Identification of bioactive natural products from endophytic fungi isolated from Globularia alypum
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Abstract
The endophytic mycobiota constitute a prolific source of bioactive natural products that has evolved during the symbiotic endophyte−plant relationship. The diversity of fungal endophytes isolated from the roots of the plant Globularia alypum (Plantaginaceae, Scrophulariales) collected in Batna (Algeria) were studied in the present thesis. In total, seventeen fungal strains were isolated and identified to species level by means of morphological and molecular phylogenetic methods. The phylogenetic analysis of these fungal endophytes revealed their affinities to three classes of thephylum of Ascomycota: Eurotiomycetes, Dothideomycetes and Sordariomycetes representing nine
genera: Alternaria, Aspergillus, Chaetomium, Dendrothyrium, Diaporthe, Fusarium, Macrophomina, Penicillium and Preussia. Among the isolated fungal endophytes, eight were selected for small scale fermentation in three different liquid media. Their extracts showed prominent antimicrobial activity in a screening for novel antibiotics by the serial dilution assay. A scale-up of fermentation of selected five fungi including three strains of Chaetomium madrasense, Dendrothyrium variisporum and Preussia similis, yielded twenty eight secondary metabolites, twelve of which turned out to be novel natural products. The structures of the isolated metabolites were elucidated using a combination of spectral methods, including 1D and 2D NMR spectroscopy, high-resolution mass spectrometry, and CD spectroscopy. The biological activities of both, the known and new compounds were extensively studied. Thirteen metabolites were isolated from the Preussia similis complex including six new bicyclic polyketides (for which the trivial names preussilides A−F are proposed) and one new dimer of 2 amino benzoid acid moieties, along with several known cytochalasins and xanthones derivatives.
The preussilides were tested for antimicrobial and antiproliferative effects, and, in particular,
preussilides A and C showed selective activities against eukaryotes. Subsequent studies on their influence on the morphology of human osteosarcoma cells (U2OS) suggest that these polyketides might target an enzyme involved in coordination of the cell division cycle. Hence, they might, for instance, affect timing or spindle assembly mechanisms, leading to defects in chromosome segregation and/or spindle geometry. Studies on the secondary metabolite production of Dendrothyrium variisporum in various culture media led to the isolation of twelve compounds.
Massarilactones D and H were isolated as the major components as well as two new furanone
derivatives for which we propose the trivial names (5S)-cis-gregatin B and graminin D, three new anthranilic acid derivatives, two known anthranilic acid analogues and three cyclopeptides. The new anthranilic acid derivatives, 2-phenylethyl-3-hydroxyanthranilate and 2-phenylethyl anthranilate
exhibited antimicrobial activity while 2-phenylethyl anthranilate showed cytotoxicity against HeLa cells. Finally, from cultures of Chaetomium madrasense, three known compounds, xanthoquinodins A1, A3 and N-acetytryptamin were isolated
Description
Le mycobiote endophyte constitue une source riche de produits naturels bioactifs qui ont été
développé au cours de la relation symbiotique endophyte-plante. La diversité des endophytes
fongiques isolés à partir des racines de la plante Globularia alypum (Plantaginaceae, Scrophulariales), collectée à Batna, (Algérie), a été étudiée dans le présent travail. Au total, dix-sept souches fongiques ont été identifiées jusqu’au rang de l'espèce à l'aide de méthodes morphologiques et phylogénétiques.
L'analyse phylogénétique de ces endophytes fongiques a révélé leurs affinités à trois classes du phylum d'Ascomycota: Eurotiomycètes, Dothideomycètes et, Sordariomycètes représentées par neuf genres: Alternaria, Aspergillus, Chaetomium, Dendrothyrium, Diaporthe, Fusarium, Macrophomina, Penicillium et Preussia. Parmi les endophytes fongiques isolés, huit ont été sélectionnés pour une fermentation à petite échelle dans trois milieux liquides différents. Leurs extraits ont montré une activité antimicrobienne importante au cours du screening pour de nouveaux antibiotiques par le test de dilution en série. La fermentation à grande échelle de cinq champignons sélectionnés, y compris
trois souches de Preussia similis, Dendrothyrium variisporum et Chaetomium madrasense, a donné vingt-huit métabolites secondaires, dont douze ont été identifiés comme nouveaux produits naturels.
Les structures des métabolites isolés ont été élucidées en utilisant une combinaison de méthodes spectrales, y compris la spectroscopie RMN 1D et 2D, la spectrométrie de masse à haute résolution et la spectroscopie CD. Les activités biologiques des composés connus et nouveaux ont été largement étudiées. Treize métabolites ont été isolés du complexe Preussia similis, y compris six nouveaux polycétides bicycliques (pour lesquels les noms triviaux preussilides A-F ont été proposés) et un nouveau dimère de l’acide 2-amino benzoïque, ainsi que plusieurs autres métabolites connus comme les cytochalasines et des dérivés de xanthone. Les preussilides ont été testés pour leurs effets antimicrobiens et antiprolifératifs et, en particulier, les preussilides A et C qui ont montré des activités sélectives contre les eucaryotes. Des études ultérieures sur leur influence sur la morphologie des
cellules d'ostéosarcome humain (U2OS) suggèrent que ces polycétides pourraient cibler une enzyme impliquée dans la coordination du cycle de la division cellulaire. Par conséquent, ils pourraient, par exemple, affecter les mécanismes de la synchronisation ou d'assemblage des fuseaux mitotiques, conduisant à des défauts de ségrégation des chromosomes et / ou de la géométrie du fuseau mitotique.
Des études portées sur la production de métabolites secondaires de Dendrothyrium variisporum ont conduit à l'isolement de douze composés. Les massarilactones D et H ont été isolés comme principaux composants ainsi que deux nouveaux dérivés de furanone pour lesquels les noms triviaux (5S) –cisgrégatine B et graminine D ont été proposés, trois nouveaux dérivés d'acide anthranilique, deux analogues connus de l'acide anthranilique et trois cyclopeptides. Les nouveaux dérivés de l'acideanthranilique, le 2-phényléthyl-3 hydroxyanthranilate et le 2-phényléthyl anthranilate, ont présenté une activité antimicrobienne tandis que le 2-phényléthyl anthranilate présentait une cytotoxicité contre les cellules HeLa. Enfin, à partir des cultures de Chaetomium madrasense, trois composés connus à savoir xanthoquinodines A1, A3 et N-acétyltryptamine ont été isolés.
