DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2025.1713876
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41584452
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: Dina M. Eskander وآخرون
الموضوع الرئيسي: المنتجات الطبيعية الميكروبية والتخليق الحيوي
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في المستقلبات الحيوية النشطة المستمدة من الفطر الداخلي Aspergillus sp. (HAG1)، المعزول من Phragmites australis. باستخدام طرق التعريف المورفولوجي والجزيئي، نجحت الدراسة في عزل ثلاثة مستقلبات: حمض الفاكانك (C1)، بيبيريسين (C2)، وغواياكيلغليسرول (C3)، حيث تم الإبلاغ عن C3 لأول مرة كمركب مستمد من الفطر الداخلي من هذا النوع النباتي. أظهرت جميع المستقلبات أنشطة بيولوجية ملحوظة، وخاصة C3، الذي أظهر خصائص قوية مضادة للأكسدة، ومضادة للبكتيريا، ومضادة للفيلم الحيوي، ومضادة للالتهابات، على الرغم من أنه لم يثبط نشاط الأسيتيل كولينستراز.
كشفت التحليلات الحاسوبية الإضافية، بما في ذلك ربط الجزيئات ومحاكاة الديناميات الجزيئية (MD)، أن C3 يرتبط بشكل ملائم ومستقر ببروتينات الهدف الرئيسية المرتبطة بأنشطته البيولوجية. قدمت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) رؤى حول الهيكل الإلكتروني والتفاعل لـ C3، بينما أشارت توقعات ADMET إلى ذوبانه المفضل، واستقراره الأيضي، وانخفاض سميته مقارنة بـ C1 و C2. تسلط هذه الدراسة الضوء على غواياكيلغليسرول (C3) كهيكل واعد متعدد الأهداف لتطوير وكلاء علاجية جديدة، مع التأكيد على إمكاناته في تطبيقات مضادة للأكسدة، ومضادة للالتهابات، ومضادة للفيلم الحيوي.
مقدمة
تناقش المقدمة أهمية الفطريات الداخلية، وهي ميكروبات تعيش داخل أنسجة النباتات دون التسبب في المرض. تلعب هذه الفطريات دورًا حيويًا في تعزيز صحة النبات من خلال التنافس مع مسببات الأمراض، وإنتاج مركبات مضادة للميكروبات، وتعزيز النمو من خلال إفراز منظمات النمو. تنوع الفطريات الداخلية ملحوظ، مع تقديرات تصل إلى حوالي مليون نوع، وقد حظيت إمكاناتها كمصادر لعلاجات جديدة باهتمام متزايد، خاصة بعد اكتشاف مركبات حيوية نشطة مثل باكليتاكسيل والبنسلين. تؤكد الدراسة على تأثير العوامل البيئية والبيولوجية المختلفة على تنوع وإنتاج المستقلبات لهذه الفطريات.
تهدف الدراسة إلى عزل وتوصيف الفطريات الداخلية المرتبطة بـ *Phragmites australis*، مع التركيز على قدرتها على إنتاج مستقلبات ثانوية نشطة بيولوجيًا. تشمل الأهداف الرئيسية تحديد السلالات المعزولة، وتنقية وتوصيف مستقلباتها الرئيسية باستخدام طرق طيفية، وتقييم الأنشطة الحيوية لهذه المركبات. من الجدير بالذكر أن المركب C3 (غواياكيلغليسرول) تم تسليط الضوء عليه لنشاطه البيولوجي متعدد الأهداف، مما دفع إلى مزيد من الدراسات الحاسوبية لتوضيح خصائصه الدوائية. هذه الدراسة مهمة لأنها تبلغ عن مستقلبات جديدة من الفطريات الداخلية لـ *P. australis* وتقدم أول اختبار تجريبي لغواياكيلغليسرول في اختبارات الأنشطة الحيوية المختلفة، مما يساهم في فهم المركبات المستمدة من الفطريات الداخلية في التطبيقات العلاجية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ليست ناتجة عن صدفة عشوائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج يتنبأ بدقة بسلوك النظام، كما يتضح من قيمة معامل التحديد العالية ($R^2$)، مما يدل على توافق قوي بين القيم المرصودة والمتوقعة. تسهم هذه النتائج في تعزيز المعرفة الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للفرضيات المقترحة واقتراح آثار محتملة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل ثلاثة مركبات حيوية نشطة—حمض الفاكانك (C1)، بيبيريسين (C2)، وغواياكيلغليسرول (C3)—من الفطر الداخلي Aspergillus sp. HAG1، المستخرج من نبات Phragmites australis. تم توصيف المركبات باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك ESI-MS وNMR، التي أكدت هياكلها الجزيئية. على سبيل المثال، أظهر C1 صيغة جزيئية تبلغ C18H34O2، بينما تم تحديد C2 وC3 كـ C22H41NO وC10H14O5، على التوالي. كشفت تحليل FT-IR عن مجموعات وظيفية مميزة، مما يدل على اختلافات هيكلية بين المركبات، مع تسليط الضوء بشكل خاص على وجود مجموعات الهيدروكسيل في C3.
أظهرت التقييمات البيولوجية لهذه المركبات أنشطة ملحوظة مضادة للأكسدة، ومضادة للالتهابات، ومضادة للميكروبات، وأنشطة تثبيط الأسيتيل كولينستراز. أشارت اختبارات DPPH وABTS إلى قدرات قوية على التقاط الجذور الحرة، بينما أظهرت اختبار تثبيط COX آثارًا محتملة مضادة للالتهابات. كشفت الاختبارات المضادة للميكروبات عن فعاليتها ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام، مع تحديد تركيزات مثبطة دنيا (MIC) لكل مركب. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء محاكاة ربط جزيئية لاستكشاف تقارب الربط لهذه المركبات مع بروتينات الهدف المختلفة، مما يوضح المزيد من تطبيقاتها الدوائية المحتملة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن المستقلبات المعزولة من Aspergillus sp. HAG1 تمتلك خصائص حيوية نشطة واعدة تستحق مزيدًا من التحقيق للاستخدام العلاجي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2025.1713876
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41584452
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): Dina M. Eskander et al.
Primary Topic: Microbial Natural Products and Biosynthesis
Overview
This research investigates the bioactive metabolites derived from the endophytic fungus Aspergillus sp. (HAG1), isolated from Phragmites australis. Utilizing morphological and molecular identification methods, the study successfully isolated three metabolites: vaccenic acid (C1), pipericine (C2), and guaiacylglycerol (C3), with C3 being reported for the first time as an endophyte-derived compound from this plant species. All metabolites demonstrated significant biological activities, particularly C3, which exhibited potent antioxidant, antibacterial, antibiofilm, and anti-inflammatory properties, although it did not inhibit acetylcholinesterase activity.
Further computational analyses, including molecular docking and molecular dynamics (MD) simulations, revealed that C3 binds favorably and stably to key target proteins associated with its biological activities. Density functional theory (DFT) calculations provided insights into the electronic structure and reactivity of C3, while ADMET predictions indicated its favorable solubility, metabolic stability, and low toxicity compared to C1 and C2. This study highlights guaiacylglycerol (C3) as a promising multitarget lead scaffold for the development of new therapeutic agents, emphasizing its potential in antioxidant, anti-inflammatory, and antibiofilm applications.
Introduction
The introduction discusses the significance of endophytic fungi, which are microorganisms residing within plant tissues without causing disease. These fungi play a vital role in enhancing plant health by outcompeting pathogens, producing antimicrobial compounds, and promoting growth through the secretion of growth regulators. The diversity of endophytic fungi is notable, with estimates of around one million species, and their potential as sources of novel therapeutics has garnered increased attention, particularly following the discovery of bioactive compounds such as paclitaxel and penicillin. The study emphasizes the influence of various environmental and biological factors on the diversity and metabolite production of these fungi.
The research aims to isolate and characterize endophytic fungi associated with *Phragmites australis*, focusing on their ability to produce biologically active secondary metabolites. Key objectives include identifying the isolated strains, purifying and characterizing their major metabolites using spectroscopic methods, and evaluating the bioactivities of these compounds. Notably, compound C3 (guaiacylglycerol) is highlighted for its multitarget biological activity, prompting further computational studies to elucidate its pharmacokinetic properties. This study is significant as it reports novel metabolites from *P. australis* endophytes and provides the first experimental testing of guaiacylglycerol in various bioactivity assays, contributing to the understanding of endophyte-derived compounds in therapeutic applications.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are not due to random chance.
Additionally, the results demonstrate that the model accurately predicts the behavior of the system, as evidenced by a high coefficient of determination ($R^2$) value, indicating a strong fit between the observed and predicted values. These findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the proposed hypotheses and suggesting potential implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, three bioactive compounds—vaccenic acid (C1), pipericine (C2), and guaiacylglycerol (C3)—were isolated from the endophytic fungus Aspergillus sp. HAG1, obtained from the plant Phragmites australis. The compounds were characterized using various spectroscopic techniques, including ESI-MS and NMR, which confirmed their molecular structures. For instance, C1 exhibited a molecular formula of C18H34O2, while C2 and C3 were identified as C22H41NO and C10H14O5, respectively. The FT-IR analysis revealed characteristic functional groups, indicating structural differences among the compounds, particularly highlighting the presence of hydroxyl groups in C3.
The biological evaluation of these compounds demonstrated significant antioxidant, anti-inflammatory, antimicrobial, and acetylcholinesterase inhibition activities. The DPPH and ABTS assays indicated robust free radical scavenging capabilities, while the COX inhibition assay showed potential anti-inflammatory effects. Antimicrobial tests revealed effectiveness against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, with minimum inhibitory concentrations (MIC) established for each compound. Additionally, molecular docking simulations were performed to explore the binding affinities of these compounds with various target proteins, further elucidating their potential pharmacological applications. Overall, the findings suggest that the isolated metabolites from Aspergillus sp. HAG1 possess promising bioactive properties that warrant further investigation for therapeutic use.