Investigation of antimicrobial effects and inactivation mechanisms of naphthazarin (5,8-dihydroxy-1,4-naphthoquinone) derivatives

Abstract

Naftokinon, bazı bitkiler ve bakteriler tarafından ikincil metabolit olarak üretilen ve kimyasal olarak da sentezlenebilen önemli bir doğal organik bileşiktir. Farmakolojik ve sitotoksik özellikleri bulunan naftokinon türevlerinin antimikrobiyal etkileri bilinmektedir ancak etki mekanizmaları hakkında bilgiler hala yetersizdir. Bu nedenle bu tez çalışmasında, ticari 5,8-Dihidroksi-1,4 Naftokinonun S. aureus ATCC 29213, B. cereus ATCC 4312, P. vulgaris (lab izolatı), E. coli ATCC 8739, E. faecalis, A. rhizogenes ATCC 43057, K. pneumoniae (lab izolatı), P. aeruginosa ATCC 15692, S. epidermidis ATCC 12228, S. enteritidis (lab izolatı) ve C. albicans ATCC 10231 kontrol suşlarına karşı inaktivasyon mekanizması araştırılmıştır. Antimikrobiyal tarama testi bu naftokinonun B. cereus, P. vulgaris, S, enteritidis, S epidermidis, S. aureus ve C. albicans kontrol suşlarına karşı etkisi olduğunu göstermiştir. Bu 6 mikroorganizmanın naftokinona karşı MİK50 değerleri sırasıyla 14 µg/mL, 10 µg/mL, 6 µg/mL, 2,4 µg/mL, 1,2 µg/mL ve <0,6 µg/mL olarak bulunmuştur. MİK50 sonuçlarına göre, bu naftokinon türevinin C. albicans üzerinde yüksek antifungal etkisi vardır. Naftokinon türevinin kontrol suşları üzerindeki inhibisyon mekanizması; kristal viyole alımı, TTC dehidrogenaz aktivitesi, DNA ve protein sızıntısı, DNA hasarı; SDS-PAGE ve FT-IR analizleri ile belirlenmiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu ile en çok etkilenen suşların (S. epidermidis, S. aureus ve C. albicans) hücre zarı üzerindeki fizyolojik hasarları görüntülenmiştir. Sonuç olarak, bu naftokinon türevinin inaktivasyon mekanizması C. albicans'ta DNA çift sarmal kırılmalarıyla; S. aureus, B. cereus, P. vulgaris, S. epidermidis ve S. enteritidis bakterilerindeyse hücre metabolizmasını etkileyerek gösterdiği belirlenmiştir.

Naphthoquinones which have pharmacological and cytotoxic properties are an important class of natural organic compound derived from some plants or synthesized chemically. The antimicrobial effects of naphthoquinone derivatives are known but investigation of mechanisms of action is still insufficient. So, in this thesis, inactivation mechanisms of commercial 5,8-Dihydroxy-1,4 Naphthoquinone were investigated against control strains of Staphylococcus aureus ATCC 29213, Bacillus cereus ATCC 4312, Proteus vulgaris (lab isolate), Escherichia coli ATCC 8739, Enterococcus faecalis ATCC 8213, Agrobacterium rhizogenes ATCC 43057, Klebsiella pneumoniae (lab isolate), Pseudomonas aeruginosa ATCC 15692, Staphylococcus epidermidis ATCC 12228, Salmonella enteritidis (lab isolate) and Candida albicans ATCC 10231. Antimicrobial screening of the naphthoquinone showed that it affects control strains of B. cereus, P. vulgaris, S, enteritidis, S epidermidis, S. aureus, and C. albicans. After, MIC50 values of the 6 microorganisms against naphthoquinone were determined as 14 µg/ml, 10 µg/ml, 6 µg/ml, 2,4 µg/ml, 1,2 µg/ml, <0,6 µg/ml, respectively. According to MIC50 results, naphthoquinone derivative has a high antifungal effect on C. albicans. The inhibition mechanism of naphthoquinone on control strains were determined by crystal violet uptake, TTC dehydrogenase activity, DNA and protein leakage, DNA damage; SDS-PAGE, and FT-IR analyses. Scanning Electron Microscopy visualized the physiological damages of most affected strains (S. epidermidis, S. aureus, and C. albicans) on the cell membrane. In conclusion, it has been shown that the naphthoquinone derivative performed its effects by causing DNA double-strand breaks in C. albicans and by affecting cell metabolism in S. aureus, B. cereus, P. vulgaris, S. epidermidis, and S. enteritidis.