseudomonas aeruginosa (، بينما اقتصر نشاط المركب 1 على الجرثومة موجبة صبغة الجرام فقط.

تم تحديد هياكل مركبين من المضادات الحيوية بناء على بياناتهما الطيفية، بما في ذلك الرنين المغناطيسي النووي (NMR (والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء) FTIR (.

اقترح التحليل الكيميائي الهيكلي للمركب 1 أنه من المحتمل أن يكون ببتيد شحمي أو فلافونويد، في حين أن المركب 3 هو على الأرجح ببتيد، على الرغم من أنه لا يمكن استبعاد احتمال كونه كربوهيدرات.

ومع ذلك من الضروري إجراء المزيد من التحليل الكيميائي لتحديد هياكل المركبات بدقة لمعرفة إمكانية أن تكون مركبات جديد.

English Abstract

The emergence of antibiotic resistance has become a major concern, surpassing the development of new antibiotics.

This has led to a post-antibiotic era where even minor injuries and common infections can become life-threatening.

The misuse and overuse of antibiotics have further contributed to the rise of antimicrobial resistance (AMR).

To tackle this challenge, it is crucial to explore bioactive metabolites from microbial sources and discover new antibiotic compounds for improved therapeutics against infectious diseases.

The objective of the research mentioned was to identify antibiotics produced by a producer strain (DGSI), which was previously isolated from the Dead Sea region, in the search for a novel antibiotic.

The identification of DGSI using the API kit has yielded the identification of Bacillus subtilis with a confidence level of 92.6%.

However, through 16S rRNA sequencing, it was identified as Bacillus vallismortis (B.

vallismortis) with a 99.63% match.

This new strain was submitted to the NCBI GenBank as B.

vallismortis DGSI strain under accession number OQ568809.

The DGSI supernatant was extracted using n-hexane, and the resulting crude extract underwent purification through thin-layer chromatography (TLC) using a solvent system of chloroform and methanol in a ratio of 9.2:0.8.

Using the bioautography method, the antimicrobial activity of the partially purified compound was determined, resulting in the discovery of two active compounds: compound 1 (Rf = 0.22) and compound 3 (Rf = 0.55).

The study successfully isolated two distinct active compounds that exhibited potent antimicrobial properties.

The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were determined for each compound.

The results indicated that compound 3 demonstrated antimicrobial activity against both Gram-positive bacteria (Bacillus cereus and Staphylococcus aureus) and Gram-negative bacteria (Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa).

On the other hand, the activity of compound 1 was limited to Gram-positive bacteria only.

The structures of the two antibiotic compounds were identified based on their spectral data, including 1D, 2D nuclear magnetic resonance (NMR), and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy.

The structural chemical analysis of compound 1 suggested that it is likely a lipopeptide or flavonoid, while compound 3 is most likely a peptide, although the possibility of it being a carbohydrate cannot be ruled out.

However, determining the exact structures of the compounds proved to be challenging, and further chemical analysis is necessary to precisely determine their structures and the potential for novel compound discovery.

In conclusion, this type of research is crucial to maintain hope in finding new antibiotics that can combat the rapidly increasing percentages and types of antibiotic-resistant strains.

These strains pose a significant threat to human life, and it is essential to continue the search for novel compounds to address this pressing issue.

Main Subjects

Pharmacology

Topics

• Antibiotics
• Dead Sea
• Bacteria

No. of Pages

81

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-1535832