Published February 27, 2024 | Version v1
Publication Open

Alpha-sitosterol: a new antiviral agent produced by Streptomyces misakiensis and its potential activity against Newcastle disease virus

Creators

  • 1. Ain Shams University
  • 2. Zagazig University
  • 3. King Khalid University
  • 4. Agricultural Research Center

Description

Abstract Background Newcastle Disease Virus (NDV) causes severe economic losses in the poultry industry worldwide. Hence, this study aimed to discover a novel bioactive antiviral agent for controlling NDV. Streptomyces misakiensis was isolated from Egyptian soil and its secondary metabolites were identified using infrared spectroscopy (IR), gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS), and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The inhibitory activity of bioactive metabolite against NDV were examined. Three experimental groups of 10-day-old specific pathogen-free embryonated chicken eggs (SPF-ECEs), including the bioactive metabolite control group, NDV control positive group, and α-sitosterol and NDV mixture-treated group were inoculated. Results α-sitosterol (Ethyl-6-methylheptan-2-yl]-10,13-dimethyl-dodecahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-ol), a secondary metabolite of S. misakiensis , completely inhibited hemagglutination (HA) activity of the NDV strain. The HA activity of the NDV strain was 8 log 2 and 9 log 2 for 0.5 and 0.75% RBCs, respectively. The NDV HA activity for the two concentrations of RBCs was significantly ( P < 0.0001) inhibited after α-sitosterol treatment. There was a significant ( P < 0.0001) decrease in the log 2 of HA activity, with values of − 0.500 (75%, chicken RBCs) before inoculation in SPF-ECEs and − 1.161 (50%, RBCs) and − 1.403 (75%, RBCs) following SPF-ECE inoculation. Compared to ECEs inoculated with NDV alone, the α-sitosterol-treated group showed improvement in histological lesion ratings for chorioallantoic membranes (CAM) and hepatic tissues. The CAM of the α-sitosterol- inoculated SPF-ECEs was preserved. The epithelial and stromal layers were noticeably thicker with extensive hemorrhages, clogged vasculatures, and certain inflammatory cells in the stroma layer in the NDV group. However, mild edema and inflammatory cell infiltration were observed in the CAM of the treated group. ECEs inoculated with α-sitosterol alone showed normal histology of the hepatic acini, central veins, and portal triads. Severe degenerative alterations, including steatosis, clogged sinusoids, and central veins, were observed in ECEs inoculated with NDV. Mild hepatic degenerative alterations, with perivascular round cell infiltration, were observed in the treated group. Conclusion To the best of our knowledge, this is the first study to highlight that the potentially bioactive secondary metabolite, α-sitosterol, belonging to the terpene family, has the potential to be a biological weapon against virulent NDV. It could be used for the development of innovative antiviral drugs to control NDV after further clinical investigation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلفية مجردة يتسبب فيروس مرض نيوكاسل (NDV) في خسائر اقتصادية فادحة في صناعة الدواجن في جميع أنحاء العالم. وبالتالي، تهدف هذه الدراسة إلى اكتشاف عامل مضاد للفيروسات نشط بيولوجيًا جديدًا للتحكم في NDV. تم عزل الفقاريات المتسلسلة من التربة المصرية وتم تحديد مستقلباتها الثانوية باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وقياس الطيف الكتلي اللوني للغاز (GC - MS)، وقياس الطيف بالرنين المغناطيسي النووي (NMR). تم فحص النشاط المثبط للمستقلب النشط بيولوجيًا ضد NDV. تم تلقيح ثلاث مجموعات تجريبية من بيض الدجاج الجنيني الخالي من مسببات الأمراض (SPF - ECEs) البالغ من العمر 10 أيام، بما في ذلك المجموعة الضابطة للأيض النشط بيولوجيًا، والمجموعة الضابطة الإيجابية لـ NDV، والمجموعة المعالجة بمزيج ألفا سيتوستيرول و NDV. النتائج α -سيتوستيرول (إيثيل-6 -ميثيل هيبتان-2 -يل ]-10,13 -ثنائي ميثيل ثنائي ديوكاهيدرو-1 H -سيكلوبنتا [أ] فينانثرين-3 -أول)، وهو مستقلب ثانوي من S. misakiensis، يثبط تمامًا نشاط تراص الدم (HA) لسلالة NDV. كان نشاط HA لسلالة NDV هو 8 log 2 و 9 log 2 لـ 0.5 و 0.75 ٪ من كرات الدم الحمراء، على التوالي. تم تثبيط نشاط NDV HA لتركيزين من كرات الدم الحمراء بشكل كبير ( P < 0.0001) بعد علاج α -سيتوستيرول. كان هناك انخفاض كبير ( P < 0.0001) في السجل 2 لنشاط حمض الهيالورونيك، بقيم - 0.500 (75 ٪، كرات الدم الحمراء للدجاج) قبل التلقيح في SPF - ECEs و - 1.161 (50 ٪، كرات الدم الحمراء) و - 1.403 (75 ٪، كرات الدم الحمراء) بعد تلقيح SPF - ECE. بالمقارنة مع ECEs الملقحة بـ NDV وحدها، أظهرت المجموعة المعالجة بـ α -سيتوستيرول تحسنًا في تصنيفات الآفات النسيجية للأغشية المشيمية اللسانية (CAM) والأنسجة الكبدية. تم الحفاظ على كاميرات SPF - ECEs الملقحة بـ α -سيتوستيرول. كانت الطبقات الظهارية والسدوية أكثر سمكًا بشكل ملحوظ مع نزيف واسع النطاق، وانسداد الأوعية الدموية، وبعض الخلايا الالتهابية في طبقة السدى في مجموعة NDV. ومع ذلك، لوحظت وذمة خفيفة وتسلل الخلايا الالتهابية في كام المجموعة المعالجة. أظهرت ECEs الملقحة بـ α -سيتوستيرول وحده نسيجًا طبيعيًا للعناكب الكبدية والأوردة المركزية والثلاثيات البابية. لوحظت تغيرات تنكسية شديدة، بما في ذلك التنكس الدهني، والجيوب الأنفية المسدودة، والأوردة المركزية، في حالات الطوارئ التي تم تلقيحها بـ NDV. لوحظت تغيرات تنكسية كبدية خفيفة، مع تسلل الخلايا المستديرة حول الأوعية الدموية، في المجموعة المعالجة. على حد علمنا، هذه هي الدراسة الأولى التي تسلط الضوء على أن المستقلب الثانوي النشط بيولوجيًا، α -سيتوستيرول، الذي ينتمي إلى عائلة التربين، لديه القدرة على أن يكون سلاحًا بيولوجيًا ضد NDV الخبيث. يمكن استخدامه لتطوير أدوية مبتكرة مضادة للفيروسات للسيطرة على NDV بعد مزيد من الفحص السريري.

Translated Description (French)

Résumé Contexte Le virus de la maladie de Newcastle (VND) cause de graves pertes économiques dans l'industrie avicole du monde entier. Par conséquent, cette étude visait à découvrir un nouvel agent antiviral bioactif pour contrôler la NDV. Streptomyces misakiensis a été isolé du sol égyptien et ses métabolites secondaires ont été identifiés à l'aide de la spectroscopie infrarouge (IR), de la chromatographie en phase gazeuse, de la spectrométrie de masse (GC–MS) et de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN). L'activité inhibitrice du métabolite bioactif contre le NDV a été examinée. Trois groupes expérimentaux d'œufs de poule embryonnés exempts de pathogènes spécifiques âgés de 10 jours, y compris le groupe témoin des métabolites bioactifs, le groupe témoin positif au NDV et le groupe traité par mélange d'α-sitostérol et de NDV, ont été inoculés. Résultats L'α-sitostérol (éthyl-6-méthylheptan-2-yl]-10,13-diméthyl-dodécahydro-1H-cyclopenta[a]phénanthrène-3-ol), un métabolite secondaire de S. misakiensis, a complètement inhibé l'activité d'hémagglutination (HA) de la souche NDV. L'activité HA de la souche NDV était de 8 log 2 et 9 log 2 pour des globules rouges de 0,5 et 0,75 %, respectivement. L'activité HA du VND pour les deux concentrations de globules rouges était significativement ( P < 0,0001) inhibée après le traitement par α-sitostérol. Il y a eu une diminution significative ( P < 0,0001) du log 2 de l'activité HA, avec des valeurs de − 0,500 (75 %, globules rouges de poulet) avant l'inoculation dans les ECP-EPS et − 1,161 (50 %, globules rouges) et − 1,403 (75 %, globules rouges) après l'inoculation dans les ECP-EPS. Par rapport aux ECE inoculés avec le NDV seul, le groupe traité par l'α-sitostérol a montré une amélioration des cotes histologiques des lésions des membranes chorioallantoïdiennes (CAM) et des tissus hépatiques. La CAM des EES SPF inoculés à l'α-sitostérol a été préservée. Les couches épithéliales et stromales étaient sensiblement plus épaisses avec des hémorragies étendues, des vasculatures obstruées et certaines cellules inflammatoires de la couche stromale dans le groupe NDV. Cependant, un œdème léger et une infiltration cellulaire inflammatoire ont été observés dans la CAM du groupe traité. Les ECE inoculés avec de l'α-sitostérol seul ont montré une histologie normale des acini hépatiques, des veines centrales et des triades portales. Des altérations dégénératives sévères, y compris la stéatose, les sinusoïdes obstruées et les veines centrales, ont été observées chez les ECE inoculés avec NDV. Des altérations dégénératives hépatiques légères, avec infiltration de cellules rondes périvasculaires, ont été observées dans le groupe traité. Conclusion À notre connaissance, il s'agit de la première étude à souligner que le métabolite secondaire potentiellement bioactif, l'α-sitostérol, appartenant à la famille des terpènes, a le potentiel d'être une arme biologique contre le NDV virulent. Il pourrait être utilisé pour le développement de médicaments antiviraux innovants pour contrôler le NDV après une étude clinique plus approfondie.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes El virus de la enfermedad de Newcastle (NDV) causa graves pérdidas económicas en la industria avícola en todo el mundo. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo descubrir un nuevo agente antiviral bioactivo para controlar el NDV. Streptomyces misakiensis se aisló del suelo egipcio y sus metabolitos secundarios se identificaron mediante espectroscopía infrarroja (IR), cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC–MS) y espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). Se examinó la actividad inhibidora del metabolito bioactivo contra el NDV. Se inocularon tres grupos experimentales de huevos de gallina embrionados libres de patógenos específicos (SPF-ECE) de 10 días de edad, incluido el grupo de control de metabolitos bioactivos, el grupo positivo de control de NDV y el grupo tratado con mezcla de α-sitosterol y NDV. Resultados El α-sitosterol (etil-6-metilheptan-2-il]-10,13-dimetil-dodecahidro-1H-ciclopenta[a]fenantren-3-ol), un metabolito secundario de S. misakiensis , inhibió completamente la actividad de hemaglutinación (HA) de la cepa NDV. La actividad de HA de la cepa de NDV fue de 8 log 2 y 9 log 2 para 0.5 y 0.75% de glóbulos rojos, respectivamente. La actividad de NDV HA para las dos concentraciones de glóbulos rojos se inhibió significativamente ( P < 0,0001) después del tratamiento con α-sitosterol. Hubo una disminución significativa ( P < 0,0001) en el log 2 de la actividad de HA, con valores de -0,500 (75%, glóbulos rojos de pollo) antes de la inoculación en SPF-ECE y -1,161 (50%, glóbulos rojos) y -1,403 (75%, glóbulos rojos) después de la inoculación de SPF-ECE. En comparación con los ECE inoculados con NDV solo, el grupo tratado con α-sitosterol mostró una mejora en las calificaciones de lesiones histológicas para las membranas corioalantoideas (CAM) y los tejidos hepáticos. Se conservó la CAM de los SPF-ECE inoculados con α-sitosterol. Las capas epitelial y estromal eran notablemente más gruesas con hemorragias extensas, vasculaturas obstruidas y ciertas células inflamatorias en la capa del estroma en el grupo de NDV. Sin embargo, se observó edema leve e infiltración de células inflamatorias en la CAM del grupo tratado. Los ECE inoculados con α-sitosterol solo mostraron una histología normal de los acinos hepáticos, las venas centrales y las tríadas porta. Se observaron alteraciones degenerativas graves, como esteatosis, sinusoides obstruidos y venas centrales, en los ECE inoculados con NDV. En el grupo tratado se observaron alteraciones degenerativas hepáticas leves, con infiltración de células redondas perivasculares. Conclusión Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que destaca que el metabolito secundario potencialmente bioactivo, α-sitosterol, perteneciente a la familia de los terpenos, tiene el potencial de ser un arma biológica contra el NDV virulento. Podría usarse para el desarrollo de medicamentos antivirales innovadores para controlar el NDV después de una investigación clínica adicional.

Files

s12917-023-03875-y.pdf

Files (1.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f13d15e893f0094188b62dced4fc6c5c
1.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ألفا سيتوستيرول: عامل مضاد للفيروسات جديد تنتجه السلسليات المتسلسلة ونشاطها المحتمل ضد فيروس مرض نيوكاسل
Translated title (French)
Alpha-sitostérol : un nouvel agent antiviral produit par Streptomyces misakiensis et son activité potentielle contre le virus de la maladie de Newcastle
Translated title (Spanish)
Alfa-sitosterol: un nuevo agente antiviral producido por Streptomyces misakiensis y su posible actividad contra el virus de la enfermedad de Newcastle

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392198671
DOI
10.1186/s12917-023-03875-y

Is supplement to
https://openalex.org/W956870821 (Other)
https://openalex.org/W2597336173 (Other)
https://openalex.org/W2582763724 (Other)
https://openalex.org/W2563471482 (Other)
https://openalex.org/W2332422257 (Other)
https://openalex.org/W2332391105 (Other)
https://openalex.org/W2107325089 (Other)
https://openalex.org/W2077682360 (Other)
https://openalex.org/W2000730929 (Other)
https://openalex.org/W1973314767 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1964507929
  • https://openalex.org/W2044468824
  • https://openalex.org/W2060325362
  • https://openalex.org/W2092640638
  • https://openalex.org/W2101187401
  • https://openalex.org/W2130023537
  • https://openalex.org/W2136115963
  • https://openalex.org/W2153866915
  • https://openalex.org/W2168056522
  • https://openalex.org/W2188292605
  • https://openalex.org/W2256756668
  • https://openalex.org/W265948103
  • https://openalex.org/W2730236958
  • https://openalex.org/W2743064395
  • https://openalex.org/W2792261583
  • https://openalex.org/W2891542297
  • https://openalex.org/W2893342550
  • https://openalex.org/W2904535668
  • https://openalex.org/W2947142105
  • https://openalex.org/W2991380314
  • https://openalex.org/W3013855790
  • https://openalex.org/W3015290532
  • https://openalex.org/W3076570981
  • https://openalex.org/W3095128701
  • https://openalex.org/W3120100684
  • https://openalex.org/W3181213581
  • https://openalex.org/W4283371405
  • https://openalex.org/W4285492776
  • https://openalex.org/W4289767368
  • https://openalex.org/W4317608701
  • https://openalex.org/W4318592078
  • https://openalex.org/W4366828123
  • https://openalex.org/W4386152177
  • https://openalex.org/W4386567009
  • https://openalex.org/W582145905
  • https://openalex.org/W62794249