Εύρεση φυσικών ενώσεων με αντιμικροβιακές ιδιότητες έναντι τροφιμογενών νοσημάτων με υπολογιστικά εργαλεία

Νικολάου, Ιφιγένεια; Μάρκου, Μαρία

Discovery of natural compounds with antimicrobial properties against food diseases by applying computational tools

Πτυχιακή εργασία

Author

Νικολάου, Ιφιγένεια

Μάρκου, Μαρία

Date

2023-02-28

Advisor

Κρίτση, Ευτυχία

Πτυχιακή Εργασία (3.987Mb)

Keywords

Παθογόνα βακτήρια ; Τροφιμογενή νοσήματα ; Τοποϊσομεράση IV ; Φυσικές ενώσεις ; Τεχνικές εικονικής σάρωσης ; Μοριακή πρόσδεση

Abstract

Στα συσκευασμένα τρόφιμα η ανάπτυξη καθώς και η επιβίωση παθογόνων μικροοργανισμών δύναται να προκαλέσει σοβαρές τροφικές ασθένειες διακυβεύοντας την ασφάλεια καθώς και την ποιότητα των τροφίμων. Βακτήρια όπως, Salmonella spp. και Escherichia coli είναι υπεύθυνα για την πρόκληση σοβαρών τροφιμογενών ασθενειών και η αντιμετώπισή τους κρίνεται απαραίτητη. Ορισμένοι από τους συνηθέστερους τρόπους αντιμετώπισης τους είναι η παστερίωση και η χρήση αντιβιοτικών. Λόγω των προβλημάτων που παρουσιάζουν οι παραπάνω μέθοδοι (υποβάθμιση οργανοληπτικών χαρακτηριστικών, αντοχή στα αντιβιοτικά) έχουν αναπτυχθεί νέες τάσεις για την καταπολέμηση τους. Προς αυτή την κατεύθυνση, τα τελευταία χρόνια καταβάλλονται αξιόλογες προσπάθειες για την εύρεση νέων ενώσεων που δρουν ως αντιμικροβιακά συστατικά τροφίμων, με τις φυσικές ενώσεις να κατέχουν εξέχουσα θέση. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η εύρεση φυσικών ενώσεων με αντιμικροβιακές ιδιότητες έναντι του ενζύμου Τοποϊσομεράση IV του παθογόνου βακτηρίου Escherichia coli, με εφαρμογή Υπολογιστικών Τεχνικών Εικονικής Σάρωσης (Virtual Screening Techniques). Συγκεκριμένα, οι φυσικές ενώσεις της βιβλιοθήκης «Specs» (https://www.specs.net/) υποβλήθηκαν σε πειράματα Μοριακής Πρόσδεσης (Molecular Docking) για τη μελέτη της ικανότητας πρόσδεσης τους στο ένζυμο Τοποϊσομεράση IV του παθογόνου βακτηρίου Escherichia coli. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και η τελική επιλογή των ενώσεων βασίστηκε στα ακόλουθα κριτήρια:  Σχηματισμός αλληλεπιδράσεων μεταξύ των εξεταζόμενων ενώσεων και των κρίσιμων για την πρόσδεση αμινοξέων.  Ικανότητα πρόσδεσης των εξεταζόμενων φυσικών ενώσεων (Glide-score). Τέλος, από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της Μοριακής Πρόσδεσης προέκυψαν έξι ενώσεις, οι οποίες δύναται να αγοραστούν μελλοντικά και να πραγματοποιηθεί in vitro βιολογική τους αποτίμηση ως αναστολείς του εξεταζόμενου ενζύμου.

Abstract

In packaged foods, the growth and survival of pathogenic microorganisms can cause serious foodborne diseases, compromising the safety and quality of the food. Bacteria such as, Salmonella spp. and Escherichia coli are responsible for serious foodborne illnesses and their treatment is considered essential. Certain common ways for their treatment are pasteurization and the use of antibiotics. Due to the problems presented by the above methods (degradation of organoleptic characteristics, resistance to antibiotics) new trends have been developed to overcome them. Towards this direction, in recent years considerable efforts have been made to discover novel compounds that act as antimicrobial food ingredients, with natural compounds occupying a prominent position. The aim of the present thesis is the discovery of natural compounds with antimicrobial properties against the Topoisomerase IV enzyme of the pathogenic bacterium Escherichia coli, by applying Virtual Screening Techniques. Specifically, the natural compounds contained to the "Specs" library (https://www.specs.net/) were subjected to Molecular Docking study, aiming to evaluate their bind affinity to the Topoisomerase IV enzyme of the pathogenic bacterium Escherichia coli. The results assessment and the final selection of compounds were based on the following criteria:  Interactions between the tested compounds and the amino acids crucial for the binding.  Predicted binding affinity of the examined natural compounds (Glide-score). Finally, the Molecular Docking results evaluation indicated six compounds as the most promising, which can be purchased in the future and carried out in vitro assays to validate their activity as inhibitors of the examined enzyme.