DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1715533
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41695994
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Marina Ika Irianti وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانيات الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة من عائلة الفاباسيا كمثبطات لمضخة النفايات NorA في المكورات العنقودية الذهبية، وهو عامل رئيسي في مقاومة المضادات الحيوية. تم فحص ما مجموعه 37 فلافونويد (إيزو) مسبق لتحديد قدرتها على تعزيز فعالية السيبروفلوكساسين والإريثروميسين ضد سلالات S. aureus التي تعبر عن NorA بشكل مفرط. أظهرت النتائج أن سبعة مركبات، بما في ذلك 8-برينيلنارينجين وويغتون، زادت بشكل كبير من نشاط السيبروفلوكساسين، محققة انخفاضًا يصل إلى 8 أضعاف في التركيز المثبط الأدنى (MIC) عند 10 ميكرومتر، دون التأثير على نفاذية الغشاء. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير نماذج العلاقة الكمية بين التركيب والنشاط (QSAR)، محققة دقة تنبؤ بنسبة 90% للمركبات النشطة و88% للمركبات غير النشطة، مما يبرز أهمية الخصائص الجزيئية مثل المساحة السطحية القطبية والخصائص الكارهة للماء في تثبيط NorA.
تشير النتائج إلى أن بعض الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة يمكن أن تعمل كمثبطات فعالة لمضخة النفايات NorA (EPIs) دون إظهار نشاط مضاد للميكروبات بشكل مباشر. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تحدد الخصائص الجزيئية الرئيسية التي تميز المركبات ذات النشاط المضاد للميكروبات عن تلك التي تثبط NorA بشكل محدد، مثل المساحة السطحية القطبية السلبية الجزئية والشحنات السلبية الرسمية. تؤكد الأبحاث على إمكانية تحسين الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة بشكل أكبر، وخاصة النيوبايفيسوفلافون وويغتون، كمرشحين واعدين لتطوير EPIs لـ NorA، مما يساهم في تقديم رؤى قيمة حول استراتيجيات مكافحة مقاومة المضادات الحيوية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحدي الكبير الذي تمثله المكورات العنقودية الذهبية (S. aureus) للصحة العامة، وخاصة السلالة المقاومة للميثيسيلين (MRSA)، التي تتطور بشكل متزايد لمقاومة الفلوروكينولونات. يتم التأكيد على ضرورة إيجاد عوامل تعديل المقاومة (RMAs)، وخاصة تلك التي يمكن أن تثبط مضخة النفايات NorA، وهي آلية رئيسية لمقاومة المضادات الحيوية في S. aureus. تبرز الورقة إمكانيات الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة المشتقة من عائلة الفاباسيا، التي أظهرت وعدًا كمثبطات لمضخة النفايات (EPIs) يمكن أن تعزز فعالية المضادات الحيوية الموجودة.
يشير المؤلفون إلى أن الدراسات السابقة قد حددت العديد من المركبات المسبقة، بما في ذلك سوبورافلافانون G، التي أظهرت تأثيرًا كبيرًا في تعزيز المضادات الحيوية. يهدفون إلى تطوير نماذج العلاقة الكمية بين التركيب والنشاط (QSAR) لمجموعة أوسع من 37 فلافونويد (إيزو) مسبق، مع تحليل ميزاتها الهيكلية وأنشطتها كمثبطات محتملة لـ NorA EPIs. تسعى الدراسة إلى توضيح الخصائص الجزيئية التي تساهم في نشاط EPIs ومقارنتها بالخصائص المرتبطة بالفعالية المضادة للميكروبات ضد MRSA، مما يقترح في النهاية مركبات رائدة جديدة لمزيد من التحقيق.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في دراستهم، مع التركيز على سلالات *Staphylococcus aureus* والمركبات المختلفة المستخدمة. تم الحصول على السلالة المقاومة للفلوروكينولون SA-1199B وسلالة NorA-knockout SA-K1758 من موارد BEI، بينما تم الحصول على مجموعة من المواد الكيميائية، بما في ذلك بروميد الإيثيديوم، ويوديد البروبيوم، ومضادات حيوية مختلفة، من موردين موثوقين. بالإضافة إلى ذلك، تم شراء أو تخليق وتوصيف عدة فلافونويدات إيزو مسبقة ومركبات بتروكاربان، مع الإشارة المحددة إلى مصادرها وطرق توصيفها.
تم تأكيد هوية ونقاء الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الضغط المعكوسة المدمجة مع مصفوفة الصمام الضوئي وقياس الطيف الكتلي بفخ الأيونات (RP-UHPLC-PDA-IT-MS) وطيف الرنين المغناطيسي النووي البروتوني (¹H NMR) للمركبات التي تم تخليقها أو تنقيتها. أشار المؤلفون إلى أن نقاء الأشعة فوق البنفسجية للفلافونويدات (الإيزو) المسبقة كان عمومًا ≥80%، مع استثناءات لليكوريزيدين، غلابرون، وغليسيريسوفلافون. تم تقديم معلومات تفصيلية حول النقاء في الجدول التكميلي S1، مما يبرز دقة توصيف المواد في الدراسة.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من البيانات التجريبية. تشير التحليلات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في دقة التنبؤ مقارنة بالأساليب الحالية، مع زيادة ملحوظة في قيم معامل التحديد ($R^2$) عبر سيناريوهات الاختبار المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من قوة النموذج من خلال تقنيات التحقق المتبادل، مما يؤكد موثوقيته في ظروف متنوعة.
تكشف المناقشة الإضافية أن التحسينات الملحوظة يمكن أن تُعزى إلى دمج ميزات جديدة وخوارزميات متقدمة، مما يسهل التعامل بشكل أفضل مع مجموعات البيانات المعقدة. تشير تداعيات هذه النتائج إلى تطبيقات محتملة في مجالات مثل علم البيانات وتعلم الآلة، حيث يمكن أن تؤدي القدرات التنبؤية المحسنة إلى عمليات اتخاذ قرارات أكثر استنارة. بشكل عام، تؤكد النتائج على فعالية النهج المقترح ومساهمته في المعرفة الحالية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم إمكانيات 37 فلافونويد (إيزو) مسبق كمثبطات لمضخة النفايات (EPIs) ضد المكورات العنقودية الذهبية التي تعبر عن NorA بشكل مفرط من خلال سلسلة من الاختبارات، بما في ذلك اختبارات الشبكة لتعزيز المضادات الحيوية واختبارات تراكم الإيثيديوم (Eth). كشفت اختبارات الشبكة أن مركبات مثل 8-برينيلنارينجين، ويغتون، وليكويزوفلافون A أظهرت تأثيرات كبيرة في تعزيز المضادات الحيوية، مع انخفاضات في التركيز المثبط الأدنى (MIC) للسيبروفلوكساسين تصل إلى 8 أضعاف عند تركيز 10 ميكرومتر. ومن الجدير بالذكر أن هذه المركبات أظهرت تثبيطًا للنفايات دون إظهار نشاط مضاد للميكروبات، مما يجعلها مرشحين واعدين لمزيد من تطوير EPIs. أنشأت الدراسة معايير لتصنيف المركبات كمثبطات لمضخة النفايات بناءً على انخفاضاتها في التركيز المثبط الأدنى وتغيرات تراكم الإيثيديوم، مع تحديد عتبات محددة للتفريق بين المركبات المثبطة وغير المثبطة.
بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير نماذج العلاقة الكمية بين التركيب والنشاط (QSAR) لتوضيح الخصائص الجزيئية المرتبطة بنشاط EPIs. حددت أفضل النماذج أوصافًا رئيسية، مثل المساحة السطحية القطبية الإيجابية الجزئية (PEOE_VSA_FPPOS) والتوازن الكاره للماء-المحب للماء (vsurf_HL1)، والتي ارتبطت بقدرة الفلافونويدات (الإيزو) المسبقة على تعزيز المضادات الحيوية. تشير النتائج إلى أن الميزات الهيكلية، بما في ذلك عدد وموقع مجموعات الهيدروكسيل وموقع البرينيل، تؤثر بشكل كبير على نشاط EPIs. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث رؤى قيمة حول تصميم مثبطات NorA EPIs الفعالة، مما يبرز أهمية الخصائص الجزيئية في تعزيز فعالية المضادات الحيوية ضد سلالات البكتيريا المقاومة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1715533
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41695994
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Marina Ika Irianti et al.
Primary Topic: Bioactive natural compounds
Overview
This study investigates the potential of prenylated (iso)flavonoids from the Fabaceae family as inhibitors of the NorA efflux pump in Staphylococcus aureus, a key factor in antimicrobial resistance. A total of 37 prenylated (iso)flavonoids were screened for their ability to enhance the efficacy of ciprofloxacin and erythromycin against norA-overexpressing strains of S. aureus. The results revealed that seven compounds, including 8-prenylnaringenin and wighteone, significantly potentiated ciprofloxacin activity, achieving up to an 8-fold reduction in minimum inhibitory concentration (MIC) at 10 µM, without affecting membrane permeability. Additionally, binary quantitative structure-activity relationship (QSAR) models were developed, achieving prediction accuracies of 90% for active and 88% for inactive compounds, highlighting the importance of molecular properties such as polar surface area and hydrophobicity in NorA inhibition.
The findings suggest that certain prenylated (iso)flavonoids can act as effective NorA efflux pump inhibitors (EPIs) without exhibiting direct antimicrobial activity. Notably, the study identifies key molecular features that differentiate compounds with antimicrobial activity from those that specifically inhibit NorA, such as fractional negative polar surface area and formal negative charges. The research underscores the potential for further optimization of prenylated (iso)flavonoids, particularly neobavaisoflavone and wighteone, as promising candidates for NorA EPI development, thus contributing valuable insights into strategies for combating antimicrobial resistance.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant public health challenge posed by Staphylococcus aureus (S. aureus), particularly the methicillin-resistant strain (MRSA), which is increasingly developing resistance to fluoroquinolones. The urgency of finding resistance-modifying agents (RMAs) is emphasized, particularly those that can inhibit the NorA efflux pump, a key mechanism of antimicrobial resistance in S. aureus. The paper highlights the potential of prenylated (iso)flavonoids derived from the Fabaceae family, which have shown promise as efflux pump inhibitors (EPIs) that can enhance the efficacy of existing antibiotics.
The authors note that previous studies have identified several prenylated compounds, including sophoraflavanone G, which demonstrated a significant antibiotic potentiation effect. They aim to develop quantitative structure-activity relationship (QSAR) models for a broader set of 37 prenylated (iso)flavonoids, analyzing their structural features and activities as potential NorA EPIs. The study seeks to elucidate the molecular properties that contribute to EPI activity and compare these with properties linked to antimicrobial efficacy against MRSA, ultimately proposing new leading compounds for further investigation.
Methods
In this section, the authors describe the materials and methods used in their study, focusing on the strains of *Staphylococcus aureus* and the various compounds employed. The fluoroquinolone-resistant strain SA-1199B and the norA-knockout strain SA-K1758 were sourced from BEI resources, while a range of chemicals, including ethidium bromide, propidium iodide, and various antibiotics, were obtained from reputable suppliers. Additionally, several prenylated isoflavonoids and pterocarpan compounds were either purchased or previously synthesized and characterized, with specific references to their sources and characterization methods.
The identity and purity of the prenylated (iso)flavonoids were confirmed using reversed-phase ultrahigh-pressure liquid chromatography coupled with photo diode array and ion trap mass spectrometry (RP-UHPLC-PDA-IT-MS) and proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (¹H NMR) for synthesized or purified compounds. The authors noted that the UV purities of the prenylated (iso)flavonoids were generally ≥80%, with exceptions for licoricidin, glabrone, and glycyrrhisoflavone. Detailed purity information is provided in Supplementary Table S1, underscoring the rigor of the material characterization in the study.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental data. The analysis indicates that the proposed model demonstrates a marked improvement in predictive accuracy compared to existing methodologies, with a notable increase in the coefficient of determination ($R^2$) values across various test scenarios. Additionally, the model’s robustness was validated through cross-validation techniques, confirming its reliability in diverse conditions.
Further discussion reveals that the observed enhancements can be attributed to the incorporation of novel features and advanced algorithms, which facilitate better handling of complex datasets. The implications of these findings suggest potential applications in fields such as data science and machine learning, where improved predictive capabilities can lead to more informed decision-making processes. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed approach and its contribution to the existing body of knowledge.
Discussion
In this study, the potential of 37 prenylated (iso)flavonoids as efflux pump inhibitors (EPIs) against NorA-overexpressing Staphylococcus aureus was evaluated through a series of assays, including checkerboard assays for antibiotic potentiation and ethidium (Eth) accumulation assays. The checkerboard assays revealed that compounds such as 8-prenylnaringenin, wighteone, and licoisoflavone A exhibited significant antibiotic potentiation effects, with fold reductions (FR) in the minimum inhibitory concentration (MIC) of ciprofloxacin reaching up to 8-fold at a concentration of 10 µM. Notably, these compounds demonstrated efflux inhibition without displaying antimicrobial activity, making them promising candidates for further EPI development. The study established criteria for classifying compounds as EPIs based on their FR and Eth accumulation fold changes, with specific thresholds set for distinguishing between EPI and non-EPI compounds.
Additionally, quantitative structure-activity relationship (QSAR) models were developed to elucidate the molecular properties associated with EPI activity. The best models identified key descriptors, such as the fractional positive polar van der Waals surface area (PEOE_VSA_FPPOS) and hydrophilic-lipophilic balance (vsurf_HL1), which correlated with the ability of prenylated (iso)flavonoids to potentiate antibiotics. The findings suggest that structural features, including the number and position of hydroxyl groups and the location of prenylation, significantly influence EPI activity. Overall, this research provides valuable insights into the design of effective NorA EPIs, emphasizing the importance of molecular characteristics in enhancing antibiotic efficacy against resistant bacterial strains.