جلد 18، شماره 2 - ( 2-1398 )
جلد 18 شماره 2 صفحات 192-177 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Shakeran Z, Shakeran Z, Nosrati M. Bioinformatics Study of the Effects of Some Phytocompounds Found in Ferulago Angulat, Scrophularia Striata and Laurus Nobilis Medicinal Plants on Inhibition of the Proteins Causing Antibiotic Resistance in Staphylococcus Aureus: A Descriptive Study. JRUMS 2019; 18 (2) :177-192
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-4349-fa.html
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-4349-fa.html
شاکران زینب، شاکران زهرا، نصرتی مختار. بررسی بیوانفورماتیکی تأثیر ترکیبات گیاهی موجود در گیاهان دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis در مهار پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در استافیلوکوکوس اورئوس: یک مطالعه توصیفی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1398; 18 (2) :177-192
گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای نوین، دانشگاه اصفهان
متن کامل [PDF 409 kb]
(1493 دریافت)
| چکیده (HTML) (3793 مشاهده)
دوره 18، اردیبهشت 1398، 192-177
بررسی بیوانفورماتیکی تأثیر ترکیبات گیاهی موجود در گیاهان دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis در مهار پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در استافیلوکوکوس اورئوس: یک مطالعه توصیفی
زینب شاکران[1]، زهرا شاکران[2]، مختار نصرتی[3]
دریافت مقاله: 17/4/97 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 30/7/97 دریافت اصلاحیه از نویسنده: 11/10/97 پذیرش مقاله: 12/10/97
چکیده
زمینه و هدف: اخیراً عفونتهای ناشی از استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus; S. aureus) و ایجاد جدایههای مقاوم به آنتی بیوتیکها افزایش یافته است. بنابراین مطالعات فراوانی به منظور معرفی ترکیبات جدید با فعالیت ضد S. aureus بهویژه ترکیباتی با منشاء طبیعی جهت مقابله با گونههای مقاوم به آنتی بیوتیک انجام گرفته است. هدف از این مطالعه تعیین غربالگری بیوانفورماتیکی مهارکنندههای نوین پروتئینهای مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی موجود در گیاهان دارویی بود.
مواد و روشها: در این مطالعه توصیفی، ابتدا ساختار سه بعدی ترکیبات فیتوشیمیایی موجود در سه گیاه دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis از پایگاه داده PubChem دریافت شد. سپس ساختار سه بعدی چهار پروتئین مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی شامل β-lactamase، پروتئین متصل شونده به پنیسیلین a2 (a2PBP)، ونکومایسین A (VanA) و D-آلانیل D-آلانین دی پپتیداز (VanX) به کمک پایگاه دادههای پروتئین به دست آمد. در نهایت، توانایی ترکیبات شیمیایی انتخاب شده جهت مهار پروتئینهای مرتبط با مقاومت آنتیبیوتیکی مذکور با استفاده از روش داکینگ مولکولی بهوسیله نرم‌افزار 1. 2iGemdock بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اکثر ترکیبات مورد بررسی، برهمکنشهای مناسبی با تمامی پروتئینهای مورد مطالعه به ویژهVanX دارند. نتایج همچنین نشان داد که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid قویترین برهمکنشها را با تمامی پروتئینهای مورد بررسی دارند.
نتیجهگیری: نتایج این مطالعه نشان داد که که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid موجود در گیاهان دارویی بررسی شده کاندیدهای مناسبی برای مطالعات برون تنی و درون تنی مرتبط با فعالیت ضد S .aureus مقاوم به آنتیبیوتیک میباشند.
واژههای کلیدی: استافیلوکوکوس اورئوس، مقاومت آنتیبیوتیکی، گیاهان دارویی، بیوانفورماتیک
تصویر1. چهار پروتئین مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی درS. aureus (الف: β-lactamase، ب: a2PBP ، ج: VanA، د: VanX)
جدول 1. ترکیبات گیاهی مورد بررسی جهت غربالگری مهارکنندههای پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در باکتری S. aureus
* ترکیبات فیتوشیمیایی، مربوط به سه گونهی گیاهی Ferulago angulate، Scrophularia striata و Laurus nobilis بوده که هر سه بومی ایران میباشند. همچنین میتوان ترکیبات فیتوشیمیایی مشابه را در بین گونههای مذکور مشاهده نمود.
جدول 2- نتایج حاصل از پیش بینی خصوصیات فیزیکوشیمیایی و پتانسیل سمیت ترکیبات گیاهی مورد آزمایش
References
Bioinformatics Study of the Effects of Some Phytocompounds Found in Ferulago Angulat, Scrophularia Striata and Laurus Nobilis Medicinal Plants on Inhibition of the Proteins Causing Antibiotic Resistance in Staphylococcus Aureus: A Descriptive Study
Z. Shakeran[4], Z. Shakeran[5] M. Nosrati[6]
Received: 08/07/2018 Sent for Revision: 22/10/2018 Received Revised Manuscript: 01/01/2019 Accepted: 02/01/2019
Background and Objectives: Currently infections caused by Staphylococcus aureus have increased and raised antibiotic resistant isolates. Therefore, lots of studies have been done to introduce novel anti-S.aureus compounds especially natural originated constitutes. Hence, this study aimed to determine bioinformatics screening of novel inhibitors of antibiotic resistance-associated proteins in S.aureus from medicinal plants.
Material and Methods: Firstly, in this descriptive study, three-dimension structure of a set of phytochemicals from three medicinal plants including Ferulago angulat, Scrophularia striata, Laurus nobilis were retrieved from PubChem database. Then, three-dimension structure of four antibiotic resistance-associated proteins including β-lactamase, penicillin binding protein 2A (PBP2a), Vancomycin A (VanA) and D-alanyl-D-alanine dipeptidase (VanX) were obtained from Protein Data Bank. Finally, the ability of the selected phytocompounds for inhibition of the mentioned antibiotic resistance-associated proteins was investigated using molecular docking method by iGemdock 2.1 software.
Results: The results showed that most of the tested compounds had appropriate interaction to all the studied proteins especially to VanX. The results also revealed that Bis (2-ethylhexyl) phthalate and Palmitic acid had strongest interactions to all the tested proteins.
Conclusion: The results of this study showed that Bis (2-ethylhexyl) phthalate and Palmitic acid found in the surveyed medicinal plants are good candidates for more in vitro and in vivo studies about anti-bacterial activity against antibiotic resistant S. aureus.
Keywords: Staphylococcus aureus, Antibiotic resistance, Medicinal plants, Bioinformatics.
Funding: None declared.
Conflict of interest: None declared.
Ethical approval: None declared.
How to cite this article: Shakeran Z, Shakeran Z, Nosrati M. Bioinformatics Study of the Effects of Some Phytocompounds Found in Ferulago Angulat, Scrophularia Striata and Laurus Nobilis Medicinal Plants on Inhibition of the Proteins Causing Antibiotic Resistance in Staphylococcus Aureus: A Descriptive Study. J Rafsanjan Univ Med Sci 2019; 18 (2): 177-92. [Farsi]
[1]- دانشجوی کارشناسی ارشد بیوشیمی، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
[4]- MSc Student of Biochemistry, Dept. of Biology, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran
ORCID: 0000-0003-2423-6387
متن کامل: (2211 مشاهده)
مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجاندوره 18، اردیبهشت 1398، 192-177
بررسی بیوانفورماتیکی تأثیر ترکیبات گیاهی موجود در گیاهان دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis در مهار پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در استافیلوکوکوس اورئوس: یک مطالعه توصیفی
زینب شاکران[1]، زهرا شاکران[2]، مختار نصرتی[3]
دریافت مقاله: 17/4/97 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 30/7/97 دریافت اصلاحیه از نویسنده: 11/10/97 پذیرش مقاله: 12/10/97
چکیده
زمینه و هدف: اخیراً عفونتهای ناشی از استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus; S. aureus) و ایجاد جدایههای مقاوم به آنتی بیوتیکها افزایش یافته است. بنابراین مطالعات فراوانی به منظور معرفی ترکیبات جدید با فعالیت ضد S. aureus بهویژه ترکیباتی با منشاء طبیعی جهت مقابله با گونههای مقاوم به آنتی بیوتیک انجام گرفته است. هدف از این مطالعه تعیین غربالگری بیوانفورماتیکی مهارکنندههای نوین پروتئینهای مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی موجود در گیاهان دارویی بود.
مواد و روشها: در این مطالعه توصیفی، ابتدا ساختار سه بعدی ترکیبات فیتوشیمیایی موجود در سه گیاه دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis از پایگاه داده PubChem دریافت شد. سپس ساختار سه بعدی چهار پروتئین مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی شامل β-lactamase، پروتئین متصل شونده به پنیسیلین a2 (a2PBP)، ونکومایسین A (VanA) و D-آلانیل D-آلانین دی پپتیداز (VanX) به کمک پایگاه دادههای پروتئین به دست آمد. در نهایت، توانایی ترکیبات شیمیایی انتخاب شده جهت مهار پروتئینهای مرتبط با مقاومت آنتیبیوتیکی مذکور با استفاده از روش داکینگ مولکولی بهوسیله نرم‌افزار 1. 2iGemdock بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اکثر ترکیبات مورد بررسی، برهمکنشهای مناسبی با تمامی پروتئینهای مورد مطالعه به ویژهVanX دارند. نتایج همچنین نشان داد که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid قویترین برهمکنشها را با تمامی پروتئینهای مورد بررسی دارند.
نتیجهگیری: نتایج این مطالعه نشان داد که که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid موجود در گیاهان دارویی بررسی شده کاندیدهای مناسبی برای مطالعات برون تنی و درون تنی مرتبط با فعالیت ضد S .aureus مقاوم به آنتیبیوتیک میباشند.
واژههای کلیدی: استافیلوکوکوس اورئوس، مقاومت آنتیبیوتیکی، گیاهان دارویی، بیوانفورماتیک
مقدمه
بیش از سی سال پیش استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus; S. aureus) به عنوان یک عامل بیماریزای خطرناک و فراگیر در انسان معرفی شد. این باکتری بهعنوان یک باکتری گرم مثبت بوده و درمان عفونتهای ناشی از باکتری مذکور بهدلیل ظهور سویههای مقاوم به آنتیبیوتیکها بسیار دشوار است [1].
از اواسط قرن بیستم تاکنون علیرغم استفاده از داروهای مختلف جهت درمان بیماریهای ناشی از این باکتری، ایجاد مقاومت دارویی یکی از مهمترین عوامل بازدارنده بوده است [2]. در اوایل دهه 1940، پنیسیلین به طور گسترده جهت درمان بیماریهای وابسته به استافیلوکوکوس اورئوس مورد استفاده قرار گرفت. با این وجود، سویههای تولیدکنندهی پنیسیلیناز، با نام سویههای مقاوم به پنیسیلین (Penicillin-Resistant S. aureus; PRSA) به پنیسیلین مقاومت نشان دادند [3]. پس از آن در اوایل دههی 1960، متیسیلین جهت مقابلهی مؤثر با سویههای تولید کنندهی پنیسیلیناز تولید شد [4]. با این حال این باکتری به سرعت و در مدت زمان کوتاهی نسبت به این آنتی بیوتیکها مقاومت کسب کرد و موجب بروز سویههای مقاوم به متیسیلین (Methicillin-Resistant S. aureus; MRSA) شد [4]. اندکی پس از ظهور MRSA، نقش آنتیبیوتیک گلیکوپپتیدی ونکومایسین در درمان عفونتهای ناشی از این سویه تاًیید شد. با این حال جدایههای کلینیکی S. aureus با حساسیت کاهش یافته نسبت به ونکومایسین و حتی مقاومت کامل به ونکومایسین ظهور یافته است [5]. مقاومت S. aureus به بیشتر آنتیبیوتیکهای اولیه مانند متیسیلین و ونکومایسین غالباً بهدلیل کسب DNA انتقالی از دیگر میکروارگانیسمها است [6]. مقاومت درون ژنی، در حال حاضر یکی از مهمترین نقشها را در موارد کلینیکی و در مقاومتهای آنتی بیوتیکی مانند مقاومت به فلوروکوئینولون، ونکومایسین و داپتومایسین دارد [7-6].
مطابق با مطالعات صورت گرفته، مقاومت به پنی سیلین بهدلیل وجود یک آنزیم خارج سلولی بهنام بتالاکتاماز (β-lactamase) میباشد. بتالاکتاماز سبب هیدرولیز باندهای آمیدی حلقههای بتالاکتام پنیسیلین و آمپیسیلین میشود [8]. مقاومت به متیسیلین به علت تولید پروتئین متصل شونده به پروتئین 2a، (Penicillin-Binding Protein 2a; PBP2a) در باکتری S. aureus میباشد که دارای تمایل ضعیفی به پنیسیلین و بهطور عمده بتالاکتامهاست و در نتیجه سبب بوجود آمدن سویههای MRSA حاصل میشود [9]. باکتری S. aureus مقاوم به ونکومایسین (VRSA) قادر به تولید پیشسازهای پپتیدوگلیکان اصلاح شده میباشد که این پیشساز تمایل بسیار پایینتری به ونکومایسین دارد و سبب مقاومت باکتری میشود [10]. دو پروتئین D-alanyl-D-lacate ligase (Vancomycin A; VanA) و D,D-dipeptidase (Vancomycin X; VanX) نقش مهمی در ایجاد مقاومت باکتری S. aureus به ونکومایسین دارند [5].
از طرف دیگر، ظهور سریع سویههای S.aureus با مقاومت بالا نسبت به آنتی بیوتیکها سبب ایجاد نگرانیهایی در ارتباط با کنترل و درمان دشوار بیماریهای ناشی از آن بوسیله آنتیبیوتیکها شده است. بنابراین ایجاد مقاومت به چنین داروهایی افزون بر تاًثیرات سنتتیک و شیمیایی آنها موجب شده است که در سالهای اخیر پژوهشهای فراوانی به منظور معرفی ترکیبات آنتیبیوتیکی نوین بهویژه ترکیباتی با منشاء طبیعی انجام گیرد. در این بین ترکیبات گیاهی بهدلیل مزیتهای فراوانی مانند در دسترس بودن، تنوع بالا، منابع فراوان و ارزان بودن و اثرات جانبی کم نسبت به داروهای شیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند [11]. در پژوهشی اثر ضد باکتریایی عصاره گیاه Laurus nobilis در از بین بردن سویههای بالینی مقاوم به متیسیلین
S. aureus تأیید شد [12].
در مطالعهای دیگر، تاًثیر ترکیبات گیاهی مختلف بر روی S. aureus های مقاوم به متیسیلین انجام گرفته است که هدف آن یافتن ترکیبات جدید فیتوشیمیایی جهت مبارزه با این باکتری میباشد [13]. تجزیه و تحلیل اثربخشی طیف وسیعی از ترکیبات گیاهی به منظور دستیابی به آنتی بیوتیکهای ایمن و جدید به طریق آزمایشگاهی زمانبر و نیازمند هزینه زیادی است. بنابراین طی سالهای اخیر پژوهشهای مبتنی بر روشهای بیوانفورماتیکی به علت صرفه جویی در زمان و هزینه به عنوان روشهایی مکمل در طراحی داروهای جدید از جمله ترکیبات آنتی بیوتیکی مورد توجه قرار گرفتهاند [14]. روشهای مذکور امکان پیشبینی برهمکنشها، ناحیه برهمکنش، گروهای عاملی درگیر در میانکنش دارو-هدف، سمیت احتمالی و نیز خصوصیات فیزیکوشیمیایی ترکیبات مورد آزمون را در مدت زمان کوتاه و با دقت بالایی فراهم میکنند. [15-14]. ضرورت مطالعه حاضر بر روی باکتری S.aureus، ناشی از بیماریزایی خطرناک و گسترده این باکتری در انسان و همچنین مقاوم شدن آن به درمانهای آنتیبیوتیکی میباشد. علاوه بر این، سه گیاه دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata، Laurus nobilis، گیاهان بومی ایران بوده و تأثیرات ضدباکتریایی آنها، بویژه بر روی باکتری S. aureus، در پژوهشهای آزمایشگاهی مورد تأیید واقع شده است [17-16]. با غربالگری ترکیبات اصلی گیاهی درگیر در فرآیند مهار پروتئینهای مسئول در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی از بین سایر ترکیبات گیاهان مورد مطالعه، میتوان از آن ترکیبات به صورت خالص شده در پژوهشهای تجربی بهره برد. بنابراین هدف از این مطالعه، بررسی بیوانفورماتیکی تاثیر ترکیبات موجود در گیاهان دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis در مهار پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در استافیلوکوکوس اورئوس میباشد.
مواد و روشها
مطالعه حاضر به شیوه توصیفی انجام شد. در این پژوهش اثر مهاری ترکیبات فیتوشیمیایی سه گونه گیاهی
F. angulat، S. striata، L. nobilis بر چهار پروتئین مهم و مؤثر در بروز مقاومت آنتی بیوتیکی در S. aureus شامل: پروتئینهای β-lactamase، a2PBP ، VanA و VanX مورد مطالعه قرار گرفت. ترکیبات این سه گیاه همراه با کد دسترسی و فرمول مولکولی آن از پایگاه دادههای ترکیبات شیمیایی به آدرس www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov استخراج شد و سپس ساختار سه بعدی لیگاندهای مورد نظر از همین پایگاه در فرمت sdf دریافت شد. همچنین ساختار سه بعدی چهار پروتئین مورد مطالعه به ترتیب با شمارههای دسترسی ALQ1، VQQ1، E4E1و 44R1 نیز از پایگاه دادههای پروتئین به آدرس www.rcsb.org بهدست آمد (تصویر 1الف-د).
بیش از سی سال پیش استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus; S. aureus) به عنوان یک عامل بیماریزای خطرناک و فراگیر در انسان معرفی شد. این باکتری بهعنوان یک باکتری گرم مثبت بوده و درمان عفونتهای ناشی از باکتری مذکور بهدلیل ظهور سویههای مقاوم به آنتیبیوتیکها بسیار دشوار است [1].
از اواسط قرن بیستم تاکنون علیرغم استفاده از داروهای مختلف جهت درمان بیماریهای ناشی از این باکتری، ایجاد مقاومت دارویی یکی از مهمترین عوامل بازدارنده بوده است [2]. در اوایل دهه 1940، پنیسیلین به طور گسترده جهت درمان بیماریهای وابسته به استافیلوکوکوس اورئوس مورد استفاده قرار گرفت. با این وجود، سویههای تولیدکنندهی پنیسیلیناز، با نام سویههای مقاوم به پنیسیلین (Penicillin-Resistant S. aureus; PRSA) به پنیسیلین مقاومت نشان دادند [3]. پس از آن در اوایل دههی 1960، متیسیلین جهت مقابلهی مؤثر با سویههای تولید کنندهی پنیسیلیناز تولید شد [4]. با این حال این باکتری به سرعت و در مدت زمان کوتاهی نسبت به این آنتی بیوتیکها مقاومت کسب کرد و موجب بروز سویههای مقاوم به متیسیلین (Methicillin-Resistant S. aureus; MRSA) شد [4]. اندکی پس از ظهور MRSA، نقش آنتیبیوتیک گلیکوپپتیدی ونکومایسین در درمان عفونتهای ناشی از این سویه تاًیید شد. با این حال جدایههای کلینیکی S. aureus با حساسیت کاهش یافته نسبت به ونکومایسین و حتی مقاومت کامل به ونکومایسین ظهور یافته است [5]. مقاومت S. aureus به بیشتر آنتیبیوتیکهای اولیه مانند متیسیلین و ونکومایسین غالباً بهدلیل کسب DNA انتقالی از دیگر میکروارگانیسمها است [6]. مقاومت درون ژنی، در حال حاضر یکی از مهمترین نقشها را در موارد کلینیکی و در مقاومتهای آنتی بیوتیکی مانند مقاومت به فلوروکوئینولون، ونکومایسین و داپتومایسین دارد [7-6].
مطابق با مطالعات صورت گرفته، مقاومت به پنی سیلین بهدلیل وجود یک آنزیم خارج سلولی بهنام بتالاکتاماز (β-lactamase) میباشد. بتالاکتاماز سبب هیدرولیز باندهای آمیدی حلقههای بتالاکتام پنیسیلین و آمپیسیلین میشود [8]. مقاومت به متیسیلین به علت تولید پروتئین متصل شونده به پروتئین 2a، (Penicillin-Binding Protein 2a; PBP2a) در باکتری S. aureus میباشد که دارای تمایل ضعیفی به پنیسیلین و بهطور عمده بتالاکتامهاست و در نتیجه سبب بوجود آمدن سویههای MRSA حاصل میشود [9]. باکتری S. aureus مقاوم به ونکومایسین (VRSA) قادر به تولید پیشسازهای پپتیدوگلیکان اصلاح شده میباشد که این پیشساز تمایل بسیار پایینتری به ونکومایسین دارد و سبب مقاومت باکتری میشود [10]. دو پروتئین D-alanyl-D-lacate ligase (Vancomycin A; VanA) و D,D-dipeptidase (Vancomycin X; VanX) نقش مهمی در ایجاد مقاومت باکتری S. aureus به ونکومایسین دارند [5].
از طرف دیگر، ظهور سریع سویههای S.aureus با مقاومت بالا نسبت به آنتی بیوتیکها سبب ایجاد نگرانیهایی در ارتباط با کنترل و درمان دشوار بیماریهای ناشی از آن بوسیله آنتیبیوتیکها شده است. بنابراین ایجاد مقاومت به چنین داروهایی افزون بر تاًثیرات سنتتیک و شیمیایی آنها موجب شده است که در سالهای اخیر پژوهشهای فراوانی به منظور معرفی ترکیبات آنتیبیوتیکی نوین بهویژه ترکیباتی با منشاء طبیعی انجام گیرد. در این بین ترکیبات گیاهی بهدلیل مزیتهای فراوانی مانند در دسترس بودن، تنوع بالا، منابع فراوان و ارزان بودن و اثرات جانبی کم نسبت به داروهای شیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند [11]. در پژوهشی اثر ضد باکتریایی عصاره گیاه Laurus nobilis در از بین بردن سویههای بالینی مقاوم به متیسیلین
S. aureus تأیید شد [12].
در مطالعهای دیگر، تاًثیر ترکیبات گیاهی مختلف بر روی S. aureus های مقاوم به متیسیلین انجام گرفته است که هدف آن یافتن ترکیبات جدید فیتوشیمیایی جهت مبارزه با این باکتری میباشد [13]. تجزیه و تحلیل اثربخشی طیف وسیعی از ترکیبات گیاهی به منظور دستیابی به آنتی بیوتیکهای ایمن و جدید به طریق آزمایشگاهی زمانبر و نیازمند هزینه زیادی است. بنابراین طی سالهای اخیر پژوهشهای مبتنی بر روشهای بیوانفورماتیکی به علت صرفه جویی در زمان و هزینه به عنوان روشهایی مکمل در طراحی داروهای جدید از جمله ترکیبات آنتی بیوتیکی مورد توجه قرار گرفتهاند [14]. روشهای مذکور امکان پیشبینی برهمکنشها، ناحیه برهمکنش، گروهای عاملی درگیر در میانکنش دارو-هدف، سمیت احتمالی و نیز خصوصیات فیزیکوشیمیایی ترکیبات مورد آزمون را در مدت زمان کوتاه و با دقت بالایی فراهم میکنند. [15-14]. ضرورت مطالعه حاضر بر روی باکتری S.aureus، ناشی از بیماریزایی خطرناک و گسترده این باکتری در انسان و همچنین مقاوم شدن آن به درمانهای آنتیبیوتیکی میباشد. علاوه بر این، سه گیاه دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata، Laurus nobilis، گیاهان بومی ایران بوده و تأثیرات ضدباکتریایی آنها، بویژه بر روی باکتری S. aureus، در پژوهشهای آزمایشگاهی مورد تأیید واقع شده است [17-16]. با غربالگری ترکیبات اصلی گیاهی درگیر در فرآیند مهار پروتئینهای مسئول در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی از بین سایر ترکیبات گیاهان مورد مطالعه، میتوان از آن ترکیبات به صورت خالص شده در پژوهشهای تجربی بهره برد. بنابراین هدف از این مطالعه، بررسی بیوانفورماتیکی تاثیر ترکیبات موجود در گیاهان دارویی Ferulago angulat، Scrophularia striata و Laurus nobilis در مهار پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در استافیلوکوکوس اورئوس میباشد.
مواد و روشها
مطالعه حاضر به شیوه توصیفی انجام شد. در این پژوهش اثر مهاری ترکیبات فیتوشیمیایی سه گونه گیاهی
F. angulat، S. striata، L. nobilis بر چهار پروتئین مهم و مؤثر در بروز مقاومت آنتی بیوتیکی در S. aureus شامل: پروتئینهای β-lactamase، a2PBP ، VanA و VanX مورد مطالعه قرار گرفت. ترکیبات این سه گیاه همراه با کد دسترسی و فرمول مولکولی آن از پایگاه دادههای ترکیبات شیمیایی به آدرس www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov استخراج شد و سپس ساختار سه بعدی لیگاندهای مورد نظر از همین پایگاه در فرمت sdf دریافت شد. همچنین ساختار سه بعدی چهار پروتئین مورد مطالعه به ترتیب با شمارههای دسترسی ALQ1، VQQ1، E4E1و 44R1 نیز از پایگاه دادههای پروتئین به آدرس www.rcsb.org بهدست آمد (تصویر 1الف-د).
تصویر1. چهار پروتئین مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی درS. aureus (الف: β-lactamase، ب: a2PBP ، ج: VanA، د: VanX)
جدول 1. ترکیبات گیاهی مورد بررسی جهت غربالگری مهارکنندههای پروتئینهای مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در باکتری S. aureus
| گونه گیاهی | نام ترکیب |
| Ferulago angulate | α-Pinene, Bornyl acetate, Gamma-Terpinene, Germacrene D, Myrcene, P-cymene, Allo ocimene, β –Ocimene, Borneol, Bornyl acetate, Camphene, Limonene, Methyl carvacrol, Sabinene, Spathulenol, Spathulenol, Terpinolene, Transe verbenol, Verbenene, α-phellandrene, β-pinene, |
| Scrophularia striata | 1.3 -dimethyl-benzene, 1- Pentadecanol, 2- Ethylbutanal, 3-methyl 2- heptanol, Bis (2- ethylhexyl) Phthalate, DI-N-Octyl phthalate, Ethyl palmitate, Ricinoleic acid, Tridecan 2- amine |
| Laurus nobilis | 1,8-cineole, α-Phellandrene, α-Pinene, α-Terpinene, α-Terpineol, β-pinene, β-Elemene, Borneol, Camphene, Camphor, Costunolide, Eugenol, Gamma-Terpinene, -Germacrene D 4- ol, Limonene, Linalool, Myrcene, Reynosin, Sabinene, Santamarine, Zaluzanin D |
پیش از بررسی برهمکنشهای لیگاند-پروتئین، ترکیبات گیاهی مورد نظر از لحاظ خصوصیات فیزیکوشیمیایی و همچنین عدم سمیت مورد بررسی قرار گرفتند [18]. خصوصیات فیزیکوشیمیایی مورد ارزیابی شامل حلالیت در آب، میزان قطبیدگی (TPSA)، میزان پخش (logD) و قابلیت نفوذ (logP) بودند که با استفاده از سرور آنلاین SwissADME به آدرس www.swissadme.ch تعیین شدند. علاوه بر این، پتانسیل جهشزایی ترکیبات گیاهی در سالمونلا تیفی موریوم و همچنین قابلیت مهار 4 سیتوکروم 4A4503 CytochromeP (4A3CYP)، 9C 4502 CytochromeP (9C2CYP)، 2A4501 CytochromeP (2A1CYP)، 19C4502 CytochromeP (19C2CYP) نیز به عنوان قابلیت سمیت ژنتیکی و سلولی به ترتیب با استفاده از نرم‌افزار Toxtree 2.6 و SwissADME مورد بررسی قرار گرفتند. سپس تمامی ترکیبات گیاهی و پروتئینها جهت بررسی برهمکنشها در پایدارترین حالت از لحاظ انرژی و ساختار و جلوگیری از ایجاد نتایج مثبت و منفی کاذب با استفاده از نرم افزار Chimera5 بهینه سازی شدند.
از آنجایی که امروزه بهرهگیری از ابزارهای سریع و محاسباتی نظیر داکینگ مولکولی جهت پیشبینی طراحی داروها ضروری به نظر میرسد و همچنین این روش بر اساس برهمکنش اتمها با یکدیگر بوده و در آن لیگاند یا ترکیب شیمیایی موردنظر، جهت یافتن جایگاه اتصال مطلوب، به طور تصادفی و یا با الگوریتم اختصاصی در سطح ماکرومولکول ویژهای جابجا میشود، لذا در این پژوهش، قابلیت ترکیبات گیاهی مورد نظر در ایجاد برهمکنش و مهار چهار پروتئین β-lactamase، a2PBP، VanA و VanX به روش داکینگ مولکولی و با استفاده از نرم‌افزار 2.1iGemdock ارزیابی شد [18]. پارامترهای بهکاررفته در داکینگ مولکولی این نرم افزار برای تمام ترکیبات مورد بررسی ثابت و به صورت نوع داکینگ استاندارد، تعداد دفعات برهمکنش 70، برهمکنشهای الکتریکی و هیدروژنی با انرژی آستانه 5/2- کیلوژول بر مول، برهمکنش واندروالسی با انرژی آستانه 4- کیلوژول برمول و قطر ناحیه برهمکنش 200 آنگستروم میباشد. در نهایت انرژی ناشی از برهمکنش هر ترکیب با پروتئینهای مورد بررسی تعیین و اسید آمینههای کلیدی و درگیر در برهمکنش نیز مشخص شدند.
نتایج
نتایج حاصل از پیشبینی خصوصیات فیزیکوشیمیایی ترکیبات گیاهی و همچنین پتانسیل سمیت آنها، که از سرور آنلاین SwissADME استخراج شده، در جدول 2 آورده شده است. بنابراین، به ترتیب با توجه به نتایج مربوط به ستون پتانسیل جهشزایی و جمعبندی نتایج مرتبط با مهار سیتوکرومها، هیچ یک از ترکیبات مورد بررسی در این پژوهش پتانسیل جهش زایی و سمیت سلولی نداشتند. نتایج حاصل با توجه به پتانسیل جهشزایی ترکیبات گیاهی در سالمونلا تیفیموریوم، جهت تعیین پتانسیل جهشزایی، و نیز بر اساس قابلیت مهار 4 سیتوکروم، بهمنظور تعیین سمیت ژنتیکی و سلولی، مورد بررسی واقع شدهاند. علاوه بر این، نتایج حاصل از سرور مذکور نشان داد که ترکیبات گیاهی S. striata جذب گوارشی بالاتری در مقایسه با سایر ترکیبات دارند. چنان‌چه ترکیبات دارویی خوراکی جذب گوارشی بالایی را داشته باشند، میتواند به راحتی توسط سیستم گوارشی جذب شده و بنابراین تأثیرات قابلتوجه و سریعتری را از خود نشان دهند. بررسی میزان حلالیت ترکیبات مورد ارزیابی بر اساس logS نیز نشان داد که ترکیب DI-N-Octyl phthalate حاصل از گیاه S.striata بیشترین و Ethylbutanal-2 موجود در همین گیاه کمترین حلالیت را دارند. علاوه بر این مشخص شد که در بین ترکیبات مورد ارزیابی، Methyl stearate و Ethylbutanal-2 به ترتیب، براساس logP، بالاترین و پایین‌ترین میزان قابلیت نفوذ را داشته و با توجه به اعداد مربوط به logD، بیشترین و کمترین میزان توزیع و پخش نیز به ترتیب مربوط به ترکیبات Methyl stearate و Reynosin میباشد.
از آنجایی که امروزه بهرهگیری از ابزارهای سریع و محاسباتی نظیر داکینگ مولکولی جهت پیشبینی طراحی داروها ضروری به نظر میرسد و همچنین این روش بر اساس برهمکنش اتمها با یکدیگر بوده و در آن لیگاند یا ترکیب شیمیایی موردنظر، جهت یافتن جایگاه اتصال مطلوب، به طور تصادفی و یا با الگوریتم اختصاصی در سطح ماکرومولکول ویژهای جابجا میشود، لذا در این پژوهش، قابلیت ترکیبات گیاهی مورد نظر در ایجاد برهمکنش و مهار چهار پروتئین β-lactamase، a2PBP، VanA و VanX به روش داکینگ مولکولی و با استفاده از نرم‌افزار 2.1iGemdock ارزیابی شد [18]. پارامترهای بهکاررفته در داکینگ مولکولی این نرم افزار برای تمام ترکیبات مورد بررسی ثابت و به صورت نوع داکینگ استاندارد، تعداد دفعات برهمکنش 70، برهمکنشهای الکتریکی و هیدروژنی با انرژی آستانه 5/2- کیلوژول بر مول، برهمکنش واندروالسی با انرژی آستانه 4- کیلوژول برمول و قطر ناحیه برهمکنش 200 آنگستروم میباشد. در نهایت انرژی ناشی از برهمکنش هر ترکیب با پروتئینهای مورد بررسی تعیین و اسید آمینههای کلیدی و درگیر در برهمکنش نیز مشخص شدند.
نتایج
نتایج حاصل از پیشبینی خصوصیات فیزیکوشیمیایی ترکیبات گیاهی و همچنین پتانسیل سمیت آنها، که از سرور آنلاین SwissADME استخراج شده، در جدول 2 آورده شده است. بنابراین، به ترتیب با توجه به نتایج مربوط به ستون پتانسیل جهشزایی و جمعبندی نتایج مرتبط با مهار سیتوکرومها، هیچ یک از ترکیبات مورد بررسی در این پژوهش پتانسیل جهش زایی و سمیت سلولی نداشتند. نتایج حاصل با توجه به پتانسیل جهشزایی ترکیبات گیاهی در سالمونلا تیفیموریوم، جهت تعیین پتانسیل جهشزایی، و نیز بر اساس قابلیت مهار 4 سیتوکروم، بهمنظور تعیین سمیت ژنتیکی و سلولی، مورد بررسی واقع شدهاند. علاوه بر این، نتایج حاصل از سرور مذکور نشان داد که ترکیبات گیاهی S. striata جذب گوارشی بالاتری در مقایسه با سایر ترکیبات دارند. چنان‌چه ترکیبات دارویی خوراکی جذب گوارشی بالایی را داشته باشند، میتواند به راحتی توسط سیستم گوارشی جذب شده و بنابراین تأثیرات قابلتوجه و سریعتری را از خود نشان دهند. بررسی میزان حلالیت ترکیبات مورد ارزیابی بر اساس logS نیز نشان داد که ترکیب DI-N-Octyl phthalate حاصل از گیاه S.striata بیشترین و Ethylbutanal-2 موجود در همین گیاه کمترین حلالیت را دارند. علاوه بر این مشخص شد که در بین ترکیبات مورد ارزیابی، Methyl stearate و Ethylbutanal-2 به ترتیب، براساس logP، بالاترین و پایین‌ترین میزان قابلیت نفوذ را داشته و با توجه به اعداد مربوط به logD، بیشترین و کمترین میزان توزیع و پخش نیز به ترتیب مربوط به ترکیبات Methyl stearate و Reynosin میباشد.
جدول 2- نتایج حاصل از پیش بینی خصوصیات فیزیکوشیمیایی و پتانسیل سمیت ترکیبات گیاهی مورد آزمایش
| logP لگاریتم نفوذ |
logD لگاریتم توزیع |
TPSA میزان قطبیت |
logS لگاریتم حلالیت |
جذب گوارشی | مهارسیتو کروم 2A1 | مهار سیتو کروم 19C2 | مهار سیتو کروم 9C2 | مهار سیتو کروم 4A3 | پتانسیل جهش زایی |
نام ترکیبات موجود در سه گیاه دارویی |
| 48/4 | 36/4 | 001/0> | 51/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | α-Pinene |
| 30/4 | 42/3 | 30/26 | 63/3- | زیاد | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Bornyl acetate |
| 50/4 | 56/4 | 001/0> | 45/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Gamma-Terpinene |
| 74/4 | 01/6 | 001/0> | 03/4- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Germacrene D |
| 17/4 | 46/4 | 001/0> | 05/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Myrcene |
| 10/4 | 09/4 | 001/0> | 63/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | P-cymene |
| 20/4 | 53/4 | 001/0> | 20/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Allo ocimene |
| 26/4 | 61/4 | 001/0> | 17/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | β -Ocimene |
| 72/2 | 42/3 | 23/20 | 51/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Borneol |
| 30/4 | 42/3 | 30/26 | 63/3- | زیاد | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Bornyl acetate |
| 22/4 | 13/4 | 001/0> | 34/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Camphene |
| 57/4 | 27/4 | 001/0> | 50/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Limonene |
| 49/3 | 12/3 | 23/20 | 31/3- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Methyl carvacrol |
| 09/3 | 37/4 | 001/0> | 57/2- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Sabinene |
| 11/3 | 20/4 | 23/20 | 17/3- | زیاد | خیر | بلی | خیر | خیر | خیر | Spathulenol |
| 47/4 | 38/4 | 001/0> | 50/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Terpinolene |
| 16/3 | 69/2 | 23/20 | 77/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Transe verbenol |
| 87/2 | 89/3 | 001/0> | 48/2- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Verbenene |
| 21/3 | 46/4 | 001/0> | 64/2- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | α-phellandrene |
| 16/4 | 15/4 | 001/0> | 31/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | β-pinene |
| 20/3 | 09/3 | 001/0> | 07/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | 1.3-dimethyl-benzene |
| 57/6 | 66/6 | 23/20 | 54/4- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | 1-pentadecanol |
| 48/1 | 65/1 | 07/17 | 20/1- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | 2-Ethylbutanal |
| 75/2 | 81/2 | 23/20 | 12/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | 3-methyl-2-heptanol |
| 45/7 | 77/7 | 60/52 | 06/6- | زیاد | خیر | خیر | بلی | بلی | خیر | Bis(2-ethylhexyl)phthalate |
| 10/8 | 33/8 | 60/52 |
34/6- | زیاد | خیر | خیر | خیر | بلی | خیر | DI-N-Octyl phthalate |
| 88/7 | 93/7 | 30/26 | 51/5- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Ethyl palmitate |
| 38/7 | 49/7 | 30/26 | 18/5- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Methyl palmitate |
| 35/8 | 37/8 | 30/26 | 83/5- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Methyl stearate |
| 45/7 | 50/7 | 23/20 | 21/5- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Oleyl alcohol |
| 17/7 | 43/4 | 30/37 | 02/5- | زیاد | بلی | خیر | بلی | خیر | خیر | Palmitic acid |
| 13/6 | 28/3 | 53/57 | 56/4- | زیاد | بلی | خیر | بلی | خیر | خیر | Ricinoleic acid |
| 35/5 | 16/2 | 02/26 | 79/3- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Tridecan-2-amine |
| 74/2 | 06/3 | 23/9 | 52/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | 1.8-cineole |
| 21/3 | 46/4 | 001/0> | 64/2- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | α-Phellandrene |
| 25/4 | 71/4 | 001/0> | 30/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | α-Terpinene |
| 39/3 | 95/2 | 23/20 | 87/3- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | α-Terpineol |
| 16/4 | 15/4 | 001/0> | 31/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | β-pinene |
| 11/6 | 36/5 | 001/0> | 76/4- | کم | خیر | بلی | بلی | خیر | خیر | β-Elemene |
| 72/2 | 76/2 | 23/20 | 51/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Borneol |
| 22/4 | 13/4 | 001/0> | 34/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Camphene |
| 19/2 | 38/2 | 07/17 | 16/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Camphor |
| 09/2 | 32/3 | 30/26 | 60/2- | زیاد | خیر | بلی | بلی | خیر | خیر | Costunolide |
| 27/2 | 22/2 | 46/29 | 46/2- | زیاد | بلی | خیر | خیر | خیر | خیر | Eugenol |
| 50/4 | 59/4 | 001/0> | 45/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Gamma-Terpinene |
| 77/3 | 63/4 | 23/20 | 53/3- | زیاد | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Germacrene D-4-ol |
| 57/4 | 27/4 | 001/0> | 50/3- | کم | خیر | خیر | بلی | خیر | خیر | Limonene |
| 97/2 | 89/2 | 23/20 | 40/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Linalool |
| 17/4 | 46/4 | 001/0> | 05/3- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Myrcene |
| 04/2 | 61/1 | 53/46 | 66/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Reynosin |
| 09/3 | 37/4 | 001/0> | 57/2- | کم | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Sabinene |
| 99/1 | 81/1 | 53/46 | 63/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Santamarine |
| 90/1 | 98/1 | 60/52 | 69/2- | زیاد | خیر | خیر | خیر | خیر | خیر | Zaluzanin D |
نتایج حاصل از داکینگ مولکولی بین ترکیبات گیاهی و چهار پروتئین مؤثر در بروز مقاومت آنتیبیوتیکی باکتری S. aureus در جدول 3 آورده شده است. نتایج نشان داد که اکثر ترکیبات مورد بررسی برهمکنشهای مناسبی را با چهار پروتئین مذکور نشان میدهند. بررسی مقایسهای برهمکنشها نشان داد که ترکیبات گیاه S. striata برهمکنشهای قوی تری را با پروتئینهای مورد بررسی انجام میدهند. علاوه براین مشخص شد قویترین برهمکنشهای رخ داده بین ترکیبات گیاهی و پروتئینVanX میباشد. از طرف دیگر مشخص شد که چهار ترکیب β-pinene، Ethylbutanal-2، -dimethyl-benzene1.3 و Camphene ضعیفترین برهمکنشها را با پروتئینهای مورد ارزیابی ایجاد میکنند. در مقابل مشخص شد که قویترین برهمکنشها در سه پروتئین β-lactamase، a2PBP وVanX مربوط به Phthalate(ethylhexyl-2)Bis و در پروتئین VanA مربوط به Palmitic acid میباشد. علاوه بر این بررسی اسید آمینههای درگیر در برهمکنشها نیز نشان داد که در برهمکنش ترکیبات گیاهی با پروتئین β-lactamase اسید آمینههایی نظیر 105TYR، 237GLN، 252PRO و 132ASN نقش کلیدی را ایفاء میکنند. بررسی جایگاه آمینو اسیدهای درگیر در برهمکنش با پروتئین مذکور نیز نشان داد اسید آمینههای قرار گرفته در نواحی 66-88، 105، 206-210 و 237-256 پروتئین مذکور حاوی باقی ماندههای کلیدی در برهمکنش با ترکیبات مورد بررسی میباشند (جدول3). آمینو اسیدهای کلیدی و نواحی مهم درگیر برهمکنش پروتئینهای مورد بررسی با ترکیبات گیاهی مورد مطالعه در جدول 3 خلاصه شده است. بهطور کلی کمترین و بیشترین اسید آمینههای درگیر در برهمکنش به ترتیب مربوط به β-lactamase و VanA بودند.
جدول 3- نواحی و اسید آمینههای کلیدی درگیر در برهمکنش ترکیبات گیاهی با 4 پروتئین مورد بررسی باکتری S. aureus
* باقیماندههای ذکر شده در جدول 3، شامل؛ تیروزین (TYR)، گلوتامین (GLN)، پرولین (PRO)، آرژنین (ARG)، ترهاونین (THR)، سرین (SER)، هیستیدین (HIS)، لیزین (LYS)، فنیلآلانین (PHE)، گلایسین (GLY)، گلوتامیک اسید (GLU)، ایزولوسین (ILE) و آسپاراژین(ASN) میباشند.
| باقیماندههای دارای نقش کلیدی در برهمکنش | موقعیت اسیدآمینههایی با بیشترین میزان مشارکت در برهمکنشها | پروتئین |
| TYR88, TYR105, GLN237, PRO252 | 88-67, 105, 210-206, 256-237 | β-lactamase |
| ARG151, THR165, SER240, ARG241, HIS 293, SER400 | 165, 295-240, 446, 521, 614-600 | PBP2a |
| LYS133, PHE169, LYS171, GLY176, SER178-177, GLU214, ILE240, ARG242, ASN304, GLU305 | 133, 181-169, 305-240 | VanA |
| ARG71, TYR109, TYR178, GLU181, HIS184 | 71-67, 140-110, 184-178 | VanX |
بحث
در سالهای اخیر فعالیت ضد باکتریایی ترکیبات فیتوشیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفته است [19]. در پژوهش حاضر تاًثیر ترکیبات حاصل از سه گونه گیاهی F. angulat، S. striata، L. nobilis در مهار چهار پروتئین مؤثر در ایجاد مقاومت آنتیبیوتیکی در باکتری S. aureus مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این ترکیبات برهمکنشهای قوی با پروتئینهای مورد مطالعه داشته و احتمالاً میتوانند در مهار چهار پروتئین مورد مطالعه مؤثر واقع شوند.
در سال های اخیر باتوجه به ایجاد مقاومت باکتری S. aureus به آنتیبیوتیکهایی مانند پنیسیلین و متیسیلین، محققین بهدنبال راهکارهای درمانی اختصاصی و مؤثری جهت درمان بیماریهای مرتبط با آن بودهاند [20]. در این خصوص بهرهگیری از گیاهان به دلیل اینکه دارای منابع غنی از ترکیبات ضدمیکروبی و دارویی میباشند، بسیار مورد توجه واقع شده است [24-21]. در پژوهشی که توسط Shahbazi et al. (2015) انجام گرفت تأثیر روغنهای ضروری گیاه F. angulat بر روی گونههای باکتریایی مختلف مانند لیستریا مونوسیتوژنزیز، باسیلوس سرئوس و S. aureus بررسی شد و خاصیت ضد باکتریایی ترکیباتی نظیر α-pinene، bornyl acetate و ɣ-terpinene بر روی باکتریهای مذکور گزارش شدند [16]. نتایج حاصل از پژوهشی دیگر بر روی عصارههای اتانولی و هیدروالکلی گیاه S. striata، نشان داد که بیشترین ترکیبات فیتوشیمیایی این گیاه شامل: Phthalate (ethylhexyl-2)Bis ، Methyl stearate، oleyl alcohol و DI-N-Octyl phthalate هستند و تاًثیر چشم‌گیری در از بین بردن باکتریهایی مانند S. aureus، اشریشیاکلی و لیستریا مونوسیتوژنر دارند [25]. در پژوهشی تاثیر روغنهای ضروری عصاره برگ گیاه L. nobilis بر روی چهارده نوع باکتری انجام گرفت و مشخص شد ترکیبات موجود در عصاره این گیاه موجب مهار فعالیت گونههای باکتریایی مورد آزمایش میشود [26]. در راستای مطالعات ذکر شده، در پژوهش حاضر نیز تاًثیر ترکیبات فیتوشیمیایی موجود در سه گونه ی گیاهی F. angulat، S. striata و L. nobilis بر روی باکتری S. aureus ارزیابی شد و نتایج مطالعه ما آن بیانگر برهمکنش قوی و مناسب ترکیبات سه گیاه مذکور با پروتئینهای مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در این باکتری بود.
از آنجایی که بررسیهای بیوانفورماتیک به علت خطای کمتر نسبت به سایر مطالعات، محققین را به هدف نزدیک میکند[27-29]، لذا در این پژوهش مطالعه بیوانفورماتیکی با استفاده از روش داکینگ مولکولی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که اکثر برهمکنشها و بیشترین اسیدآمینههای درگیر در برهمکنش مربوط به ناحیه 140-300 در پروتئین a2PBP هستند [30] که منطبق با نتایج بهدست آمده از تاًثیر ترکیبات فیتوشیمیایی سه گونه گیاهی F. angulate، S. striata و L. nobilis بر روی پروتئین a2PBP باکتری S. aureus در پژوهش حاضر است. همچنین نتایج نشان میدهد که دیگر اسیدآمینههای درگیر در برهمکنش با این پروتئین مربوط به ناحیه 400-600 هستند. ناحیه مذکور مرتبط با جایگاه فعال این پروتئین بوده و جایگاهی محافظت شده میباشد که به صورت نوکلئوفیل در سمت انتهای آمینی پروتئین قرار دارد [31]. علاوه بر این، در پژوهش حاضر تاًثیر ترکیبات سه گونه گیاهی مذکور بر روی پروتئینهای β-Lactamase، VanA و VanX نیز مورد بررسی قرار گرفت. در پروتئین β-Lactamase بیشترین آمینواسیدهای درگیر در برهمکنش مربوط به نواحی 105, 206-210, 237-256 است. دو باقیمانده اسیدآمینهای شامل موقعیت 228 و 254 در این پروتئین حضور دارند که نقش مهمی در تشکیل ساختمان پروتئین β-Lactamase ایفاء میکنند [32]. همچنین اسیدآمینه 70ser از اسیدآمینههای مهم جایگاه فعال این پروتئین است [33]. نتایج حاضر نیز بیانگر درگیری ناحیه اسیدآمینهای پیرامون اسیدآمینههای مذکور در برهمکنش با ترکیبات گیاهی مورد استفاده در این پژوهش است. این امر میتواند موجب مهار تشکیل و یا فعالیت این پروتئین گردد. در پروتئین VanA بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در نواحی اسیدآمینهای 133، 169-181 و 240-305 اتفاق افتاده است. جایگاه فعال این پروتئین در ناحیه 244-315 واقع شده است و اسیدآمینهی ARG242 نقش مهمی را در فعالیت این آنزیم ایفاء میکند [34]. در پژوهش حاضر نیز این نواحی بیشترین برهمکنش را با ترکیبات فیتوشیمیایی برقرار نمودهاند و همین امر میتواند موجب مهار این آنزیم توسط این ترکیبات شود. در پروتئین VanX بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در نواحی اسیدآمینهای 67-71، 110-140 و 178-184 اتفاق افتاده است. در راستای این مطالعه، Bussiere و همکاران نشان دادهاند که حفره جایگاه فعال این پروتئین به صورت آمفیپاتیک بوده و از نظر ظاهری به مستطیلی شکل بوده که سه وجه آن هیدروفیل و یک وجه آن هیدروفوب است و اسید آمینههای درگیر در این نواحی شامل آسپارتیک اسید-68، والین-110، آلانین-111، سرین-114، سرین-115، هیستیدین-116، آلانین-121، ایزولوسین-122، آسپارتیک اسید-123، فنیل آلانین-141، تیروزین-178، لوسین-180، تریپتوفان-183 و هیستیدین-184 است [35]. در مطالعه حاضر نیز بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در همین نواحی اتفاق افتاده است و نتایج آن با مطالعات قبلی مطابقت دارد. همین امر نشان دهنده احتمال مهار جایگاه فعال پروتئین بهوسیله ترکیبات گیاهی انتخاب شده است. همچنین این پروتئین برهمکنشهای قویتری را با ترکیبات گیاهی مذکور نسبت به سایر پروتئینهای مورد مطالعه در این پژوهش داشته است. به گونهای که بیشترین انرژی برهمکنش مربوط به همین پروتئین با ترکیب گیاهی Phthalate (ethylhexyl-2)Bis بوده است. همچنین این ترکیب گیاهی بیشترین انرژی برهمکنش را با پروتئینهای β-Lactamase و a2PBP داشته است. این ترکیب فیتوشیمیایی مشتق شده از گیاه S. striata بوده و یکی از عمدهترین ترکیبات موجود در این گیاه میباشدکه عملکرد ضد باکتریایی آن بهوسیله مطالعات آزمایشگاهی پیشین نیز تاًیید شده بود [25]. ترکیب گیاهی Palmitic acid نیز بیشترین انرژی برهمکنش را با پروتئین VanA داشته است. برهمکنشها لیگاندهای مذکور در برخی از نواحی با جایگاههای فعال این پروتئینها مرتبط بوده و در نتیجه میتوانند موجب مهار فعالیت این پروتئینها شوند. بنابراین ترکیبات مذکور میتوانند به عنوان نامزدهای بسیار مناسبی برای بررسی آزمایشگاهی و درونتنی فعالیت ضد S. aureus محسوب شوند.
نتیجهگیری
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که تمامی ترکیبات مورد بررسی برهمکنشهای مناسبی را با آنزیم های مذکور انجام میدهند. بررسی نواحی و شدت برهمکنشهای انجام شده نشان داد که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid با ایجاد برهمکنشهای قوی در جایگاه فعال این پروتئینها میتوانند موجب مهار فعالیت آنها شوند. بنابراین میتوانند به عنوان گزینههای مناسب و مؤثری جهت بررسیهای مطالعات آزمایشگاهی و درونتنی به منظور دستیابی به ترکیبات طبیعی با قابلیت کنترل و درمان عفونتهای ناشی از S. aureus در نظر گرفته شوند.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله نویسندگان این مقاله کمال تشکر و قدردانی را از اساتید گروه بیوتکنولوژی دانشکده فناوریهای نوین دانشگاه اصفهان به علت راهنماییهای ارزش‌مند جهت انجام این پژوهش دارند.
در سالهای اخیر فعالیت ضد باکتریایی ترکیبات فیتوشیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفته است [19]. در پژوهش حاضر تاًثیر ترکیبات حاصل از سه گونه گیاهی F. angulat، S. striata، L. nobilis در مهار چهار پروتئین مؤثر در ایجاد مقاومت آنتیبیوتیکی در باکتری S. aureus مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این ترکیبات برهمکنشهای قوی با پروتئینهای مورد مطالعه داشته و احتمالاً میتوانند در مهار چهار پروتئین مورد مطالعه مؤثر واقع شوند.
در سال های اخیر باتوجه به ایجاد مقاومت باکتری S. aureus به آنتیبیوتیکهایی مانند پنیسیلین و متیسیلین، محققین بهدنبال راهکارهای درمانی اختصاصی و مؤثری جهت درمان بیماریهای مرتبط با آن بودهاند [20]. در این خصوص بهرهگیری از گیاهان به دلیل اینکه دارای منابع غنی از ترکیبات ضدمیکروبی و دارویی میباشند، بسیار مورد توجه واقع شده است [24-21]. در پژوهشی که توسط Shahbazi et al. (2015) انجام گرفت تأثیر روغنهای ضروری گیاه F. angulat بر روی گونههای باکتریایی مختلف مانند لیستریا مونوسیتوژنزیز، باسیلوس سرئوس و S. aureus بررسی شد و خاصیت ضد باکتریایی ترکیباتی نظیر α-pinene، bornyl acetate و ɣ-terpinene بر روی باکتریهای مذکور گزارش شدند [16]. نتایج حاصل از پژوهشی دیگر بر روی عصارههای اتانولی و هیدروالکلی گیاه S. striata، نشان داد که بیشترین ترکیبات فیتوشیمیایی این گیاه شامل: Phthalate (ethylhexyl-2)Bis ، Methyl stearate، oleyl alcohol و DI-N-Octyl phthalate هستند و تاًثیر چشم‌گیری در از بین بردن باکتریهایی مانند S. aureus، اشریشیاکلی و لیستریا مونوسیتوژنر دارند [25]. در پژوهشی تاثیر روغنهای ضروری عصاره برگ گیاه L. nobilis بر روی چهارده نوع باکتری انجام گرفت و مشخص شد ترکیبات موجود در عصاره این گیاه موجب مهار فعالیت گونههای باکتریایی مورد آزمایش میشود [26]. در راستای مطالعات ذکر شده، در پژوهش حاضر نیز تاًثیر ترکیبات فیتوشیمیایی موجود در سه گونه ی گیاهی F. angulat، S. striata و L. nobilis بر روی باکتری S. aureus ارزیابی شد و نتایج مطالعه ما آن بیانگر برهمکنش قوی و مناسب ترکیبات سه گیاه مذکور با پروتئینهای مرتبط با بروز مقاومت آنتیبیوتیکی در این باکتری بود.
از آنجایی که بررسیهای بیوانفورماتیک به علت خطای کمتر نسبت به سایر مطالعات، محققین را به هدف نزدیک میکند[27-29]، لذا در این پژوهش مطالعه بیوانفورماتیکی با استفاده از روش داکینگ مولکولی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که اکثر برهمکنشها و بیشترین اسیدآمینههای درگیر در برهمکنش مربوط به ناحیه 140-300 در پروتئین a2PBP هستند [30] که منطبق با نتایج بهدست آمده از تاًثیر ترکیبات فیتوشیمیایی سه گونه گیاهی F. angulate، S. striata و L. nobilis بر روی پروتئین a2PBP باکتری S. aureus در پژوهش حاضر است. همچنین نتایج نشان میدهد که دیگر اسیدآمینههای درگیر در برهمکنش با این پروتئین مربوط به ناحیه 400-600 هستند. ناحیه مذکور مرتبط با جایگاه فعال این پروتئین بوده و جایگاهی محافظت شده میباشد که به صورت نوکلئوفیل در سمت انتهای آمینی پروتئین قرار دارد [31]. علاوه بر این، در پژوهش حاضر تاًثیر ترکیبات سه گونه گیاهی مذکور بر روی پروتئینهای β-Lactamase، VanA و VanX نیز مورد بررسی قرار گرفت. در پروتئین β-Lactamase بیشترین آمینواسیدهای درگیر در برهمکنش مربوط به نواحی 105, 206-210, 237-256 است. دو باقیمانده اسیدآمینهای شامل موقعیت 228 و 254 در این پروتئین حضور دارند که نقش مهمی در تشکیل ساختمان پروتئین β-Lactamase ایفاء میکنند [32]. همچنین اسیدآمینه 70ser از اسیدآمینههای مهم جایگاه فعال این پروتئین است [33]. نتایج حاضر نیز بیانگر درگیری ناحیه اسیدآمینهای پیرامون اسیدآمینههای مذکور در برهمکنش با ترکیبات گیاهی مورد استفاده در این پژوهش است. این امر میتواند موجب مهار تشکیل و یا فعالیت این پروتئین گردد. در پروتئین VanA بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در نواحی اسیدآمینهای 133، 169-181 و 240-305 اتفاق افتاده است. جایگاه فعال این پروتئین در ناحیه 244-315 واقع شده است و اسیدآمینهی ARG242 نقش مهمی را در فعالیت این آنزیم ایفاء میکند [34]. در پژوهش حاضر نیز این نواحی بیشترین برهمکنش را با ترکیبات فیتوشیمیایی برقرار نمودهاند و همین امر میتواند موجب مهار این آنزیم توسط این ترکیبات شود. در پروتئین VanX بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در نواحی اسیدآمینهای 67-71، 110-140 و 178-184 اتفاق افتاده است. در راستای این مطالعه، Bussiere و همکاران نشان دادهاند که حفره جایگاه فعال این پروتئین به صورت آمفیپاتیک بوده و از نظر ظاهری به مستطیلی شکل بوده که سه وجه آن هیدروفیل و یک وجه آن هیدروفوب است و اسید آمینههای درگیر در این نواحی شامل آسپارتیک اسید-68، والین-110، آلانین-111، سرین-114، سرین-115، هیستیدین-116، آلانین-121، ایزولوسین-122، آسپارتیک اسید-123، فنیل آلانین-141، تیروزین-178، لوسین-180، تریپتوفان-183 و هیستیدین-184 است [35]. در مطالعه حاضر نیز بیشترین برهمکنشها با لیگاندها در همین نواحی اتفاق افتاده است و نتایج آن با مطالعات قبلی مطابقت دارد. همین امر نشان دهنده احتمال مهار جایگاه فعال پروتئین بهوسیله ترکیبات گیاهی انتخاب شده است. همچنین این پروتئین برهمکنشهای قویتری را با ترکیبات گیاهی مذکور نسبت به سایر پروتئینهای مورد مطالعه در این پژوهش داشته است. به گونهای که بیشترین انرژی برهمکنش مربوط به همین پروتئین با ترکیب گیاهی Phthalate (ethylhexyl-2)Bis بوده است. همچنین این ترکیب گیاهی بیشترین انرژی برهمکنش را با پروتئینهای β-Lactamase و a2PBP داشته است. این ترکیب فیتوشیمیایی مشتق شده از گیاه S. striata بوده و یکی از عمدهترین ترکیبات موجود در این گیاه میباشدکه عملکرد ضد باکتریایی آن بهوسیله مطالعات آزمایشگاهی پیشین نیز تاًیید شده بود [25]. ترکیب گیاهی Palmitic acid نیز بیشترین انرژی برهمکنش را با پروتئین VanA داشته است. برهمکنشها لیگاندهای مذکور در برخی از نواحی با جایگاههای فعال این پروتئینها مرتبط بوده و در نتیجه میتوانند موجب مهار فعالیت این پروتئینها شوند. بنابراین ترکیبات مذکور میتوانند به عنوان نامزدهای بسیار مناسبی برای بررسی آزمایشگاهی و درونتنی فعالیت ضد S. aureus محسوب شوند.
نتیجهگیری
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که تمامی ترکیبات مورد بررسی برهمکنشهای مناسبی را با آنزیم های مذکور انجام میدهند. بررسی نواحی و شدت برهمکنشهای انجام شده نشان داد که دو ترکیب Phthalate (ethylhexyl-2)Bis و Palmitic acid با ایجاد برهمکنشهای قوی در جایگاه فعال این پروتئینها میتوانند موجب مهار فعالیت آنها شوند. بنابراین میتوانند به عنوان گزینههای مناسب و مؤثری جهت بررسیهای مطالعات آزمایشگاهی و درونتنی به منظور دستیابی به ترکیبات طبیعی با قابلیت کنترل و درمان عفونتهای ناشی از S. aureus در نظر گرفته شوند.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله نویسندگان این مقاله کمال تشکر و قدردانی را از اساتید گروه بیوتکنولوژی دانشکده فناوریهای نوین دانشگاه اصفهان به علت راهنماییهای ارزش‌مند جهت انجام این پژوهش دارند.
References
[1] Blot S, Vandewoude K, Colardyn F. Staphylococcus aureus infections. N Engl J Med 1998; 339(27):2025-6.
[2] De Kraker M, Jarlier V, Monen J, Heuer O, Van De Sande N, Grundmann H. The changing epidemiology of bacteraemias in Europe: trends from the European Antimicrobial Resistance Surveillance System. Clin Microbiol Infect 2013; 19(9):860-8.
[3] Rahimipour F, Roudbari F, Azimian A, Youssefi M, Ghazvini K. Prevalence of staphylococcus aureus with reduced susceptibility against vancomycin in clinical samples isolate from Mashhad hospitalsduring 2014. J North Khorasan Uni 2015; 7(2):309-18. [Farsi]
[4] Klevens RM, Edwards JR, Richards Jr CL, Horan TC, Gaynes RP, Pollock DA, et al. Estimatinghealth care-associated infections and deaths in US hospitals, 2002. Public Health Rep 2007; 122(2):160-6.
[5] McGuinness WA, Malachowa N, DeLeo FR. Focus: Infectious Diseases: Vancomycin Resistance in Staphylococcus aureus. Yale J Biol Med 2017; 90(2):269.
[6] Pantosti A, Sanchini A, Monaco M. Mechanisms of antibiotic resistance in Staphylococcus aureus. 2007; 323-34.
[7] Dedania VS, Hale BP, Bhatnagar P. Endogenous endophthalmitis due to clinically vancomycin-resistant Staphylococcus aureus. Retin Cases Brief Rep 2015; 9(1): 59-60.
[8] Aqil F, Khan MS, Owais M, Ahmad I. Effect of certain bioactive plant extracts on clinical isolates of β‐lactamase producing methicillin resistant Staphylococcus aureus. J. Basic Microbiol 2005; 45(2): 106-14.
[9] Lim D, Strynadka NC. Structural basis for the β lactam resistance of PBP2a from methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Nat Struct Mol Biol 2002; 9(11): 870.
[10] Courvalin P. Vancomycin resistance in gram-positive cocci. Clin Infect Dis 2006; 1(42): 25-34
[11] Savoia D. Plant-derived antimicrobial compounds: alternatives to antibiotics. Future Microbiol 2012; 7(8):979-90.
[14] Blundell TL, Sibanda BL, Montalvão RW, Brewerton S, Chelliah V, Worth CL, et al. Structural biology and bioinformatics in drug design: opportunities and challenges for target identification and lead discovery. Philos Trans R Soc B Biol Sci 2006; 361(1467):413-23.
[15] Nosrati M, Behbahani M. Molecular Docking Study of HIV-1 Protease with Triterpenoides Compounds from Plants and Mushroom. Arak Uni Med Sci J 2015; 18(3):67-79.[Farsi]
[16] Shahbazi Y, Shavisi N, Karami N, Kakaei S. Chemical composition and in vitro antibacterial activity of Ferulago angulata (Schlecht.) Boiss essential oil. Pharma Sci 2015; 21(1): 6.
[17] Merghni A, Marzouki H, Hentati H, Aouni M, Mastouri M. Antibacterial and antibiofilm activities of Laurus nobilis L. essential oil against Staphylococcus aureus strains associated with oral infections. Curr Res Translat Med 2016; 64(1): 29-34.
[18] NosratiM., Shakeran Z, Shakeran Z. Frangulosid as a novel hepatitis B virus DNA polymerase inhibitor: a virtual screening study. In Silico Pharmacol 2018; 6(1):10.
[19] Nascimento GG, Locatelli J, Freitas PC, Silva GL. Antibacterial activity of plant extracts and phytochemicals on antibiotic-resistant bacteria. Braz. J. Microbiol 2000; 31(4):247-56.
[20] Purrello S, Garau J, Giamarellos E, Mazzei T, Pea F, Soriano A, et al. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections: A review of the currently available treatment options. J Glob Antimicrob Re 2016; 7:178-86.
[25] Jafari AA, Shohrati M, Mahmoudi R, Hoseini RH, Nosratpour S, Pajohi-Alamoti M, et al. Chemical composition and biological activities of Scrophularia striata extracts. Minerva Biotecnol 2014; 26(3):183-9.
[26] El-Sawi S, Ibrahim M, Ali A. In Vitro Cytotoxic, Antioxidant and AntimicrobialActivities of Essential Oil of Leaves of Laurus nobilis L. Grown in Egypt and its Chemical Composition. Med Aroma Plant Sci Biotechnol 2009; 3(1):16-23.
[27] Nosrati M, Behbahani M. In vitro and in silico antibacterial activity of prangos¬ ferulacea (l.) lindl and prangos uloptera dc, and their mutagenicity in the ames test. J Microbiol, Biotechnol Food Sci 2016; 6(3): 930.
[28] Nosrati M, Behbahani M. In Vitro and in Silico Evaluation of Antibacterial Effect of Methanolic Extracts of Prangos Ferulacea on Single and Biofilm Structure of Streptococcus Mutans. SSU_Journals 2016; 23(11):1049-62.
[29] Nosrati M, Shakeran Z, Shakeran Z. In Silico Screening Hepatitis B Virus Dna Polymerase Inhibitors From Medicinal Plants. Arak Med Univ J 2017; 20(5): 89-102. [Farsi]
[30] Hussein NNA, Daddam JR, PrasadEM, Naidu N. Evaluation of novel curcumin derivatives against methicillin resistant staphylococcus aureus (mrsa). Int J Appl Biol Pharm 2017; 8(3): 111-20.
[31] Lim D, Strynadka NC. Structural basis for the β lactam resistance of PBP2a from methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Nat. Struct. Mol. Biol 2002; 9(11):870.
[32] Pieper U, Hayakawa K, Li Z, Herzberg O. Circularly permuted β-lactamase from Staphylococcus aureus PC1. Biochemistry 1997; 36(29):8767-74.
[33] Herzberg O, Moult J. Bacterial resistance to beta-lactamantibiotics: crystal structure of beta-lactamase from Staphylococcus aureus PC1 at 2.5 A resolution. Science 1987; 236(4802):694-701.
[34] Roper DI, Huyton T, Vagin A, Dodson G. The molecular basis of vancomycin resistance in clinically relevant Enterococci: crystal structure of D-alanyl-D-lactate ligase (VanA). Proc Natl Acad Sci 2000; 97(16):8921-5.
[2] De Kraker M, Jarlier V, Monen J, Heuer O, Van De Sande N, Grundmann H. The changing epidemiology of bacteraemias in Europe: trends from the European Antimicrobial Resistance Surveillance System. Clin Microbiol Infect 2013; 19(9):860-8.
[3] Rahimipour F, Roudbari F, Azimian A, Youssefi M, Ghazvini K. Prevalence of staphylococcus aureus with reduced susceptibility against vancomycin in clinical samples isolate from Mashhad hospitalsduring 2014. J North Khorasan Uni 2015; 7(2):309-18. [Farsi]
[4] Klevens RM, Edwards JR, Richards Jr CL, Horan TC, Gaynes RP, Pollock DA, et al. Estimatinghealth care-associated infections and deaths in US hospitals, 2002. Public Health Rep 2007; 122(2):160-6.
[5] McGuinness WA, Malachowa N, DeLeo FR. Focus: Infectious Diseases: Vancomycin Resistance in Staphylococcus aureus. Yale J Biol Med 2017; 90(2):269.
[6] Pantosti A, Sanchini A, Monaco M. Mechanisms of antibiotic resistance in Staphylococcus aureus. 2007; 323-34.
[7] Dedania VS, Hale BP, Bhatnagar P. Endogenous endophthalmitis due to clinically vancomycin-resistant Staphylococcus aureus. Retin Cases Brief Rep 2015; 9(1): 59-60.
[8] Aqil F, Khan MS, Owais M, Ahmad I. Effect of certain bioactive plant extracts on clinical isolates of β‐lactamase producing methicillin resistant Staphylococcus aureus. J. Basic Microbiol 2005; 45(2): 106-14.
[9] Lim D, Strynadka NC. Structural basis for the β lactam resistance of PBP2a from methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Nat Struct Mol Biol 2002; 9(11): 870.
[10] Courvalin P. Vancomycin resistance in gram-positive cocci. Clin Infect Dis 2006; 1(42): 25-34
[11] Savoia D. Plant-derived antimicrobial compounds: alternatives to antibiotics. Future Microbiol 2012; 7(8):979-90.
- Otsuka N, Liu MH, Shiota S, Ogawa W, Kuroda T, Hatano T. et al. Anti-methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) compounds isolated from Laurus nobilis. Biol Pharm Bull 2008; 31(9): 1794-97.
[14] Blundell TL, Sibanda BL, Montalvão RW, Brewerton S, Chelliah V, Worth CL, et al. Structural biology and bioinformatics in drug design: opportunities and challenges for target identification and lead discovery. Philos Trans R Soc B Biol Sci 2006; 361(1467):413-23.
[15] Nosrati M, Behbahani M. Molecular Docking Study of HIV-1 Protease with Triterpenoides Compounds from Plants and Mushroom. Arak Uni Med Sci J 2015; 18(3):67-79.[Farsi]
[16] Shahbazi Y, Shavisi N, Karami N, Kakaei S. Chemical composition and in vitro antibacterial activity of Ferulago angulata (Schlecht.) Boiss essential oil. Pharma Sci 2015; 21(1): 6.
[17] Merghni A, Marzouki H, Hentati H, Aouni M, Mastouri M. Antibacterial and antibiofilm activities of Laurus nobilis L. essential oil against Staphylococcus aureus strains associated with oral infections. Curr Res Translat Med 2016; 64(1): 29-34.
[18] NosratiM., Shakeran Z, Shakeran Z. Frangulosid as a novel hepatitis B virus DNA polymerase inhibitor: a virtual screening study. In Silico Pharmacol 2018; 6(1):10.
[19] Nascimento GG, Locatelli J, Freitas PC, Silva GL. Antibacterial activity of plant extracts and phytochemicals on antibiotic-resistant bacteria. Braz. J. Microbiol 2000; 31(4):247-56.
[20] Purrello S, Garau J, Giamarellos E, Mazzei T, Pea F, Soriano A, et al. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections: A review of the currently available treatment options. J Glob Antimicrob Re 2016; 7:178-86.
- 1] Nosrati M, Behbahani M. Antibacterial Activity of Methanol Extracts from Different Parts of Prangos crossoptera and their Synergistic Effect on Some Antibiotics. J Mazan Uni Med Sci 2015; 25(129): 92-101. [Farsi]
- Quave CL, Estévez-Carmona M, Compadre CM, Hobby G, Hendrickson H, Beenken KE, et al. Ellagic acid derivatives from Rubus ulmifolius inhibit Staphylococcus aureus biofilm formation and improve response to antibiotics. PloS one 2012; 7(1): e28737.
- Djeussi DE, Noumedem JA, Seukep JA, Fankam AG, Voukeng IK, Tankeo SB, et al. Antibacterial activities of selected edible plants extracts against multidrug-resistant Gram-negative bacteria. BMC Complement Altern Med 2013; 13(1): 164.
[25] Jafari AA, Shohrati M, Mahmoudi R, Hoseini RH, Nosratpour S, Pajohi-Alamoti M, et al. Chemical composition and biological activities of Scrophularia striata extracts. Minerva Biotecnol 2014; 26(3):183-9.
[26] El-Sawi S, Ibrahim M, Ali A. In Vitro Cytotoxic, Antioxidant and AntimicrobialActivities of Essential Oil of Leaves of Laurus nobilis L. Grown in Egypt and its Chemical Composition. Med Aroma Plant Sci Biotechnol 2009; 3(1):16-23.
[27] Nosrati M, Behbahani M. In vitro and in silico antibacterial activity of prangos¬ ferulacea (l.) lindl and prangos uloptera dc, and their mutagenicity in the ames test. J Microbiol, Biotechnol Food Sci 2016; 6(3): 930.
[28] Nosrati M, Behbahani M. In Vitro and in Silico Evaluation of Antibacterial Effect of Methanolic Extracts of Prangos Ferulacea on Single and Biofilm Structure of Streptococcus Mutans. SSU_Journals 2016; 23(11):1049-62.
[29] Nosrati M, Shakeran Z, Shakeran Z. In Silico Screening Hepatitis B Virus Dna Polymerase Inhibitors From Medicinal Plants. Arak Med Univ J 2017; 20(5): 89-102. [Farsi]
[30] Hussein NNA, Daddam JR, PrasadEM, Naidu N. Evaluation of novel curcumin derivatives against methicillin resistant staphylococcus aureus (mrsa). Int J Appl Biol Pharm 2017; 8(3): 111-20.
[31] Lim D, Strynadka NC. Structural basis for the β lactam resistance of PBP2a from methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Nat. Struct. Mol. Biol 2002; 9(11):870.
[32] Pieper U, Hayakawa K, Li Z, Herzberg O. Circularly permuted β-lactamase from Staphylococcus aureus PC1. Biochemistry 1997; 36(29):8767-74.
[33] Herzberg O, Moult J. Bacterial resistance to beta-lactamantibiotics: crystal structure of beta-lactamase from Staphylococcus aureus PC1 at 2.5 A resolution. Science 1987; 236(4802):694-701.
[34] Roper DI, Huyton T, Vagin A, Dodson G. The molecular basis of vancomycin resistance in clinically relevant Enterococci: crystal structure of D-alanyl-D-lactate ligase (VanA). Proc Natl Acad Sci 2000; 97(16):8921-5.
- Bussiere DE, Pratt SD, Katz L, Severin JM, Holzman T, Park CH. The structure of VanX reveals a novel amino-dipeptidase involved in mediating transposon-based vancomycin resistance. Mol Cell 1998; 2(1): 75-84.
Bioinformatics Study of the Effects of Some Phytocompounds Found in Ferulago Angulat, Scrophularia Striata and Laurus Nobilis Medicinal Plants on Inhibition of the Proteins Causing Antibiotic Resistance in Staphylococcus Aureus: A Descriptive Study
Z. Shakeran[4], Z. Shakeran[5] M. Nosrati[6]
Received: 08/07/2018 Sent for Revision: 22/10/2018 Received Revised Manuscript: 01/01/2019 Accepted: 02/01/2019
Background and Objectives: Currently infections caused by Staphylococcus aureus have increased and raised antibiotic resistant isolates. Therefore, lots of studies have been done to introduce novel anti-S.aureus compounds especially natural originated constitutes. Hence, this study aimed to determine bioinformatics screening of novel inhibitors of antibiotic resistance-associated proteins in S.aureus from medicinal plants.
Material and Methods: Firstly, in this descriptive study, three-dimension structure of a set of phytochemicals from three medicinal plants including Ferulago angulat, Scrophularia striata, Laurus nobilis were retrieved from PubChem database. Then, three-dimension structure of four antibiotic resistance-associated proteins including β-lactamase, penicillin binding protein 2A (PBP2a), Vancomycin A (VanA) and D-alanyl-D-alanine dipeptidase (VanX) were obtained from Protein Data Bank. Finally, the ability of the selected phytocompounds for inhibition of the mentioned antibiotic resistance-associated proteins was investigated using molecular docking method by iGemdock 2.1 software.
Results: The results showed that most of the tested compounds had appropriate interaction to all the studied proteins especially to VanX. The results also revealed that Bis (2-ethylhexyl) phthalate and Palmitic acid had strongest interactions to all the tested proteins.
Conclusion: The results of this study showed that Bis (2-ethylhexyl) phthalate and Palmitic acid found in the surveyed medicinal plants are good candidates for more in vitro and in vivo studies about anti-bacterial activity against antibiotic resistant S. aureus.
Keywords: Staphylococcus aureus, Antibiotic resistance, Medicinal plants, Bioinformatics.
Funding: None declared.
Conflict of interest: None declared.
Ethical approval: None declared.
How to cite this article: Shakeran Z, Shakeran Z, Nosrati M. Bioinformatics Study of the Effects of Some Phytocompounds Found in Ferulago Angulat, Scrophularia Striata and Laurus Nobilis Medicinal Plants on Inhibition of the Proteins Causing Antibiotic Resistance in Staphylococcus Aureus: A Descriptive Study. J Rafsanjan Univ Med Sci 2019; 18 (2): 177-92. [Farsi]
[2]- دانشجوی دکتری نانوبیوتکنولوژی، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای نوین، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
[3] - (نویسنده مسئول) دانشجوی دکتری نانوبیوتکنولوژی، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای نوین، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
تلفن: 33448835-031، دورنگار: 33448835-031، پست الکترونیکی: Mokhtar.nosrati@ast.ui.ac.ir
تلفن: 33448835-031، دورنگار: 33448835-031، پست الکترونیکی: Mokhtar.nosrati@ast.ui.ac.ir
ORCID: 0000-0003-2423-6387
[5]- PhD Student of Nanobiotechnology, Dept. of Biotechnology, Faculty of Advanced Sciences and Technologies, University of Isfahan, Isfahan, Iran, ORCID: 0000-0002-6829-870X
[6]- PhD Student of Nanobiotechnology, Dept. of Biotechnology, Faculty of Advanced sciences and Technologies, University of Isfahan, Isfahan, Iran, ORCID: 0000-0002-8525-5445
(Corresponding Author) Tel: (031) 33448835, Fax: (031) 33448835, E-mail: Mokhtar.nosrati@ast.ui.ac.ir
(Corresponding Author) Tel: (031) 33448835, Fax: (031) 33448835, E-mail: Mokhtar.nosrati@ast.ui.ac.ir
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
زيست شناسي
دریافت: 1397/4/7 | پذیرش: 1397/10/12 | انتشار: 1398/2/25
دریافت: 1397/4/7 | پذیرش: 1397/10/12 | انتشار: 1398/2/25
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
