CC BY
14FTAMP: 62.09.39
Г.Д. УЛТАНБЕКОВА1*, ^.А. МУХАТАЕВА1, A I. ЖУСУПОВА1, Ч.Д. ГЕЛАНИ2, Н. ИБИШЕВА1, АС. НУРМАХАНОВА1, МО. ЖAЛFAСБAЕВA1, Э.Э. СAFЫНДЬЩОВA1, Ж.Д. ДАСТАН1 1Эл-Фараби атындагы ^азак улттык университетi, Алматы, ^азакстан 2Минданао мемлекеттiк университетi - Илиган технологиялык институты, Илиган,
Филиппин *e-mail: [email protected]
ЦАЗАЦСТАН ТЕРРИТОРИЯСЫНДА 0СЕТ1Н ФАРМАФЛОРА SALVIA AETHIOPIS L, SALVIA STEPPOSA DESSHOSTЖЭНЕ SALVIA SCLAREA L. 0СШД1КТЕР1НЩ
ЭНДОФИТТЕР1Н ЗЕРТТЕУ
doi: 10.53729/MV-AS.2023.03.13
ТYЙiн
Эндофитп микроорганизмдердщ кец таралуы жалпыга б1рдей мойындалган факт болып табылады. Осы зерттеу аясында флора формасыныц белштершен эндофитп микроорганизмдерд1 белш алу, олардыц белсендшгш патогенд1 бактериялар жэне микромицеттерге карсы багалау жоспарлануда. Дэршк еамдштердщ Salvia aethiopis, Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L. Белштершен белш алынган эндофитп микроорганизмдер белсенд1 екшшшк метаболиттер тYзетiн микроорганизмдердщ кезi бола алады. Зерттеу жумысыныц езектiлiгi, фармакофлораныц микробтык продуценттершщ эртYрлiлiгiн зерттеп, патогендi бактерияларга жэне микромицеттерге белсендiлiгi жогары эндофитп микроагзалардыц продуценттерiн iрiктеу болып табылады.
Зерттеу жумысында эндофиттi микроорганизмдердщ 45 изоляты окшауланган, эндофиттi микроорганизмдердщ непзп кездесетiн орны тамырларда (42,2%), сабактарында (33,4%), ал ец азы зерттелген белiгi еамдштердщ жапырактарында (24,4%) кездесетш зерттеу барысында туракталды.
Шалфей (Salvia L) тектес дэршк ешмдштердщ белштершен окшауланган эндофиттi актиномицеттердi олардыц патогендш микроорганизмдердщ есуiн тежеу кабiлетi бойынша скрининг жYргiзiлдi, нэтижесiнде Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Candida albicans жэне Fusarium oxysporum есуш тиiмдi тежейтш 2 N. A1 жэне N. A4 штаммдары iрiктелдi. бсудщ тежелу аймагы 10,0 мм-ден 18,2 мм-ге дешн болды. Зерттелген эндофиттi штаммдар Actinomyces spp. тукымдасыныц екiлдерi ретвде аныкталды.
Кiлттi свздер: шалфей, эндофит, Salvia stepposa Desshost, Salvia sclarea L., дэршк еамдштер.
^азакстанныц фармакологиялык флорасында жогары сатыдагы ес1мд1ктердщ 6000-га жуык тYрi бар. ^аз1р ^азакстанда дэршк ес1мд1ктердщ канша тYрi есетшш айту киын, ейткеш олардыц т1з1м1 жыл сайын толыгып отырады. ^алай болганда да, олардыц кем дегенде 500 тYрi бар, б1рак каз1рп уакытта тек 50 - ге жуык тYрi ресми медицинада шиюзат ретшде, ал 200-ге жуыгы халык медицинасында колданылады. Б1здщ республикамыздыц аумактары б1ркелю жеткшкп зерттелмеген. Осыган байланысты б1здщ зерттеулер1м1здщ бастапкы кезещ дэршк ес1мд1ктердщ эндофитп микроорганизмдер1 туралы акпарат алу, олардыц бактерияга жэне микромицетп сацыраукулакка карсы касиеттерш зерттеу болып табылады. Дэршк заттарды дамыту Yшiн перспективалы эндофитп микроорганизмдердщ штаммдары ^азакстан Республикасыныц Улттык коллекциясында сакталады жэне улттык халыкаралык патенттеуге жiберiледi.
Жаца технологиялар непзшде б1ркатар жаца биотехнологиялык жэне фармацевтикалык енд1рютерд1 куру Республикамыздыц фармафлора ресурстарыныц б1регей элеуетш негурлым толык пайдалануды талап етед1. ^Р Yкiметi дэршк заттармен камтамасыз ету саласындагы алга койган басым мшдеттердщ б1р1 республиканыц дэршк заттарга кажеттшгш камтамасыз ету Yшiн фармацевтика саласын дамыту, оныц 1шшде
микроорганизмдердщ отандык дэрiлiк eндiрушiсi негiзiнде TYnH^CK^bi дэрiлiк субстанцияларды eндiру болып табылады. ^aßipri уакытта микробка карсы турактылыктыц есу жэне таралу тенденциясы когамдык денсаулык сактау саласындагы мацызды мэселе болып табылады, eйткенi бул eмiрге кaуiп тeндiретiн инфекцияларды емдеу кaбiлетiмiзге нуксан келтiредi. Бул мэселеге жауап ретшде ДYниежYзiлiк денсаулык сактау ассамблеясы микробка карсы турактылыкпен кYресу жeнiндеri жahaндык iс-кимыл жоспарын кабылдады, оныц максаты микробка карсы тиiмдi жэне каушаз дэрi-дэрмектерrе туракты KOлжетiмдiлiктi камтамасыз ету [1].
Биологиялык белсендi заттар, eсiмдiктердiц екiншi реттiк метaболиттерi фармакологиялык eнеркэсiпте бaктерицидтiк жэне фунrицидтiк препараттарды алуда жэне косметика мен турмыстык химияда eсiмдiк тектес препараттарды eндiруде мацызды рeл аткарады. ^aзiргi уакытта eнеркэсiпте шалфей Salvia aethiopis, Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L. непзшде eсiрiлген препараттар колданылады. Бул тургыда ^азакстанныц табиги флорасыныц жерriлiктi тYрлерi жэне олармен тYзiлетiн екiншi реттiк метaболиттерi де жеткшкт зерттелмеген. Оларды зерттеу бiздiц елiмiз Yшiн мацызды теориялык жэне практикалык мэцге ие, олар iшкi нарык пен экспортка арналган биологиялык белсендi заттардыц eзiндiк ресурстык базасын куруга мYмкiндiк бередi.
^aзiргi медицинаныц eзектi мэселелерiнiц бiрi - пaтоrендiк микроорганизмдерде, вирустарда жэне оба клеткаларында колданылатын дэрiлерrе тез пайда болатын тeзiмдiлiк болып табылады. Осыган байланысты жаца тиiмдi aнтибиотиктердi iздеу мэселесi Yлкен мацызга ие, олардыц неriзri кeзi эртYрлi микроорганизмдер - актинобактериялар, бактериялар мен сацыраукулактар синтездейтiн табиги косылыстар болып табылады. Антибиотиктерден баска, витаминдерд^ гормондарды, антиоксиданттарды, ферменттердi, eсу заттарын жэне амин кышкылдарын eндiруге кабшетп болып келедi. Соцгы зерттеулерге сэйкес, биологиялык белсендi заттардыц продуцентi ретшде микроорганизмдердщ мYмкiндiктерi таусылган жок деп айтуга толык непз бар. Жаца aнтибиотиктердi iздестiру жэне дамытудыц мацызды кезецдершщ бiрi - табиги ортада eсетiн дэрiлiк eсiмдiктерден екiншi ретпк метоболиттердiц продуценттерiн окшаулау болып табылады. Эндофиттердi табиги кeздерден окшаулау Yшiн дэстYрлi де, селективтi де эртYрлi эдiстер колданылады. Микрооргaнизмдердi окшаулаудыц селективт эдiстерiнде колданылатын тэсiлдер, зерттелетiн Yлгiден окшауланган прокариоттык дакылдардыц таксономиялык эртYрлiлiгiн арттыруга мYмкiндiк бередi. Соцгы кездерi табиги жагдайда eсетiн, ксерофита ортада eсуге бейiмделген дэрiлiк eсiмдiктер элемдш нарыкта жогары сураныска ие болды. Практикалык кызыгушылыкты Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L. биологиялык белсендi заттарга бай перспективалы дэрiлiк eсiмдiктерi тудырады. Эз кезегiнде ^азакстанда eсетiн осы топтагы eсiмдiктердiц тYрлерi жYЙелi тYPде жеткiлiктi зерттелмеген. Жаца дэрi-дэрмектердi iздестiру барысында галымдар дэрiлiк eсiмдiктердiц таза фармацевтикалык препараттарга колайлы балама болып табылатынын жэне уыттылыгы тeмен жаца микробка карсы агенттердщ кeзi екенш, сонымен катар синтетикалык химиялык заттардан туындаган жанама эсерлерi жок екенш аныктады [2].
^aзiргi тацда микробка карсы препараттардыц кец спектрi бар екiншi реттiк метaболиттерi, ягни эндофита микрооргaнизмдерi тиiмдi колдану туралы деректер eте eзектi. Сондыктан эндофиттi микроорганизмдер биологиялык косылыстары микробка карсы препараттардыц жаца тYрлерiн ашуга кeбiрек мYмкiндiк бередi. Осыган байланысты, ец алдымен, эндемиялык дэрiлiк eсiмдiктерден бeлiп алынган эндофита микрооргaнизмдердi жэне оларды антибиотикалык препараттарды ашу Yшiн колдануга зерттеулердi багыттау мацызды. Жергiлiктi дэрiлiк табиги субстраттарды пайдалану мYмкiндiгi бэсекеге кабшетп жаца дэрiлiк заттарды скринингтеу Yшiн Yлкен мYмкiндiктер ашады, бул ^азакстанныц инновациялык фармацевтика eнеркэсiбiн дамыту Yшiн непз бола алады. ^aзiргi уакытта шалфейдщ эндофиттi микроорганизмдер популяциясына толык зерттелу жумыстары жYргiзiлмеген, сонымен катар олар биоалуашурлшктщ мацызды
курамдас белш мен микробка карсы косылыстардыц перспективалык K63Ï ретiнде кызмет етедь Бул аспектiде зерттеудщ Heri3ri багытына айналган этноботаникалык тарихы бар еамдштердщ эндофиттi микроорганизмдерi жан-жакты зерттеу езект [3-5]. ¥сынылып отырган зерттеу жумысында дэрiлiк еамдштердщ мYшелерiнен белiнiп алынган эндофиттi микроорганизмдер жэне олардыц антибиотикалык белсендiлiгiн аныктау негiзгi максат болып табылады.
ДYние жYзiнде Salvia L. тукымдасыныц 900-ге жуык тYрi бар, ал ^азакстан аумагында 29 тYрi кездеседi [6, 7]. Сондай-ак олардыц арасында дэрiлiк, жемдiк, техникалык жэне декоративтш есiмдiктер де бар. Salvia L. тукымдас есiмдiктердiц эфир майларыныц биологиялык белсендiлiгi негiзгi компоненттердiц бiрiккен эрекетiне байланысты. Деректердi, мамандандырылган эдебиеттердi талдау Salvia Officinalis L. эфир майыныц курамдас белiгi жеткiлiктi зерттелгенш жэне эртYрлi факторларга байланысты екенш керсетедг есу жагдайлары, есiмдiк шиюзатын ендiру жэне сактау технологиялары жэне т.б. [8, 9]. Salvia L. тукымдасы эфир майларыныц, флавоноидтардыц жэне терпеноидтардыц бай кезi болып табылады [10-11]. Бул тукымдас антиоксидантты, патогендi микрорганизмдерге карсы белсендiлiгiмен танымал болып келедi [12,13]. S. aethiopis гулшогырында 0,28%, ал жапырактарында 0,2% эфир майы бар, оныц негiзгi курамдас белiгi терпендер болып келедi [14-15].
Осы зерттеу аясында есiмдiк мYшелерiнiц белiктерiнен эндофиттi микроорганизмдердi белiп алу, олардан антибиотикалык заттар алу жэне олардыц бактерияга карсы белсендiлiгiн багалау жоспарлануда. Дэрiлiк есiмдiктерге жататын Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L белштершщ эндофитп микроорганизмдерi белсендi екiншiлiк метаболиттер тYзетiн микроорганизмдердiц кезi бола алады. Дэрiлiк есiмдiктерден эндофиттi микроорганизмдердiц антибиотиктердi ендiру кабiлетiн зерттеу олардыц жер шарыныц эртYрлi аймактарынан эртYрлiлiгi мен таралуын нактырак тYсiнуге жэне жаца антибиотиктерге скринингтщ жаца эдiстемелiк тэсшдерш эзiрлеуге мYмкiндiк бередi. ^азакстанда дэршк есiмдiктерден алынган эртYрлi эндофиттi микроорганизмдердщ - жаца антибиотиктердi ендiрушiлердiц болуы усынылган жаца скринингтiк зерттеу эдiсi Yшiн перспективалы болып табылады.
Эдеби кездердi карастырсак, жогаргы таксондарга сэйкес эндофиттер келесщей белiнедi: Proteobacteria - 54% (Alfaproteobacteria - 18%, Beta-proteobacteria - 10%, Gamma-proteobacteria - 26 %), Actinomycetes 20%, Firmicutes - 16%, Bacteroidetes - 6 %, Archae - 4 %. Соцгы молекулалык-генетикалык эдютердщ кол же^мдшгшщ артуымен эндофитпк бактериялардыц тiзiмi Yнемi кецейiп, эндофиттердiц биоалуантYрлiлiгi туралы бiлiмiмiз Yнемi толыктырылып отыратыны анык. Эндофитп бактериялар есiмдiк агзасыныц эртYрлi белштершде: тамырларында да, есiмдiктердiц ауа белштершде де, гYлдерi мен тукымдарында да кездеседь Эндофиттер планетаныц кез-келген есiмдiктерi мен географиялык нYктелерiнде кездеседi. Ризосфералык PGPB сиякты, эндофиттi бактериялар да кабшетп: еамдшт аурулардан коргауды камтамасыз етедi, нематодтарга карсы антагонистiк белсендшкке ие; азотты сiцiру, есiмдiктердiц есу реттепштерш синтездеуикабiлеттерiне ие.
Эндофиттi бактериялар еамдш iшiнде жасырын емiр сYре алады, ал стресс немесе экологиялык тепе-тецдiк бузылган кезде патогендiк факторлар белсендiрiлуi мYмкiн жэне жагдайга байланысты еамдш ауырады немесе езiнiц "жауын" жоя алатын кабiлетiменде ерекшеленедi.
Зерттеу материалы мен эдктер1
Зерттеу нысандары: есiмдiк белiктерiнен окшауланган эндофиттi микроорганизмдер: ризосфера (тамыр), каулосфера (сабак), филлосфера (жапырак бетi), аносфера (гYлдер); эпиофиялык шалфей (Salvia aethiopis L.), емен шалфей (Salvia nemorosa) жэне мускат шалфей (Salvia sclarea).
Зерттеу жумысында Lamiaceae тукымдасына жататын еамдштердщ 3 тур1 пайдаланылды: Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L . Халыкаралык талаптар мен экспедиция жумыстарына сэйкес 1ле-Алатау улттык табиги паркшщ экожYЙелерiнен жэне оцтYCтiк Балхаш ещршен этнофармафлораныц табиги субстраттарыныц Yлгiлерi жиналды. Антибиотик продуценттерш зерттеуде белгш селективт корекпк орталар пайдаланылды.
Жумыс барысында 3 корекпк орта пайдланылды. Гаузе ортасыныц залалсыздандыру шарттары: агын суы; 1,0 еритш крахмал; 20,0 калий нитраты (KNO3); 1,0 калий гидроортофосфаты (K2HPO4); 0,5 магний сульфаты (MgSO4 • 7H2O); 0,5 натрий хлорид1 (NaCl); 0,5 атм кезшде рН 7,0-7,5. (121 °С) - 15-20 мин.
Ет пептонды агар (ЕПА): ет суы - 1,0; натрий хлорид1 (NaCl) - 5,0; пептон - 10,0 1 атм. (121 °С) - 20 мин.; агар-агар - 20,0 рН 6,8-7,0
Чапека корекпк ортасы: кубыр суы - 1,0; натрий нитраты (NaNO3) - 2,0; дикалий фосфаты (K2HPO4) - 1,0; магний сульфид (MgSO4) - 0,5; калий хлорид1 (KCl) - 0,5; тем1р сульфит (FeSO4) - 0,5; тем1р сульфит (FeSO4) - агар-агар 1здер1 - 20,0 рН 6,8-7,0 1 атм. (121 °С) - 20 мин.
Зерттеу объектшер1 ^азакстан территориясында есетш жэне 1р1ктелген Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L дэршк еамдштердщ Yш тYрiнен жинактаушы микробтык культура эдюмен окшауланган эндофитп актиномицеттер мен бактериялардыц штаммдары белш алынады.
Зерттеу эдютершщ сипаттамасы: Зерттеу жумысыныц максатына жету Yшiн Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost жэне Salvia sclarea L дэршк дэршк еамдштердщ эндофитп микроорганизмдерше скрининг жYргiзу, курамын аныктау, осы максатта зертханалык тэжiрибелердi жYргiзу.
Ризосфералык Yлгiлердi алу терецдш 10-20 см болады. Yлгiлер стерильдi пластик контейнерлерге салынып, зертханага тасымалданады жэне пайдаланылганга дейiн 4°C тоцазыткышта сакталады.
Дэрiлiк есiмдiктердiц эртYрлi белiктерiнен микроорганизмдердi белiп алу эдiсi келесi жолмен жYзеге асырылады: есiмдiктiц жапырактары, сабактары жэне тамырлары сумен, содан кешн зарарсыздандырылган бидистильденген сумен мукият жуылады. Кептiрiлген Yлгiлердi 70% этанолга 30 секунд, содан кешн эпифитп изоляттарды жою Yшiн 2% натрий гипохлорит ерiтiндiсiне 2 минут бойы ащредь Осыдан кейiн ерiтiндi тегiлiп, Yлгiлер 70% этил спиртiне 30 секундка кайта батырып, Yлгiлердi бидистилденген сумен жуады, эрбiр Yлгiнi скальпельмен сегменттерге кеседi. Кесiлген есiмдiк Yлгiлерi корекпк агары бар Петри табакшаларына салынып, 32°C температурада 48 сагат бойы инкубацияланады [16].
Агарлы блоктар жэне диффузды эдiсi аркылы окшауланган актиномицеттердщ антагонистiк белсендiлiгi аныкталды. Тест дакылдары ретiнде Чапек агарында ескен микромицеттер жэне ЕПА ортасында дакылданган бактериялар колданылды. Зерттелетiн микроорганизмдер жаксы ескеннен кешн агарлы блоктары стерильдi бурмен (7 мм) кесшед^ олар баска Петри табакшасындагы тест дакылдары куйылган ортага бiр-бiрiнен бiрдей кашыктыкта агар бетше орналастырылды. Бактериялардыц есу тежелу аймагыныц диаметрi 37°С температурада 48 сагат инкубациядан кешн аныкталды. Ашыткы тэрiздi жэне микромицеттердiц есуiн тежеу аймагыныц диаметрi 5 тэулiкте 28°С температурада ескен дакылдарда аныкталады. Дакылды морфологиялык ерекшелiктерiн: олардыц морфологиялык (Грам бояуы, споралануы, козгалгыштыгы, жасуша тшш) жэне биохимиялык сипаттамаларын (каталаза, оксидаза, амилаза белсендшп жэне т.б.) аныктау эдiстерi колданылды [17, 18]. Тест микроорганизмдер ретшде бактериялар, ашыткы тэрiздi жэне микромицетп сацыраукулактардыц тYрлерi пайдаланылады: Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger [19].
Нэтижелер жэне оларды талдау
Ризосфера жэне Salvia L. (шалфей) тукымдасыныц дэршк eсiмдiктерiшц бeлiктерiшц Yлгiлерi алынды. Эамдштер мен ризосфераныц сынамаларын жинау 1ле-Алатау мемлекеттiк улттык табиги паркшщ аумагында жэне Балхаш eцiршде жYргiзiлдi. Ризосфера Yлгiлерiнен жэне Salvia L. (шалфей) тукымдас дэрiлiк eсiмдiктердщ Yш тYрiнiц жер Yстi бeлiктерiнен эндофиттердi окшауланды. Ризосфера мен eсiмдiктердщ жер белштершщ Yлгiлерiмен егiлген коректiк агар пластиналары морфологиялык тургыдан эртYрлi колонияларды ^рсет^.
Salvia L. (шалфей) тукымдасына жататын дэрiлiк eсiмдiктердщ Yш тYрiнщ шшен: эпиофиялык шалфей (Salvia aethiopis L.), емен шалфейi (Salvia nemorosa) жэне мускат шалфей (Salvia sclarea) eсiмдiк мYшелерiнен эндофиттi микроорганизмдердщ 45 изоляты бeлiп алынды. Эндофиттi микроорганизмдер eсiмдiк тамырларында ец Ken колонизацияланганы 1 кестеден ^руге болады. Эндофиттi микроорганизмдердщ жилiгi тамырларда (42,2%) жэне ец аз мeлшерi зерттелген eсiмдiктердiц жапырактарында (24,4%) кeрсеттi.
Барлык окшауланган изоляттардыц 11 тYрi Гаузе агарлы корект ортада eскен кезде актиномицеттерге тэн кeрiнiстi кeрсеттi: тыгыз, тыгыз колониялар тYЗдi, олар ортамен бiрiктiрiлген, субстратты мицелийiн тYЗдi. Кейбiр изоляттар ортага пигменттер бeлдi. Барлык изоляттардыц жасушалары грам оц боялган. Осылайша, окшауланган изоляттардыц морфологиялык сипаттамасы олардыц актиномицеттердщ катарына жаткызуга мYмкiндiк бердi. ЕПА агарлы корекпк ортада eскен кезде 34 изоляттыц кeрiнiсi: колониялары тепс, дeцгелек, мeлдiр, дeцес, ылгалды колониялар тYзiп, суда бiркелкi булыцгырлыкты тудырды, бул касиеттер олардыц бактериялар катарына жататындыгын сипаттайды. Ыцгайлы болу Yшiн изоляттарды окшауланган eсiмдiк тYрiнiц бас эртмен белгiлендi (A -Salvia aethiopis L, N - Salvia nemorosa, S - Salvia sclarea), бас эртпен а - актиномицеттер жэне B-бактериялар жэне реттiк нeмiрмен белгiлендi.
Кесте 1 - Шалфей (Salvia L) ту^ымдасыныц дэрiлiк eсiмдiктерiвде эндофиттi микроорганизмдердiц саны_
№ 6сiмдiк атауы Эамдштердщ эртYрлi белштершен окшауланган эндофит изоляттарыньщ саны
Тамыры (R) Сабагы (S) Жапырагы (L) Барлыгы
1 Salvia aethiopis L. 8 8 6 22
2 Salvia nemorosa 7 4 3 14
3 Salvia sclarea 4 3 2 9
Актиномицеттердщ антагонистж цасиеттерт зерттеу.
Антагониспк белсендшкп зерттеу дэрiлiк заттарды жиi контамирлейтш бактериялар мен сацыраукулак;тардыц тYрлерiне тексершдг Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger.
Сурет 1 - Salvia L-ден белсендi эндофитп актиномицеттермен A. niger, F. oxysporum иатогендш
тест штамдарыныц есуш тежеу кврiнiсi
Микробка карсы потенциалы бар актиномицеттердщ ти1мд1 штамдарын тацдау Yшiн патогендш микроорганизмдер егiлген корекпк ортага штрих аркылы эндофиттi актиномицеттердi егiлдi (1-сурет).
Зерттеуде А. А2, А. A4 жэне А. А5 эндофитп микроорганизмдердiц ym окшауланган штамдары жогарыда аталган патогендерге карсы белсендшк керсетпегенi аныкталды; А.А1, А. А3, Н. А3 штамдары тек бiр патогендi микроорганизмге карсы белсендiлiк керсетп, А. А6, Н. А2 жэне С. А1 штамдары патогендi микроорганизмдердщ екi тYрiне белсендiлiк керсеттi. Антагониспк белсендiлiктiц кец спектрiн керсететiн ец тиiмдi штамдар N. A1 жэне N. A4 штамдары болды (2-кесте.)
Таблица 2 - Эндофитп актиномицеттердщ белсендшгш иатогенд1 тест микроагзаларга зерттеу
№ Штамм Патогенд1 микроагзалар
Escherichia coli Fusarium oxysporum Staphylococcus aureus Candida albicans Aspergillus niger
эпиос жялык шалфей (Salvia aethiopis L.)
1 A.Ä1 - - + - -
2 A.A2 - - - - -
3 A.Ä3 - - - - +
4 Ä.Ä4 - - - - -
5 Ä.Ä5 - - - - -
6 A.Ä6 - - + - +
емен шалфеш (Salvia nemorosa)
1 N.Ä1 - - + + +
2 N.Ä2 - + - - +
3 N.Ä3 - - - - +
4 N.Ä4 - + + + -
мускат шалфеш (Salvia sclarea)
1 S.Ä1 - - - + +
Ескерту: «+» — Бактерияга карсы белсендшк т1ркелген, « -« — Бактерияга карсы 6елсенд1л1к жок
Осылайша, патогендiк бактериялар мен сацыраукулактарга карсы антагонистiк белсендiлiгi бар микробка карсы препараттардыц тиiмдi продуценттерi ретшде A. A6, N. A1, N. A2, N. A4, S. A1 штамдары iрiктелдi.
Нэтижелердщ дэлелдшп, антагонистiк белсендiлiгi бар штамдар 6, 7-кестелерде кeрсетiлген к;оректш ортадагы агарга диффузия эдiсiмен жэне агар блокты эдiсiмен eсудi тежеу аймагы анык;талып зepттeлдi (3, 4-сурет).
Кесте 3- Агарлы блок од1с1 бойынша актиномицеттердщ антагонистш белсендЫп
Штамдардыц атауы 0суд1 тежеу аймагы, мм
Staphylococcus aureus Escherichia coli Aspergillus niger Candida albicans Fusarium oxysporum
A.Ä6 16,0±0,4 0 18,9,4±0,3 0 0
N.Ai 12,4±0,3 0 16,0±0,5 13,7±0,8 0
N.Ä2 0 0 11,2±0,9 0 12,5±0,2
N.Ä4 10,0±0,6 0 0 17,0±0,4 15,3±0,7
S.Ai 0 0 13,1±0,4 14,2±0,9 0
AKTHHOMH^TrepgiR apTYpni H3onflTTapbiHbiR aceprneH naToreHgiK
MHKpoopraHH3MgepgiR ecyiH Te^ey aHMaKTapw 10,0 MM-geH 20,4 MM-re geMiH e3repgi (3-cypeT). KenTereH TecT naToreHgi GaKTepHanapw MeH caRbipayKYnaKTapbma Kapcw acep eTeTiH eR öenceHgi H3onflTTapFa N. A1 «3He N. A4 mTaMgapw ^aTaTbiHgmfm TypaKTangbi. N. A1 mTaMMH Ym Staphylococcus aureus, Aspergillus niger «3He Candida albicans TecT MHKpoÖTapwHa Kapcw aHTaroHH3Mgi KepceTTi. An, N. A4 mTaMMbi Staphylococcus aureus, Candida albicans, Fusarium oxysporum ecyiH Te^egi.
Кесте 4 - Актиномицеттердщ да^ылды с^йьщтьщтарыньщ антагонистш белсендшп
Штамдардыц атауы Эсуд1 тежеу аймагы, мм
Staphylococcus aureus Escherichia coli Aspergillus niger Candida albicans Fusarium oxysporum
A.Ä6 18,4±0,3 0 20,4±0,5 0 0
N.Ä1 15,0±0,5 0 15,6±0,3 14,2 ±0,2 0
N.A2 0 0 13,7±0,4 0 14,7±0,3
N.Ä4 12,8±0,2 0 0 18,2±0,3 16,1±0,9
S.Ä1 0 0 14,3±0,5 16,4±0,2 0
Bактериmардblц антагонистiк yacuemmepiH 3epmmey. EaKTepHflnapgbi« aHTaroHHcriK KacHeirepih 3epTTey gapiniK 3aTTapFa KOHTaMHHaHT GaKTepuanap MeH ca«bipayK¥naKTapgbi« öec TYpiHe TeKcepingi: Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger.
MHKpoö^a Kapcw пoтeнцнanw öap энgo$нni GaKTepuanapgwR TuiMgi mTaMgapwH Ta«gay YmiH naToreHgiK MHKpoopraHH3Mgepi öap ;opeKTiK opTaFa энgo$нттi öaKTepuanap mTpuxneH ceöy ap;wnw aHw;Tangw (cypeT 2).
Сурет 2 - Salvia L туысынан белшш алынган белсенд1 эндофитп бактериялардыц A. niger патогендш тест да^ылыныц есуш тежегендеп кершга
Кесте 5 - Эндос эитп бактерия штамдарыныц антагонист белсендт
Штамм атауы Патогенд1 микроагзалар
Escherichia coli Fusarium oxysporum Staphylococcus aureus Candida albicans Aspergillus niger
эпиофиялык шалфей (Salvia aethiopis L.)
жапырактан белшш алынган штамдар
А.Вз - + - - +
A.B4 - - - - +
тамырдан белшш алынган штамдар
А.Вб + - + - -
мускат шалфей (Salvia sclarea)
апырактан белшш алынган штамдар
S.B2 - - + - -
S.B4 + - + - +
тамырдан белшш алынган штамдар
S.B5 - - - - +
S.B8 - - + - -
Ескерту: «+» — Бактерияга карсы белсендшк т1ркелген, «-» — Бактерияга карсы белсендшк жок
Зерттеу нэтижесшде шалфей (Salvia L.) тукымдас дэрiлiк еамдштщ Yш TYpiHeH окшауланган эндофиттi бактериялардыц 27 штаммыныц антагониспк касиеттерi жок екендiгi аныкталды. Емен шалфешнен (Salvia nemorosa) окшауланган эндофитп микроорганизмдердщ барлык штамдары патогендiк бактериялар мен сацыраукулактарга карсы антагонистiк белсендшкт кeрсетпедi. Эфиопиялык шалфей мен мускат шалфешнен окшауланган штамдардыц антагонистiк касиеттерi 5-кестеде кeрсетiлген.
Антагонистiк касиеттердi зерттеу нэтижесшде A. B3 штаммы (Fusarium oxysporum жэне Aspergillus niger есуш тежед^, A. B6 штаммы (Escherichia coli жэне Staphylococcus aureus есуш тежед^ жэне S. B4 штаммы ^ш сынак моделшщ eсуiн тежедг Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Aspergillus Niger). Осы штаммдарды одан эрi зерттеу есу тежелу аймагын аныктау Yшiн коректiк ортадагы агарга диффузия эдiсiмен жэне блокты агар эдiсiмен зерттелдi (6, 7-кестелер).
Кесте 6 - Агарлы блок эдю1 бойынша бактериялардыц антагонистш белсендшш
Эсуд1 тежеу аймагы, мм
Номер штамма Staphylococcus Escherichia Aspergillus Candida Fusarium
aureus coli niger albicans oxysporum
A.B3 0 0 12,2±0,3 0 14,1±0,4
A.B6 11,4±0,6 15,8±0,2 0 0 0
S.B4 13,2±0,4 10,3±0,3 13,3±0,3 0 0
Кесте 7 - Диф( )узды эдю бойынша дакылды суйыктыктыц антагонистк белсендшп
Номер штамма Эсуд1 тежеу аймагы, мм
Staphylococcus aureus Escherichia coli Aspergillus niger Candida albicans Fusarium oxysporum
A.B3 0 0 13,7±0,2 0 15,7±0,9
A.B6 12,4±0,4 16,1±0,4 0 0 0
S.B4 14,5±0,3 11,3±0,9 14,1±0,5 0 0
Сурет 3 - Salvia L-ден белсецщ эндофитп микроорганизмдершщ A. niger, E. Coli патогендш тест
штамдарыныц есуш тежеу аймагы
Бактериялардыц эртYрлi изоляттарыньщ эсершен патогендш микроорганизмдердщ есу1н тежеу аймактары 10,3 мм-ден 16,1 мм-ге дешн езгердi (3-сурет). Ец антагониспк белсендi изолят S. B4 штаммы болды, ол Staphylococcus aureus, Escherichia coli жэне Aspergillus niger ym сынак микробына карсы бактерияга карсы эсерiн керсеттi. ^алган изоляттар бiр немесе екi кеп дэрiге тезiмдi патогендерге карсы антагонистiк потенциалды керсетп.
Корытынды
^орытындылай келе, Ощуспк ^азакстан территориясында есетiн, дэрiлiк еамдштершщ Ym тYрiнен: эпиофиялык шалфейдщ (Salvia aethiopis L.), емен шалфешнщ (Salvia nemorosa) жэне мускат шалфешнщ (Salvia sclarea) окшауланган эндофиттi жэне ризосфералык микроорганизмдершщ антагонистiк касиеттерi зерттелдi, олар келешекте, антибиотиктер продуценттерi ретiнде перспективтi болып табылады. Эндофиттi микроорганизмдердщ 45 изоляты окшауланган, эндофиттi микроорганизмдердщ негiзгi саны тамырларда (42,2%), сабактарында (33,4%), ал ец азы зерттелген еамдштердщ жапырактарында (24,4%) кездесетiнi зерттеу барысында туракталды.
Шалфей (Salvia L.) тектес дэршк еамдштердщ белiктерiнен окшауланган эндофиттi актиномицеттердi олардыц патогендiк микроорганизмдердщ есуiн тежеу кабшет бойынша iрiктеу жYргiзiлдi. Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Candida albicans жэне Fusarium oxysporum есуш тиiмдi тежейтш 2 N. A1 жэне N. A4 штамдары тацдалды. Эсудщ тежелу аймагы 10,0 мм-ден 18,2 мм-ге дешн болды. Зерттелген эндофитп штаммдар Actinomyces тукымдасыныц екiлдерi ретшде аныкталды. Шалфей (Salvia L.) тектес дэршк еамдштердщ белiктерiнен окшауланган эндофитп бактерияларды олардыц патогендiк микроорганизмдердiц есуш тежеу кабшеп бойынша iрiктеу жYргiзiлдi. Staphylococcus aureus, Escherichia coli жэне Aspergillus niger есуш тиiмдi тежейтш 1 S. B4 штаммы тацдалды. Эсудщ тежелу аймагы 10,3 мм-ден 14,5 мм-ге дешн болды. Зерттелген эндофитп бактериалды штаммдар Bacillus тукымыныц екш ретшде аныкталды.
Эдебиеттер:
1 Шалфей: (Salvia deserta Schang. и Salvia verticülata L.) из Алтайского края/ Е.А. Королюк, В. Кениг, А.В. Ткачев// Химия раст. сырья. 2002.С. 43-48 (http://web2.nioch.nsc.ru/terpenlab/publications/fulltexts/Korolyuk_salvia_2002.pdf)
2 Butler M.S., Blaskovich M.A., Cooper M.A. Antibiotics in the clinical pipeline in 2013 // The Journal of Antibiotics. - 2013. - Vol. 66. - P. 571-591 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24002361/)
3Яковлева М.Б., Никитина З.К. Скрининг-методы в биотехнологии. Выявление микроорганизмов-продуцентов биологически активных веществ. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, 2016, 5: 35-43
(https://bmpcjournal.ru/sites/default/files/private/bmfc-2016-04-04.pdf)
4 Треножникова Л.П, Баймаханова Г.Б., Балгимбаева А.С., Баймаханова Б.Б., Смирнова И.Э., Файзулина Э.Р. Биотехнологический потенциал экстремофильных актиномицетов для медицины и
стратегии его открытия. Микробиология жэне вирусология, 2021, 4(35): 4-26 (https://www.imv-journal.kz/index.php/mav/article/view/21)
5 Khamna S., Yokota A., Peberdy J.F., Lumyong S. Antifungal activity of Streptomyces spp. isolated from rhizosphere of Thai medicinal plants // Int. J. Integr. Biol. - 2009. - Vol. 6 (3). - P. 112-124 (https://www.researchgate.net/publication/44259458)
6 Флора СССР Ленинград. Систематический каталог сем. Злаковых, 2011 г. 410 с. (https://www.studmed.ru/komarov-va-shishkin-bk-red-flora-sssr-tom-11_af7df04f540.html)
7 Флора Казахстана Алматы: 'Тылым", 2001. 280 с. (https://www.twirpx.com/file/565728/)
8 Farkas P. Composition of essential oils from the fl owers and leaves of Salvia sclarea (Lamiaceae), cultivated in Slovak Republic. Journal of Essencial Oil Researah. - 2005. - Vol. 17. - P. 141-145 (https://www.researchgate.net/publication/232960436_)
9 Stancheva I., Geneva M., Hristozkova M., Boychinova M., Markovska Y. Essential oil variation of Salvia offi cinalis (L.) grown on heavy metals polluted soil. Biotechnol. EQ - 2009. - V. 23. -Special edition. - P. 373-376 (https://www.researchgate.net/publication/266469965_)
10 Al-Aboudi AMF, Abu Zarga MH, Abu-Irmaileh BE, Awwadi FF, Khanfar MA. Three new secoursadiene triterpenoids from Salvia syriaca. Nat Prod Res. -2015.Vol.29.-P.102-108 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5671917/)
11 Hussain A., Adhikari A., Choudhary M..I, Ayatollahi S.A., Rahman A.. New adduct of abietane-type diterpene from Salvia leriifolia. Nat Prod Res. - 2016.- Vol.30. - Pp.1151-1156 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27266891/)
12 Jassbi A., Eghtesadi F, Hazeri N, Ma'sumi H, Valizadeh J, Chandran JN, Schneider B, Baldwin IT. The roots of Salvia rhytidea. Nat Prod Res. - 2016. - Vol.7. - Pp.1-5. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27266560/)
13 Salimikia I., Moridi Farimani M., Monsef-Esfahani H.R., Gohari A.R.. A new rearranged tricyclic abietane diterpenoid from Salvia chloroleuca Rech. f. & Allen. Nat Prod Res. -2016. - Vol.30. -P.120-124 (https://doi: 10.22037/ijpr.2019.15429.13095)
14 Dorman M. J., Bachmayer O. Antioxidant properties of aqueous extracts from selected Lamiaceae species grown in Turkey. J. Agric. and Food Chem. - 2004. - Vol. 52, N 4. - Pp. 762-770 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14969528/)
15 Malafronte A., Piaz F.D., Cioffi G., Braca A., Leone A., Tommasia N.D. Secondary metabolites from the aerial parts of Salvia aethiopis. Nat Prod Res. 2008. - Vol.3. -Pp.877-880 (https://www.academia.edu/30056164/)
16 Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. М.:Из-во МГУ. 2004г. 598 с. (https://e-library.sammu.uz/)
17 Слюсар О.И. Разработка составов и технологии мягких лекарственных форм ранозаживляющего действия с левомицетином и метилурацилом: доктор. фарм. наук. Москва. 2002. -271 с. (https://medical-diss.com/farmakologiya/)
18 Гаузе Н.Ф., Преображенская Т. П., Свешникова М. А., Терехова Л. П., Максимова Т. С. Определитель актиномицетов. М.: «Наука», 1983. - 245 с. (https://cyberleninka.ru/article/n/)
19 Sharma D., Kaur T., Chadha B.S., Manhas R.K. Antimicrobial activity of actinomycetes against multidrug resistant Staphylococcus aureus, E. coli and various other pathogens. Trop // J Pharm Res. - 2011. - Vol.10. - Р.801-808 (https:// D0I:10.4314/tjpr.v10i6.14)
Г.Д. УЛТАНБЕКОВА1*, К.А. МУХАТАЕВА1, А.И. ЖУСУПОВА1, Ч.Д. ГЕЛАНИ2, Н. ИБИШЕВА1, АС. НУРМАХАНОВА1, МО. ЖАЛГАСБАЕВА1, Э. Э. САГЫНДЫКОВА1, Ж.Д. ДАСТАН1 1Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, Алматы, Казахстан 2Государственный университет Минданао - Технологический институт Илигана, Илиган,
Филиппины *e-mail: [email protected]
ИЗУЧЕНИЕ ЭНДОФИТОВ РАСТЕНИЙ ФАРМАФЛОР SALVIA AETHIOPIS L, SALVIA STEPPOSA DESSHOSTИ SALVIA SCLAREA L., ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА
ТЕРРИТОРИИ КАЗАХСТАНА
Аннотация
Повсеместное распространение эндофитных микроорганизмов является общепризнанным фактом. В рамках данного исследования планируется выделение эндофитных микроорганизмов из ризосферы и филосферы фармофлоры, оценка их активности против патогенных бактерий и микромицетов. Лекарственные растения Salvia aethiopis, Salvia stepposa Desshost и Salvia sclarea L. могут быть источником микроорганизмов, образующих активные вторичные метаболиты. Актуальность исследовательской работы заключается в изучении разнообразия микробных продуцентов фармакофлоры и отборе продуцентов эндофитных микроорганизмов, обладающих высокой активностью в отношении патогенных бактерий и микромицетов. В исследовательской работе выделено 45 изолятов эндофитных микроорганизмов, встречаемость эндофитных микроорганизмов в корнях - 42,2%, стеблях - 33,4%, а наименее - в листьях изученных растений -24,4%. Был проведен скрининг эндофитных актиномицетов, выделенных из микрофлоры шалфея (Salvia L.), на предмет их способности ингибировать рост патогенных микроорганизмов Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Candida albicans и Fusarium oxysporum 2 N. A1 и N. A4. По активности ингибирования отобраны штаммы 2 N. A1 и N. A4., где зона задержки роста составляет от 10,0 мм до 18,2 мм. Изученные эндофитные штаммы идентифицированы как представители рода Actinomyces spp.
Ключевые слова: шалфей, эндофит, Salvia stepposa Desshost, Salvia sclarea L., лекарственные растения.
IRSTI: 62.09.39
G.D. ULTANBEKOVA1*, K.A. MUKHATAEVA1, A.I. ZHUSUPOVA1, Ch.D. GELANI2, N. IBISHEVA1, A S. NURMAKHANOVA1, M.O. ZHALGASBAEVA1, A.A. SAGYNDYKOVA1, Zh.D. DASTAN1 1Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 2Mindanao State University - Iligan Institute of technology, Iligan, Philippines
*e-mail: [email protected]
A SURVEY OF ENDOPHYTES FROM THE KAZAKHSTAN SPECIES OF SALVIA AETHIOPIS L, SALVIA STEPPOSA DESSHOST AND SALVIA SCLAREA L.
doi: 10.53729/MV-AS.2023.03.13
Abstract
The widespread distribution of endophytic microorganisms is a well-established phenomenon. This study aims to isolate endophytic microorganisms from various parts of selected plant species, extract bioactive compounds with antibiotic properties from them, and assess their efficacy against pathogenic bacteria and micromycetes. The medicinal plants Salvia aethiopis, Salvia stepposa Desshost, and Salvia sclarea L. are potential sources of endophytic microorganisms that produce bioactive secondary metabolites. The significance of this research lies in exploring the microbial diversity within the pharmacoflora and identifying endophytic microorganism strains with potent activity against pathogenic bacteria and micromycetes.
In this research, a total of 45 endophytic microorganism isolates were obtained. The investigation revealed that the primary locations of these endophytic microorganisms were found in the roots (42.2%), followed by the stems (33.4%), and the leaves of the studied plants had the lowest occurrence (24.4%).
Endophytic actinomycetes isolated from different parts of medicinal plants belonging to the Salvia L. genus were screened for their ability to inhibit the growth of pathogens. The results showed effective inhibition against Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Candida albicans, and Fusarium oxysporum, with strains N.A1 and N.A4 exhibiting significant inhibitory effects. The inhibition zones ranged from 10.0 mm to 18.2 mm. The endophytic strains investigated in this study were identified as members of the Actinomyces genus.
Keywords: salvia, endophyte, Salvia stepposa Desshost, Salvia sclarea L., medicinal plants, microorganisms.
The pharmacological flora of Kazakhstan encompasses approximately 6,000 species of higher plants. Due to ongoing discoveries, it is challenging to provide an exact count of medicinal plant species in Kazakhstan, as the list continues to expand each year. Nevertheless, there are believed to be at least 500 species, with approximately 50 species currently recognized as official medicinal raw materials and around 200 species utilized in traditional folk medicine. The exploration of our republic's territory remains incomplete. Therefore, the initial stage of our research aims to gather information on the endophytic microorganisms present in medicinal plants while examining their antibacterial and antifungal properties against micromycetes. Promising strains of endophytic microorganisms, with potential for the development of pharmaceuticals, are preserved in the National Collection of the Republic of Kazakhstan and serve as subjects for national and international patent applications.
The establishment of several new biotechnological and pharmaceutical enterprises based on novel technologies necessitates the comprehensive utilization of the remarkable potential offered by the resources of the Republic's pharmaceutical flora. A key objective outlined by the Government of the Republic of Kazakhstan in the realm of drug provision is the advancement of the pharmaceutical industry to meet the nation's medication requirements, including the production of original drug substances derived from domestic microorganism-based drug producers.
At present, the escalating prevalence of antimicrobial resistance represents a significant public health concern, as it jeopardizes our ability to effectively treat life-threatening infections. In response to this pressing challenge, the World Health Assembly has endorsed the Global Action Plan to Combat Antimicrobial Resistance. This strategic plan strives to ensure sustained access to effective and safe antimicrobial medications [1].
Biologically active substances and secondary metabolites of plants play a crucial role in the production of bactericidal and fungicidal preparations in the pharmaceutical industry, as well as in the formulation of herbal products in cosmetics and household chemistry. Currently, the industry primarily relies on cultivated preparations of Salvia aethiopis sage, Salvia stepposa Desshost, and
Salvia sclarea L. However, there remains an insufficient understanding of the local species of natural flora in Kazakhstan and the secondary metabolites they produce. The study of these species holds both theoretical and practical significance for our country, as it enables the creation of a domestic resource base of biologically active substances for the domestic market and export.
One of the pressing challenges in modern medicine is the rapid emergence of drug resistance among pathogenic microorganisms, viruses, and cancer cells. Consequently, the search for new effective antibiotics becomes of paramount importance, as they serve as the primary source of natural compounds synthesized by various microorganisms such as actinobacteria, bacteria, and fungi. These microorganisms not only produce antibiotics but also possess the capability to synthesize vitamins, hormones, antioxidants, enzymes, growth substances, and amino acids. Recent studies indicate that the potential of microorganisms as producers of biologically active substances is far from exhausted. An essential phase in the search for and development of new antibiotics involves isolating secondary metabolite producers from medicinal plants growing in their natural environments. Various methods, both traditional and selective, are employed to isolate endophytes from natural sources. The selective methods utilized in microbial isolation
enable an increased taxonomic diversity of prokaryotic cultures isolated from the examined samples. Medicinal plants that grow naturally and are adapted to xerophytic environments have recently gained significant demand in the global market. Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost, and Salvia sclarea L. are particularly promising medicinal plants known for their abundance of biologically active substances. However, the systematic study of plant species within this group, specifically those growing in Kazakhstan, remains insufficient.
In the pursuit of new drugs, researchers have discovered that medicinal plants offer a preferred alternative to pure pharmaceuticals, as they serve as a source of new antimicrobial agents with low toxicity and devoid of side effects associated with synthetic chemicals [2].
Currently, there is substantial relevance in exploring the effective utilization of secondary metabolites, particularly those produced by endophytic microorganisms, which possess a wide range of antimicrobial properties. These biological compounds present promising avenues for the discovery of novel types of antimicrobial agents. Consequently, it is essential to prioritize research on endophytic microorganisms isolated from endemic medicinal plants, with the aim of harnessing their potential for antibiotic discovery.
The utilization of local medicinal natural substrates presents significant opportunities for the screening of new and competitive medicines, which could serve as the foundation for the development of an innovative pharmaceutical industry in Kazakhstan. Currently, a comprehensive examination of endophytic microorganism populations within sage remains incomplete, despite their role as a vital component of biodiversity and a promising source of antimicrobial compounds. Therefore, comprehensive studies focusing on endophytic plant microorganisms, possessing an ethnobotanical history and serving as the primary focus of research [3-5], are highly relevant. The proposed research work aims to identify the endophytic microorganisms isolated from the organs of medicinal plants and evaluate their antibiotic activity.
Globally, the genus Salvia L. comprises approximately 900 species, with 29 species found in Kazakhstan [6, 7]. Among them, there are medicinal, fodder, technical, and ornamental plants. The biological activity of essential oils in the Salvia L. genus is attributed to the synergistic action of its primary components. The analysis of available data and specialized literature on Salvia Officinalis L. indicates that the essential oil components have been extensively studied and are influenced by various factors, such as growth conditions, production methods, and storage techniques for plant materials [8, 9]. The genus Salvia L. serves as a rich source of essential oils, flavonoids, and terpenoids [10-11]. Moreover, this genus is gaining recognition for its antioxidant activity against pathogens [12,13]. The inflorescences of S. aethiopis contain 0.28% essential oil, while the leaves contain 0.2% essential oil, primarily composed of terpenes [14-15].
This study aims to isolate endophytic microorganisms from specific plant organ parts, extract antibiotic substances from them, and assess their antibacterial activity. The investigation focuses on medicinal plants such as Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost, and Salvia sclarea L., as these plant species have the potential to harbor endophytic microorganisms capable of producing active secondary metabolites.
Exploring the ability of endophytic microorganisms to produce antibiotics from medicinal plants will contribute to a better understanding of their diversity and distribution across various regions worldwide. Additionally, this research will facilitate the development of new methodological approaches for screening and discovering novel antibiotics. The presence of diverse endophytic microorganisms from medicinal plants in Kazakhstan offers promising prospects for the proposed screening studies aimed at identifying new antibiotic producers through innovative methods.
If we consider the literature sources, endophytes can be categorized into different taxa as follows: Proteobacteria 54% (Alphaproteobacteria 18%, Betaproteobacteria 10%, Gammaproteobacteria 26%), Actinomycetes 20%, Firmicutes 16%, Bacteroidetes 6%, and Archaea 4% (Hardoim et al., 2015). It is evident that with the increasing availability of advanced molecular genetic methods, the list of endophytic bacteria is constantly expanding, leading to a continuous increase in our knowledge of endophyte biodiversity.
Endophytic bacteria can be found in various parts of the plant, including roots, above-ground plant parts, flowers, and seeds. They are present in vegetation across different geographical locations worldwide. Similar to rhizospheric plant growth-promoting bacteria (PGPB), endophytic bacteria possess several beneficial characteristics. These include providing plant protection against diseases, exhibiting antagonistic activity against nematodes, nitrogen absorption, and synthesis of plant growth regulators.
Endophytic bacteria can reside within the plant in a latent state, and pathogenic factors may be activated under stress or ecological imbalances. Depending on the circumstances, the plant may exhibit disease symptoms or exhibit altered abilities to combat such "precipitating" factors.
Materials and methods of research
The research focused on studying endophytic microorganisms isolated from various plant parts, including the rhizosphere (root), caulosphere (stem), phyllosphere (leaf surface), and anosphere (flowers). Specifically, the plant species investigated were Mediterranean sage (Salvia aethiopis L.), woodland sage (Salvia nemorosa), and clary sage (Salvia sclarea) belonging to the Lamiaceae family. Samples of natural substrates from the ethnopharmaflora of ecosystems in Ile-Alatau National Nature Park and the Southern Balkhash region were collected following international requirements and field expeditions.
Known selective nutrient media were employed in the study to assess the antibiotic-producing capabilities of the microorganisms. Three nutrient media were developed and used for the experiments.
Gauze medium: Tap water; 1.0 g soluble starch; 20.0 g; potassium nitrate (KNO3); 1.0 g potassium hydroorthophosphate (K2HPO4); 0.5 g magnesium sulfate (MgSO4 • 7H2O); 0.5 g sodium chloride (NaCl); pH adjusted to 7.0-7.5; Disinfection: Sterilized at 121°C for 15-20 minutes.
Meat peptone agar: Meat water: 1.0 g; Sodium chloride (NaCl): 5.0 g; Peptone: 10.0 g; Agar-agar: 20.0 g; pH adjusted to 6.8-7.0; Sterilized at 121°C for 20 minutes.
Chapek's nutrient medium: Tap water: 1.0 g; Sodium nitrate (NaNO3): 2.0 g; Dikalium phosphate (K2HPO4): 1.0 g; Magnesium sulfite (MgSO4): 0.5 g; Potassium chloride (KCl): 0.5 g; Iron sulfite (FeSO4): 0.5 g; Iron sulfite (FeSO4)-trace; Agar-agar: 20.0 g; pH adjusted to 6.8-7.0; Sterilized at 121°C for 20 minutes.
The objects of research were Salvia aethiopisL. samples collected from Kazakhstan, as well as Salvia stepposa Desshost and Salvia sclarea L. The study focused on isolating endophytic actinomycetes and bacterial strains using the accumulative microbial culture method.
Description of Research Methods:
To fulfill the objectives of the research work on Salvia aethiopis L., Salvia stepposa Desshost, and Salvia sclarea L., various methods were employed, including screening of endophytic microorganisms of medicinal plants, determination of composition, and conducting laboratory experiments.
The rhizosphere soil samples were extracted from a depth of 10-20 cm. These samples were carefully placed in sterile plastic containers and transported to the laboratory for further analysis. To maintain their integrity, the samples were stored in a refrigerator at 4°C until they were ready for use.
The isolation of microorganisms from different parts of the medicinal plants involved a series of steps. The leaves, stems, and roots of the plants were first washed thoroughly with water and then with sterile bidistilled water to remove any external debris. Next, the dried samples were immersed in 70% ethanol for 30 seconds to eliminate surface microorganisms. Subsequently, they were treated with a 2% sodium hypochlorite solution for 2 minutes to further remove any remaining epiphytic isolates. After discarding the solution, the specimens were re-immersed in 70% ethanol for an additional 30 seconds, followed by a final wash with bidistilled water. Each specimen was then carefully cut into segments using a scalpel. These cut plant specimens were
placed on Petri dishes containing nutrient agar and incubated at 32°C for 48 hours to allow the growth of endophytic microorganisms [16].
The antagonistic activity of the isolated actinomycetes was assessed using the agar blocks and diffusion methods. Test cultures of micromycetes grown on Chapek agar and bacteria grown in EPA medium were utilized for this purpose. Once the microorganisms of interest had grown sufficiently, agar blocks with a sterile drill (7 mm) were carefully cut. These agar blocks were then placed on the agar surface of another Petri dish, with equal distances between them, alongside the test cultures.
By employing these methods, the antagonistic activity of the isolated actinomycetes and their effects on the test cultures could be evaluated effectively.
The diameter of the growth inhibition zone for bacteria was measured after 48 hours of incubation at 37°C. Similarly, the diameter of the growth inhibition zone for yeast-like and micromycete fungi was determined in cultures grown at 28°C for 5 days.
To analyze the morphological characteristics of the cultures, various methods were employed. Gram staining was performed to determine the cell wall composition and staining properties. Spore formation, motility, and cell shape were also examined to assess the morphological features of the cultures. In addition, biochemical tests such as catalase, oxidase, and amylase activity were conducted to determine the biochemical characteristics of the cultures [27].
Test microorganisms including Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, and Aspergillus niger were used for the experiments, representing bacteria, yeast-like fungi, and micromycete fungi [19].
Results and discussion
In this study, samples of rhizosphere and aboveground parts of medicinal plants from the Salvia L. genus were collected from the Ile-Alatau State National Nature Park and the Balkhash region. Endophytic microorganisms were isolated from these samples. Morphologically distinct colonies were observed on nutrient agar plates inoculated with rhizosphere and aboveground plant parts.
A total of 45 endophytic microorganism isolates were obtained from the three species of medicinal plants: Mediterranean sage (Salvia aethiopis L.), woodland sage (Salvia nemorosa), and clary sage (Salvia sclarea). The distribution of endophytic microorganisms in different plant organs is presented in Table 1. The highest colonization of endophytic microorganisms was observed in the roots of the studied plants (42.2%), followed by the leaves (24.4%).
Eleven species of all isolates exhibited a characteristic pattern of actinomycetes when grown on Gause agar medium. They formed dense, compact colonies that merged with the medium to form a substrate-mycelium. Some isolates also produced pigments in the medium. Gram staining revealed that all isolates exhibited gram-positive characteristics. Based on these morphological features, the isolates were classified as actinomycetes.
In the case of EPA agar nutrient medium, 34 isolates displayed distinct characteristics. They formed smooth, round, transparent, convex, and moist colonies that created a uniform blur in water. These properties are indicative of their classification as bacteria. For ease of identification, the isolates were labeled with a capital letter representing the corresponding plant species (A for Salvia aethiopis L., N for Salvia nemorosa, S for Salvia sclarea), followed by a capital letter indicating whether they were actinomycetes (A) or bacteria (B), and finally assigned an ordinal number.
Table 1 - The number of endophytic microorganisms in medicinal plants of the Salvia L sage family
No. The sage name The number of endophyte isolates isolated from different plant parts
Root(R) Stem (S) Leaf(L) Overall
1 Salvia aethiopis L. 8 8 6 22
2 Salvia nemorosa 7 4 3 14
3 Salvia sclarea 4 3 2 9
A survey of the antagonistic properties of actinomycetes.
The antagonistic activity of the actinomycetes was assessed by testing their ability to inhibit the growth of common bacterial and fungal species that are known to contaminate drugs, including Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, and Aspergillus niger. To identify actinomycete strains with potent antimicrobial properties, the endophytic actinomycetes were inoculated onto nutrient media that were previously inoculated with the pathogenic microorganisms. This setup allowed for the observation of any inhibitory effects exerted by the actinomycetes against the target pathogens (refer to Figure 1 for details).
Figure 1 - Growth inhibition of active endophytic actinomycetes from Salvia L and A. niger, F.
oxysporum testing pathogens
The research findings indicated that out of the isolated endophytic microorganism strains, namely A. A2, A. A4, and A. A5, none demonstrated activity against the mentioned pathogens. Strains A. A1, A. A3, and H. A3 exhibited activity against only one of the pathogens, while strains A. A6, H. A2, and C. A1 showed no activity against two of the pathogens but displayed activity against other pathogens. Notably, the most effective strains with a broad spectrum of antagonistic activity were N. A1 and N. A4, as shown in Table 2.
Thus, as effective producers of antimicrobial agents with antagonistic activity against pathogenic bacteria and fungi, the strains A. A6, N. A1, N. A2, N. A4, S. A1 were selected.
The validity of the results was confirmed by the detection and investigation of strains with antagonistic activity using the agar diffusion method and agar block method, as shown in Tables 6, 7 (Figure 3, 4).
Table 2 - Study of the activity of endophytic actinomycetes on pathogens
Pathogenic microorganisms
No. Strains Escherichia Fusarium Staphylococcus Candida Aspergillus
coli oxysporum aureus albicans niger
Mediterranean sage (Salvia aethiopis L.)
1 A.Ai - - + - -
2 A.A2 - - - - -
3 A.A3 - - - - +
4 A.A4 - - - - -
5 A.A5 - - - - -
6 A.A6 - - + - +
Woodland sage (Salvia nemorosa)
1 N.A1 - - + + +
2 N.A2 - + - - +
3 N.A3 - - - - +
4 N.A4 - + + + -
Clary sage (Salvia sclarea)
1 S.A1 - - - + +
Note: "+' stands for antibacterial activity, "-" for the lack of antibacterial activity
Table 3 - Antagonistic activity of actinomycetes by the agar block method
Strains Zone of inhibition, mm
Staphylococcu saureus Escherichia coli Aspergillus niger Candidaalbicans Fusarium oxysporum
A.A6 16,0±0,4 0 18,9,4±0,3 0 0
N.Ai 12,4±0,3 0 16,0±0,5 13,7±0,8 0
N.A2 0 0 11,2±0,9 0 12,5±0,2
N.A4 10,0±0,6 0 0 17,0±0,4 15,3±0,7
S.Ai 0 0 13,1±0,4 14,2±0,9 0
Table 4 - Antagonistic activity of actinomycete culture fluids
Zone of inhibition, mm
Strains Staphylococcus Escherichia Aspergillus Candida Fusarium
aureus coli niger albicans oxysporum
A.A6 18,4±0,3 0 20,4±0,5 0 0
N.Ai 15,0±0,5 0 15,6±0,3 14,2 ±0,2 0
N.A2 0 0 13,7±0,4 0 14,7±0,3
N.A4 12,8±0,2 0 0 18,2±0,3 16,i±0,9
S.Ai 0 0 14,3±0,5 16,4±0,2 0
The inhibition zones of pathogenic microorganisms' growth, influenced by various actinomycete isolates, increased from 10.0 mm to 20.4 mm (Figure 3). Several tests have indicated that the most potent isolates exhibiting activity against pathogenic bacteria and fungi are N. A1 and N. A4 strains. These strains have been identified and classified accordingly. The N. A1 strain demonstrated antagonistic effects against three test microorganisms: Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, and Candida albicans. Similarly, the N. A4 strain inhibited the growth of Staphylococcus aureus, Candida albicans, and Fusarium oxysporum.
The antagonistic properties of bacteria were examined by testing five different species of bacteria and fungi, contaminated with drugs, namely: Escherichia coli, Fusarium oxysporum, Staphylococcus aureus, Candida albicans, and Aspergillus niger.
To identify effective strains of endophytic bacteria with antimicrobial potential, the endophytic bacteria were evaluated by streaking them on nutrient media containing pathogens (Figure 2).
Figure 2 - Growth inhibition of A. niger testing pathogens by active endophytic bacteria from the species
of Salvia L.
The study showed that 27 strains of endophytic bacteria isolated from three species of the medicinal plant sage (Salvia L.) have no antagonistic properties. All strains of endophytic microorganisms isolated from woodland sage (Salvia nemorosa) showed no antagonistic activity against pathogenic bacteria and fungi. The antagonistic properties of strains isolated from Mediterranean sage and clary sage are shown in Table 5.
Table 5 - Antagonistic activity of endophytic bacteria strains
Strain Pathogenic microorganisms
Escherichia coli Fusarium oxysporum Staphylococcus aureus Candida albicans Aspergillus niger
Mediterranean sage (Salvia aethiopis L.)
The strains from leaves
A.B3 - + - - +
A.B4 - - - - +
The strains from roots
A.B6 + - + - -
Clary sage (Salvia sclarea)
The strains from leaves
S.B2 - - + - -
S.B4 + - + - +
The strains from roots
S.B5 - - - - +
S.B8 - - + - -
Note: "+" stands for antibacterial activity, "-" for the lack of antibacterial activity
After investigating the antagonistic properties, it was found that strain A.B3 inhibited the growth of Fusarium oxysporum and Aspergillus niger. Similarly, strain A.B6 demonstrated inhibitory effects on Escherichia coli and Staphylococcus aureus, while strain S.B4 suppressed the growth of three test organisms: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Aspergillus niger. Subsequent studies on these strains involved diffusion on agar in nutrient media and the block agar method to determine the growth inhibition zone (Tables 6 and 7).
Table 6 - Antagonistic activity test of bacteria by the agar overlay technique
Zone of inhibition, mm
No. of strain Staphylococcus Escherichia Aspergillus Candida Fusarium
aureus coli niger albicans oxysporum
A.B3 0 0 12,2±0,3 0 14,1±0,4
A.B6 11,4±0,6 15,8±0,2 0 0 0
S.B4 13,2±0,4 10,3±0,3 13,3±0,3 0 0
Table 7 - Antagonistic activity test of the culture fluid by the diffusion method
Zone of inhibition, mm
No. of strain Staphylococcus Escherichia Aspergillus Candida Fusarium
aureus coli niger albicans oxysporum
A.B3 0 0 13,7±0,2 0 15,7±0,9
A.B6 12,4±0,4 16,1±0,4 0 0 0
S.B4 14,5±0,3 11,3±0,9 14,1±0,5 0 0
The growth inhibition zones of pathogens changed from 10.3 mm to 16.1 mm under the influence of different bacterial isolates (Figure 3). Among them, strain S. B4 exhibited the highest antagonistic activity, displaying antibacterial effects against three test microorganisms: Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Aspergillus niger. The remaining isolates demonstrated antagonistic potential against one or two multidrug-resistant pathogens.
Figure 3 - Growth inhibition zone of A. niger testing pathogens by active endophytic
microorganisms from Salvia L.
In conclusion, the antagonistic properties of endophytic and rhizosphere microorganisms, isolated from three species of medicinal plants in South Kazakhstan, were investigated. The species studied included Mediterranean sage (Salvia aethiopis L.), woodland sage (Salvia nemorosa), and clary sage (Salvia sclarea), which have potential as antibiotic producers in the future.
A total of 45 isolates of endophytic microorganisms were obtained, with the highest number of isolates found in the roots (42.2%), followed by stems (33.4%), and the lowest in the leaves of the studied plants (24.4%).
Endophytic actinomycetes were selected from sage (Salvia L.) based on their ability to inhibit the growth of pathogens. Two strains, N.A1 and N.A4, were found to effectively suppress the growth of Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Candida albicans, and Fusarium oxysporum. The inhibition zones ranged from 10.0 mm to 18.2 mm. These endophytic strains were identified as members of the genus Actinomyces.
Similarly, endophytic bacteria from sage (Salvia L.) were selected based on their ability to inhibit the growth of pathogens. Strain S.B4 was chosen as it effectively suppressed the growth of Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Aspergillus niger. The growth inhibition zones ranged from 10.3 mm to 14.5 mm. The studied endophytic bacterial strains were identified as members of the genus Bacillus.
References:
1 Shalfej: (Salvia deserta Schang. i Salvia verticillata L.) iz Altajskogo kraya. E.A. Korolyuk, V. Kenig, A.V. Tkachev, Himiya rast. syr'ya. 2002, 43-48 (http://web2.nioch.nsc.ru/terpenlab/publications/fulltexts/Korolyuk_salvia_2002.pdf)
2 Butler M.S., Blaskovich M.A., Cooper M.A. Antibiotics in the clinical pipeline in 2013. The Journal of Antibiotics, 2013, 66: 571-591 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24002361/)
3Yakovleva M.B., Nikitina Z.K. Skrining-metody v biotekhnologii. Vyyavlenie mikroorganizmov-producentov biologicheski aktivnyh veshchestv. Voprosy biologicheskoj, medicinskoj i farmacevticheskoj himii, 2016, 5: 35-43 (https://bmpcjournal.ru/sites/default/files/private/bmfc-2016-04-04.pdf)
4 Trenozhnikova L.P., Baimakhanova G.B., Balgimbaeva A.S., Baimakhanova B.B., Smirnova I.E., Faizulina E.R. Biotekhnologicheskij potencial ekstremofil'nyh aktinomicetov dlya mediciny i strategii ego otkrytiya. Mikrobiologiya zhdne virusologiya, 2021, 4(35): 4-26 (https://www.imv-journal.kz/index.php/mav/article/view/21)
5 Khamna S., Yokota A., Peberdy J.F., Lumyong S. Antifungal activity of Streptomyces spp. isolated from rhizosphere of Thai medicinal plants, Int. J. Integr. Biol., 2009, 6(3): 112-124 (https://www.researchgate.net/publication/44259458)
6 Flora SSSR Leningrad. Sistematicheskij katalog sem. Zlakovyh, 2011, 410 (https://www.studmed.ru/komarov-va-shishkin-bk-red-flora-sssr-tom-11_af7df04f540.html)
7 Flora Kazahstana Almaty: "Fylym", 2001, 280 (https://www.twirpx.com/file/565728/)
8 Farkas P. Composition of essential oils from the fl owers and leaves of Salvia sclarea (Lamiaceae), cultivated in Slovak Republic. Journal of Essential Oil Research, 2005, 17: 141-145 (https://www.researchgate.net/publication/232960436_)
9 Stancheva I., Geneva M., Hristozkova M., Boychinova M., Markovska Y. Essential oil variation of Salvia officinalis (L.) grown on heavy metals polluted soil. Biotechnol. EQ, 2009, 23: 373-376 (https://www.researchgate.net/publication/266469965_)
10 Al-Aboudi AMF, Abu Zarga MH, Abu-Irmaileh BE, Awwadi FF, Khanfar MA. Three new secoursadiene triterpenoids from Salvia syriaca. Nat Prod Res., 2015, 29:102-108 (https: //www .ncbi .nlm .nih.gov/pmc/articles/PMC5671917/)
11 Hussain A., Adhikari A., Choudhary M..I, Ayatollahi S.A., Rahman A.. New adduct of abietane-type diterpene from Salvia leriifolia. Nat Prod Res. - 2016.- Vol.30. - Pp.1151-1156 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27266891/)
12 Jassbi A., Eghtesadi F, Hazeri N, Ma'sumi H, Valizadeh J, Chandran JN, Schneider B, Baldwin IT. The roots of Salvia rhytidea. Nat Prod Res., 2016, 7: 1-5. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27266560/)
13 Salimikia I., Moridi Farimani M., Monsef-Esfahani H.R., Gohari A.R.. A new rearranged tricyclic abietane diterpenoid from Salvia chloroleuca Rech. f. & Allen. Nat Prod Res, 2016, 30:120-124 (https://doi: 10.22037/ijpr.2019.15429.13095)
14 Dorman M. J., Bachmayer O. Antioxidant properties of aqueous extracts from selected Lamiaceae species grown in Turkey. J. Agric. and Food Chem., 2004, 52:4, 762-770 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14969528/)
15 Malafronte A., Piaz F.D., Cioffi G., Braca A., Leone A., Tommasia N.D. Secondary metabolites from the aerial parts of Salvia aethiopis. Nat Prod Res., 2008, 3: 877-880 (https://www.academia.edu/30056164/)
16 Egorov N.S. Osnovy ucheniya ob antibiotikah. M.:Iz-vo MGU, 2004, 598 (https://e-library.sammu.uz/)
17 Slyusar O.I. Razrabotka sostavov i tekhnologii myagkih lekarstvennyh form ranozazhivlyayushchego dejstviya s levomicetinom i metiluracilom: doktor. farm. nauk. Moskva, 2002, 271 (https://medical-diss.com/farmakologiya/)
18 Gause N.F., Preobrazhenskaya T.P., Sveshnikova M.A., Terekhova L.P., Maksimova T.S. Opredelitel' aktinomicetov. M.: «Nauka», 1983, 245 (https://cyberleninka.ru/article/n/)
19 Sharma D., Kaur T., Chadha B.S., Manhas R.K. Antimicrobial activity of actinomycetes against multidrug resistant Staphylococcus aureus, E. coli and various other pathogens. Trop. JPharm Res., 2011, 10: 801-808 (https:// D0I:10.4314/tjpr.v10i6.14)
