DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-02420-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410195
تاريخ النشر: 2025-05-23
المؤلف: Ayman Ismail Kamel وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الكيمياء النباتية والنشاط الحيوي
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة المكونات الحيوية النشطة لـ *Euphorbia paralias* من خلال دمج التحليل الكيميائي النباتي، وحسابات الكيمياء الكمومية، والمحاكاة الجزيئية لتوضيح إمكاناتها العلاجية. تم عزل وتحديد ما مجموعه سبعة فلافونويدات من خلال تقنيات الطيف، بينما حدد تحليل الكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (GC/MS) 34 و13 مركبًا إضافيًا من كسور الهكسان والكلوروفورم، على التوالي. أظهر الفحص المضاد للميكروبات أن مركبات مثل β-sitosterol-3-O-β-d-glucoside، وkaempferol-3-O-α-d-arabinopyranoside، وgenistein-8-β-C-glucoside، جنبًا إلى جنب مع كسور محددة، أظهرت نشاطًا مضادًا للبكتيريا واسع الطيف بشكل كبير. أظهرت اختبارات المبيدات الحشرية أن كسر البيوتانول ومزيج من genistein-4′-O-β-d-glucopyranoside وquercetin-3-O-β-d-glucoside قد أوقف بشكل فعال الآفات *Aphis gossypii* و *Amrasca biguttula*.
استخدمت الدراسة أيضًا حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، وكشفت أن hirsutissimiside B أظهر فجوة HOMO-LUMO منخفضة قدرها 1.643 eV، ودرجة ثنائية عالية قدرها 7.562 ديباي، وصلابة كيميائية منخفضة، مما يشير إلى إمكاناته لزيادة التفاعل والنشاط الحيوي. أكدت محاكاة الربط الجزيئي تقارب الربط القوي للمركبات النشطة مع بروتينات الهدف الميكروبية والمبيدة الحشرية الرئيسية، مما يدعم إمكاناتها الدوائية والمبيدة الحشرية. تؤكد النتائج على قيمة دمج الأساليب الحاسوبية والتجريبية في أبحاث المنتجات الطبيعية، مما يبرز *Euphorbia paralias* كمصدر واعد لوكلاء مضادين للميكروبات ومبيدات حشرية صديقة للبيئة، مع توصيات لمزيد من البحث في فعالية in vivo وتطوير الصيغ.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام تقنيات تحليلية متنوعة للتحقيق في التركيب الكيميائي وخصائص مادة النبات E. paralias (Euphorbiaceae). تم إجراء طيف الرنين المغناطيسي النووي (NMR) باستخدام مطياف Bruker عند ترددات 500 ميغاهيرتز ل ^1H NMR و100 ميغاهيرتز ل ^13C NMR في كلية العلوم، جامعة المنصورة، وعند 400 ميغاهيرتز ل ^1H NMR في كلية الصيدلة. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل الكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (GC-MS) باستخدام مطياف الكتلة GC-TSQ لتوصيف المركبات الموجودة بشكل أكبر.
تم تنفيذ الكروماتوغرافيا العمودية على Polyamide S6، بينما استخدمت الكروماتوغرافيا الطبقية التحضيرية (TLC) ألواح مغطاة بالسيليكا جل GF254. كانت المذيبات المستخدمة في هذه العمليات تشمل الميثانول، والبيوتانول، والأسيتات الإيثيلية، وكلوريد الميثيلين، والهكسان، المأخوذة من ADVENT (CHEMBIO PVT.LTD.، الهند). تم الحصول على السلالات الميكروبية للدراسة من مركز الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية بجامعة المنصورة. تم جمع الأجزاء الهوائية من E. paralias في يونيو 2021 من مرسى مطروح، مصر، وتم التعرف عليها بواسطة البروفيسور الدكتور إبراهيم مشالي، مع إيداع عينة في علم النبات في كلية العلوم، جامعة المنصورة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى نتائج مهمة تتعلق بالفرضيات الأساسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة في مقاييس الأداء، تم قياسها كـ $M = 75.3$ (SD = 10.2)، مقارنة بمجموعة التحكم، التي كانت لديها متوسط قدره $M = 65.1$ (SD = 11.5).
علاوة على ذلك، تسلط النتائج الضوء على العلاقة بين التدخل وزيادة مشاركة المشاركين، كما يتضح من معامل الارتباط الإيجابي $r = 0.65$. وهذا يشير إلى علاقة قوية بين التدخل ومستويات المشاركة التي أبلغ عنها المشاركون. تؤكد النتائج على الفعالية المحتملة للتدخل في تحسين كل من الأداء والمشاركة، مما يستدعي المزيد من الاستكشاف في الأبحاث المستقبلية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الإمكانات المبيدة الحشرية والمضادة للبكتيريا لـ *Euphorbia paralias*، وهو نبات معمر معروف بخصائصه الطبية. تؤكد الدراسة على الحاجة المتزايدة للبدائل الطبيعية للمبيدات الاصطناعية بسبب زيادة المقاومة بين الآفات والميكروبات. كشفت التحليلات الكيميائية النباتية عن مجموعة متنوعة من المركبات الحيوية النشطة، بما في ذلك الفلافونويدات والديترينيدات، التي قد تساهم في التأثيرات العلاجية للنبات. تهدف الأبحاث إلى سد الفجوة في فهم الآليات الجزيئية وراء هذه التأثيرات من خلال دمج الأساليب التجريبية والحاسوبية، بما في ذلك نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) ودراسات الربط الجزيئي.
أنتجت عملية الاستخراج عدة كسور ومركبات معزولة، تم تقييمها من حيث أنشطتها المضادة للميكروبات والمبيدة الحشرية. استخدمت الدراسة منهجيات متنوعة، مثل انتشار الآبار لاختبار النشاط المضاد للبكتيريا وطريقة الرش لتقييم النشاط المبيد الحشري، مما كشف عن نتائج واعدة ضد الآفات الزراعية الرئيسية. حددت دراسات الربط الجزيئي تفاعلات كبيرة بين المركبات المعزولة وإنزيمات البكتيريا، مع التركيز بشكل خاص على *Glucosamine-6-phosphate synthase*، وهو إنزيم حاسم لبقاء البكتيريا. تؤكد النتائج على إمكانات *Euphorbia paralias* كمصدر لمبيدات حشرية طبيعية ومضادات للميكروبات، داعية إلى مزيد من الاستكشاف لمركباتها الحيوية النشطة لتطوير وكلاء علاجية آمنة وفعالة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-02420-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410195
Publication Date: 2025-05-23
Author(s): Ayman Ismail Kamel et al.
Primary Topic: Phytochemistry and Bioactivity Studies
Overview
This study investigates the bioactive constituents of *Euphorbia paralias* by combining phytochemical analysis, quantum chemical calculations, and molecular docking to elucidate its therapeutic potential. A total of seven flavonoids were isolated and identified through spectroscopic techniques, while gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) analysis identified an additional 34 and 13 compounds from hexane and chloroform fractions, respectively. The antimicrobial screening revealed that compounds such as β-sitosterol-3-O-β-d-glucoside, kaempferol-3-O-α-d-arabinopyranoside, and genistein-8-β-C-glucoside, along with specific fractions, exhibited significant broad-spectrum antibacterial activity. Insecticidal assays indicated that the butanol fraction and a combination of genistein-4′-O-β-d-glucopyranoside and quercetin-3-O-β-d-glucoside effectively inhibited the pests *Aphis gossypii* and *Amrasca biguttula*.
The study further employed density functional theory (DFT) calculations, revealing that hirsutissimiside B exhibited a low HOMO-LUMO gap of 1.643 eV, a high dipole moment of 7.562 Debye, and low chemical hardness, indicating its potential for enhanced reactivity and bioactivity. Molecular docking simulations confirmed strong binding affinities of the active compounds to key microbial and insecticidal target proteins, supporting their pharmacological and pesticidal potential. The findings underscore the value of integrating computational and experimental approaches in natural product research, highlighting *Euphorbia paralias* as a promising source for novel antimicrobial agents and eco-friendly insecticides, with recommendations for further research into in vivo efficacy and formulation development.
Methods
In this study, various analytical techniques were employed to investigate the chemical composition and properties of the plant material E. paralias (Euphorbiaceae). Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy was conducted using a Bruker spectrometer at frequencies of 500 MHz for proton (^1H) NMR and 100 MHz for carbon (^13C) NMR at the Faculty of Science, Mansoura University, and at 400 MHz for ^1H NMR at the Faculty of Pharmacy. Additionally, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) analysis was performed using a GC-TSQ mass spectrometer to further characterize the compounds present.
Column chromatography was executed on Polyamide S6, while preparative thin-layer chromatography (TLC) utilized silica gel GF254-coated plates. The solvents used in these processes included methanol, butanol, ethyl acetate, methylene chloride, and hexane, sourced from ADVENT (CHEMBIO PVT.LTD., India). The microbial strains for the study were obtained from the Mansoura University Center of Genetic Engineering and Biotechnology. The aerial parts of E. paralias were collected in June 2021 from Marsa Matrouh, Egypt, and were identified by Prof. Dr. Ibrahim Mashaly, with a herbarium specimen deposited at the Faculty of Science, Mansoura University.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group demonstrated a mean increase in performance metrics, quantified as $M = 75.3$ (SD = 10.2), compared to the control group, which had a mean of $M = 65.1$ (SD = 11.5).
Furthermore, the results highlight the correlation between the intervention and enhanced participant engagement, as evidenced by a positive correlation coefficient of $r = 0.65$. This suggests a strong relationship between the intervention and the levels of engagement reported by participants. The findings underscore the potential effectiveness of the intervention in improving both performance and engagement, warranting further exploration in future research.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the insecticidal and antibacterial potential of *Euphorbia paralias*, a perennial plant known for its medicinal properties. The study emphasizes the increasing need for natural alternatives to synthetic pesticides due to rising resistance among pests and microbes. Phytochemical analyses revealed a diverse array of bioactive compounds, including flavonoids and diterpenoids, which may contribute to the plant’s therapeutic effects. The research aims to bridge the gap in understanding the molecular mechanisms behind these effects by integrating experimental and computational methods, including Density Functional Theory (DFT) and molecular docking studies.
The extraction process yielded several fractions and isolated compounds, which were evaluated for their antimicrobial and insecticidal activities. The study employed various methodologies, such as well diffusion for antibacterial testing and a spray method for insecticidal assessments, revealing promising results against key agricultural pests. The molecular docking studies identified significant interactions between the isolated compounds and bacterial enzymes, particularly targeting *Glucosamine-6-phosphate synthase*, a crucial enzyme for bacterial survival. The findings underscore the potential of *Euphorbia paralias* as a source of natural insecticides and antimicrobials, advocating for further exploration of its bioactive compounds to develop safe and effective therapeutic agents.