ペニシリン結合タンパク質4の結合を介した銀ナノ粒子の合成、インビトロおよびインシリコ評価（英文

Synthesis, in-vitro and in-silico evaluation of Silver Nanoparticles with Root Extract of Withania somnifera for antibacterial activity via binding of penicillin binding protein-4.

• Isha Gaurav
• Tanuja Singh
• Abhimanyu Thakur
• Gaurav Kumar
• Parth Rathee
• Puja Kumari
• Kumari Sweta

抄録

背景:

金属ナノ粒子(NP)は、ドラッグデリバリーや治療薬などの生物医学分野で広く利用されているが、健康な組織への毒性があるため、その用途は限られている。このため、毒性を大幅に低減または無害化して目的の活性を達成することができる代替法が必要とされています。生物学的製品として、Withania somnifera（W. somnifera）は、金属ベースのNPと比較して毒性が低いことに加えて、環境に優しいです。しかし、W. somniferaの抗菌活性の正確な作用機序については、これまでのところ研究されていない。

BACKGROUND: Metal nanoparticles (NPs) have been widely used for various applications in biomedical sciences including in drug delivery, and as therapeutic agents, but limited owing to their toxicity towards the healthy tissue. This warrants an alternative method, which can achieve the desired activity with much reduced or no toxicity. Being a biological product, Withania somnifera (W. somnifera) is an environment friendly, besides being less toxic as compared to metal-based NPs. However, the exact mechanism of action of W. somnifera for its antibacterial activities have not been studied so far.

目的:

W. somnifera根抽出物を用いた銀ナノ粒子（AgNPs-REWS）」の抗菌・抗がん作用の開発。さらに、その作用機序の解析を行う。

OBJECTIVE: To develop "silver nanoparticles with root extract of W. somnifera (AgNPs-REWS)" for antimicrobial and anticancer activities. Further, the analysis of their mechanism of action will be studied.

方法:

インシリコ法を用いて、アナフェリン、ソムニフェリン、スティグマステロール、ウィスタフェリンA、ウィザノライドA、G、M、ウィザノンなどのW. somniferaファイトケミカルのペニシリン結合タンパク質4（PBP4）阻害による抗菌機構の可能性を分子ドッキング研究により評価した。次に、ボトムアップ法を利用してAgNPs-REWSのグリーン合成を行い、詳細なファイトケミカル分析を行い、SEM、紫外可視分光法、XRD、FT-IR、HPLCでAgNPs-REWSを確認した。最終的には抗菌活性を調べた。

METHOD: Using in-silico approach, the molecular docking study has been performed to evaluate the possible antibacterial mechanism of W. somnifera phytochemicals such as Anaferine, Somniferine, Stigmasterol, Withaferin A, Withanolide- A, G, M, and Withanone by inhibition of penicillin binding protein 4 (PBP4). Next, we utilized bottom-up approach for the green synthesis of AgNPs-REWS, performed an indetail phytochemical analysis, confirmed the AgNPs-REWS by SEM, UV-visible spectroscopy, XRD, FT-IR, and HPLC. Eventually, we examined their antibacterial activity.

結果:

分子ドッキングの結果、WSファイトケミカル（ソムニフェリン、ウィタフェリンA、ウィタノリドA、ウィタノリドG、ウィタノリドM、ウィタノン）は、アンピシリン（-6.39 kcal/mol）参照分子と比較して、PBP4の活性部位への高い結合親和性を有していることが示唆された。これらのファイトケミカルは、PBP4の強力な阻害剤として期待されている。次に、概念実証として、AgNPs-REWSは、粗製品および対照品に比べて、キサントモナス種およびラルストニア種に対して有意な抗菌効果を示した。

RESULTS: The result of molecular docking, suggest that WS phytochemical (Somniferine, Withaferin A, Withanolide A, Withanolide G, Withanolide M, and Withanone) possess the higher binding affinity toward the active site of PBP4 as compare to Ampicillin (-6.39 kcal/mol) reference molecule. These phytochemicals predicted as potent inhibitor of PBP4. Next, as a proof-of -concept, AgNPs-REWS showed significant antibacterial effect as compared to crude, and control; against Xanthomonas and Ralstonia species.

結論:

ソムニフェリン、ウィタフェリンA、ウィタノリドA、ウィタノリドG、ウィタノリドM、ウィタノンなどのW. somniferaの有効成分がPBP4の阻害作用を持ち、W. somnifera抽出物の抗菌作用に関与していることが、インシリコおよび分子ドッキング解析により明らかになった。また、本研究では、REWSを用いたグリーン合成によるAgNPが病原性細菌に対して高い抗菌活性を示すことを明らかにした。

CONCLUSION: The in-silico and molecular docking analysis showed that active constituents of W. somnifera such as Somniferine, Withaferin A, Withanolide A, Withanolide G, Withanolide M, and Withanone possesses inhibition potential for PBP4 and responsible for the antibacterial property of W. somnifera extract. This study also establishes that AgNPs via the green synthesis with REWS showed enhanced antibacterial activity towards pathogenic bacteria.

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