Chrysophanol molekülünün In siliko ve In vitro ortamda Pseudomonas aeruginosa Quorum sensing mekanizması ve biyofilm formu üzerine etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of Chrysophanol on Pseudomonas aeruginosa Quorum sensing mechanism and biofilm formation via In vitro and In silico methods
Yazar: AYLA YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. NÜZHET CENK SESAL ; PROF. DR. SERDAR DURDAĞI
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Pseudomonas aeruginosa, ürettiği virülans faktörler ile akut ve kronik enfeksiyonlara neden olan fırsatçı bir patojendir. Gelişen antibiyotik direnç mekanizmalarıyla P.aeruginosa enfeksiyonlarının tedavisinde başarısız olunması virülans faktör mekanizmalarını hedefleyen yeni stratejiler geliştirilmesine önem kazandırmaktadır. Biyofilm oluşumunun ve virülans faktör üretiminin QS mekanizmasıyla kontrol edebildiği bilinmektedir.  
Bu çalışmada, Chrysophanol molekülünün P. aeruginosa sensör suşları kullanılarak anti-QS etkisi; PAO1 yabanıl tip suşu kullanılarak antibiyofilm ve antivirülans etkisi incelenmiştir. Ayrıca in siliko olarak P.aeruginosa'ya ait QS sinyal mekanizmasında görevli proteinler ile moleküler kenetlenme gibi çeşitli simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. RhlR reseptörüne ait yapı homoloji modelleme ile elde edilmiştir. Moleküler kenetlenme ile bağlanma enerjisi en düşük olarak hesaplanan ve istenilen aminoasit bağlantılarını içeren protein-ligand kompleksleri alınarak moleküler dinamik simülasyonlarına tabi tutulmuş ve MM-GBSA metoduyla bağlanma serbest enerjileri hesaplanmıştır. Pozitif kontrol olarak her proteinin kendi endojen agonisti ve QSI etkisi bilinen Penicillic acid molekülü kullanılmıştır. Chrysophanol, 135.8 µM'lik  ilk dozunda lasB-gfp, rhlA-gfp ve pqsA-gfp suşlarında sırası ile % 52.6, % 20.1 ve % 73.1 oranında inhibisyon belirlenmiştir. Aynı dozda antibiyofilm etkisi % 43.8 ve antivirülans özelliği piyosiyaninde % 96.4, elastazda % 88.3 ve proteazda %52.3'dür. Moleküler kenetlenme ve moleküler dinamik simülasyonlarında LasI, LasR ve PqsR sistemlerinde molekülün etkinliğinin başarılı ve stabilitesinin kararlı olduğu belirlenmiştir. In vitro inhibisyonlar göz önüne alındığında in siliko ve in vitro çalışmaların birbirleriyle tutarlı olduğu görülmüştür. Chrysophanol molekülün antivirülans ve QSI özelliğininin in vitro olarak belirlenmesi ve LasI, LasR, PqsR ve RhlR reseptörlerine ait detaylı in siliko hesaplamaların bu çalışmada yapılması ile literatüre katkı sağlanacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes acute and chronic virulence associated infections. Developing antibiotic resistance mechanisms causes failure to treat P.aeruginosa infections. Consequently, new approaches are aimed at reducing virulence factors. 
In this study, the anti-QS effect of Chrysophanol using P. aeruginosa sensor strains, antibiofilm and antivirulence effect using wild type strain PAO1 were investigated in vitro. Molecular docking simulations were carried out with proteins involved in the QS signaling mechanism of P. aeruginosa. The structure of the RhlR receptor was obtained by homology modeling. Protein-ligand complexes with the lowest binding energy and containing the desired amino acid connections were subjected to long molecular dynamics simulations and MM-GBSA free energies were calculated.
In the first dose of 135.8 µM of Chrysophanol, inhibition of lasB-gfp, rhlA-gfp and pqsA-gfp strains was 52.6%, 20.1% and 73.1%, respectively. The same dose of antibiofilm effect is 43.8% and the antivirulence feature is 96.4% in piyosiyanin, 88.3% in elastase and 52.3% in protease. Each protein has its endogenous agonist and the Penicillic acid molecule known for its QSI effect is used as a positive control. Our simulations indicated that the effectiveness of the molecule is successful and its stability is stable in QS systems. Considering in vitro inhibition, in silico and in vitro studies were found to be consistent with each other. It is thought that the antivirulence and QSI property of Chrysophanol is determined in vitro and detailed in silico calculations of each reseptors will contribute to the literature.