Antibacterial and modes of action of some endophytic fungal secondary metabolites against the causative agents of pneumonia

Abstract

La pneumonie demeure un problème majeur de santé publique en Afrique subsaharienne et en Asie du sud en raison de l’émergence de souches de bactéries résistantes. De ce fait, la recherche de nouveaux antibiotiques dotés de nouveaux mécanismes d’action est d’une importance capitale. La réputation des champignons endophytes en tant que source de métabolites secondaires structurellement nouveaux et bioactifs est bien établie. Par conséquent, l’étude des champignons endophytes des plantes médicinales camerounaises pourrait conduire à la découverte de nouveaux médicaments. La présente étude vise à étudier le potentiel antibactérien, antioxydant, cytotoxique, les modes d’action des métabolites secondaires ainsi que l’induction de la production de métabolites secondaires en présence d’éliciteurs par quelques champignons endophytes isolés de Terminalia mantaly, Terminalia catappa et Cananga odorata. L’activité antibactérienne des extraits bruts à l’acétate d’éthyle provenant de 56 champignons endophytes a été évaluée par la méthode de microdilution en milieu liquide contre sept agents responsables de la pneumonie, notamment Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 43300, Staphylococcus aureus BAA-977, Streptococcus pneumoniae ATCC 49619, Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Pseudomonas aeruginosa HM 601 et Haemophilus influenzae ATCC 49247. Les modes d’action antibactériens des extraits les plus actifs (04) ont été évalués sur les souches d’Escherichia coli ATCC 25922 et Haemophilus influenzae ATCC 49247. Les tests DPPH et FRAP ont été utilisés pour déterminer le pouvoir antioxydant des extraits prometteurs. La cytotoxicité des extraits prometteurs contre la lignée cellulaire Vero a été évaluée à l’aide du test au MTT. L’un des extraits les plus actifs a été soumis à un fractionnement bioguidé par chromatographie sur colonne et les sous-fractions les plus actives analysées par UPLC couplées à la spectrométrie de masse. L’induction de la production de métabolites secondaires par la souche fongique la plus active a été réalisée à l’aide des éliciteurs chimiques de faibles poids moléculaires. Sur les 56 extraits bruts à l’acétate d’éthyle testés, environ 13 % ont été considérés comme très actifs, 66 % partiellement actifs et 21 % non actifs contre toutes les souches bactériennes testées avec des valeurs de CMI allant de 0,32 μg/mL à 25 μg/mL. Les quatre extraits plus actifs (MIC<5μg/mL) (d’Aspergillus sp. N454, Aspergillus sp. N13, xxxi Curvularia sp. N101 et Aspergillus sp. N18) ont significativement induit la lyse des cellules bactériennes, augmenté la perméabilité de la membrane externe, réduit la tolérance au sel et inhibé l’activité de la catalase bactérienne. Ils ont présenté une activité de piégeage des radicaux libres de DPPH avec des IC50 allant de 150,71 à 936,08 μg /mL. Trois des quatre extraits les plus actifs (Aspergillus sp. N454, Curvularia sp. N101, and Aspergillus sp. N18) étaient non cytotoxiques contre la ligné cellulaire Vero (CC50> 100μg/mL). Le fractionnement bioguidé de l’extrait d’Aspergillus sp. N454 a conduit à 10 fractions, la plus active étant la fraction F2 (MIC variait de 0,39 à 12,5 μg / mL). Le fractionnement subséquent de F2 a conduit à 17 sous-fractions, la sous-fraction KIMS4 (25 % d’hexane-acétate d’éthyle) étant la plus active (la CMI variait de 0,078 à 10 μg/mL). Le fractionnement a permis l’amélioration de l’activité antibactérienne de 1,24 à 40 fois en fonction des bactéries testées. L’analyse de la composition de la plupart des sous-fractions actives a révélé la présence de 10 composés antimicrobiens connus, notamment la N-acétyl tryptamine, l’acide usnique, l’acide sinapique, l’acide kaurane 1,18-dioïque, l’acide 9,10-époxyoctadécénoïque, le 1-hexadécanoyl glycérol, la gibbérelline A4, le cyclo (Leu-Pro), le cyclo (L-Leu-L-Pro) et le 3,4,5 triméthoxycinnamate de méthyle. D’autre part, la culture d’Aspergillus sp. N454 en présence d’acétone, de chloroforme, d’éthanol et de nicotine a augmenté la quantité de métabolites produits de 1,05 à 2,54 fois et amélioré l’activité antibactérienne de 2 et 128,20 fois selon les bactéries testées et l’éliciteur. Cette étude a démontré que les champignons endophytes de C. odorata, T. catappa et T. mantaly produisent des métabolites secondaires ayant une activité potentielle contre les agents responsables de la pneumonie. De plus, la culture de ces endophytes à l’aide de eliciteurs organiques pourrait non seulement augmenter leur activité antibactérienne, mais aussi stimuler la production de nouveaux métabolites secondaires avec une activité antibactérienne améliorée.