Publication:
Design, synthesis, characterisation, in vitro and in silico study of s-benzyldithiocarbazate derivatives and their metal complexes as escherichia coli dihydrofolate reductase inhibitors

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department1cc3f6ee-6faf-4c17-b649-37d43a78b2f3
cris.virtualsource.orcid1cc3f6ee-6faf-4c17-b649-37d43a78b2f3
dc.contributor.authorSiti Khadijah Roslan
dc.contributor.supervisorFiona How Ni Foong
dc.contributor.supervisorZalikha Ibrahim
dc.contributor.supervisorNurasyikin Hamzah
dc.date.accessioned2025-08-27T02:24:22Z
dc.date.available2025-08-27T02:24:22Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractDihydrofolate reductase (DHFR) is a key enzyme required for bacterial growth because it reduces 7,8-dihydrofolate (DHF) to 5,6,7,8-tetrahydrofolate (THF), an essential compound for DNA synthesis and cell survival. Since DHFR plays a critical role in bacterial survival, it has become an important target for developing drugs to treat infections. With Escherichia coli (E. coli) infections on the rise, there is an urgent need to develop novel antibacterial agents specifically targeting E. coli DHFR to combat this growing threat. In response to this challenge, four new SBDTC derivatives and their sixteen corresponding metal complexes were designed, synthesised, and thoroughly characterised, followed by in vitro and in silico studies. Structural analysis revealed that SB2OME, SB3OME, and SB3NO were formed through substitution at the β-nitrogen of SBDTC, while SB4OME resulted from substitution at the α-nitrogen. Upon complexation, SB2OME, SB3OME, and SB4OME functioned as tridentate ligands via NOS donor atoms, while SB3NO acted as a bidentate ligand through OS donor atoms. ADMET predictions indicated that the SBDTC derivatives adhered to drug-likeness criteria while the metal complexes exhibited some violations. Nonetheless, all compounds were predicted to have low toxicity profiles. Subsequently, antibacterial activity evaluated using minimum inhibitory concentration (MIC) assays, revealed notable efficacy against both gram-positive and gram-negative bacteria. Most metal complexes significantly enhanced the antibacterial activity of their SBDTC derivatives alone. Cu(II), Zn(II), Co(II), and Ni(II) complexes derived from SB4OME reduced the MIC of SB4OME against E. coli (ATCC 25922) by half (MIC = 0.437 mg/mol) outperforming trimethoprim (MIC = 1.750 mg/mol). Molecular docking studies on SB4OME and its metal complexes demonstrated interactions with active site residues of E. coli DHFR (PDB ID: 1RX7), similar to the natural substrate (folic acid) and the commercial antibiotic (trimethoprim), justifying their superior in in-vitro activity. To further validate their efficacy, Molecular dynamicss (MD) simulations were performed on SB4OME and its Cu(II), Co(II), and Ni(II) complexes over a 100 ns timeframe. All systems exhibited stability throughout the simulation, with optimal stability observed from 30 ns onward. Among all these compounds, the DHFR-CUSB4 complex demonstrated the most favourable binding free energy (-36.67 kcal/mol) in MMPBSA calculations, surpassing both folic acid and trimethoprim. Furthermore, several of the investigated compounds, including Cu(SB4OME)₂, demonstrated stable binding at the mutated residues L28R and I94L, highlighting their potential to overcome trimethoprim resistance associated with these clinically relevant DHFR mutations. In conclusion, the exceptional performance of Cu(SB4OME)₂ in both in vitro and in silico studies underscores its potential as a promising antibacterial agent and a targeted inhibitor of E. coli DHFR.
dc.description.abstractarabicديهايدروفولات ريدوكتاز(DHFR) هو إنزيم رئيسي مطلوب لنمو البكتيريا لأنه يقوم باختزال 7,8-ديهايدروفولات(DHF) إلى 5,6,7,8-تيتراهيدروفولات(THF) ، وهو مركب أساسي لتخليق الحمض النووي وبقاء الخلية. نظرًا لأن DHFRيلعب دورًا حاسمًا في بقاء البكتيريا، فقد أصبح هدفًا مهمًا لتطوير الأدوية لعلاج الالتهابات. مع تزايد حالات عدوى الإشريكية القولونية (E. coli) ، هناك حاجة ملحة لتطوير مثبطات جديدة تستهدف بشكل خاص DHFR في E. coli لمكافحة هذا التهديد المتزايد. استجابةً لهذا التحدي، تم تصميم أربعة مشتقات جديدة من SBDTC وستة عشر من معقداتها المعدنية المقابلة، وتصنيعها، وتوصيفها بدقة ، تليها دراسات في المختبر (in vitro) وحاسوبية .(in silico) كشفت التحليلات الهيكلية أن SB2OME و SB3OME و SB3NO تم تكوينها من خلال الاستبدال عند النيتروجين β لـ SBDTC، بينما نتج SB4OME من الاستبدال عند النيتروجين .α عند التكوين المعقد، عملت SB2OME و SB3OME وSB4OME كروابط ثلاثية الأسنان عبر ذرات مانحة من النوع NOS، بينما عملت SB3NO كرابط ثنائي الأسنان عبر ذرات مانحة من النوع .OS أشارت توقعات ADMET إلى أن مشتقات SBDTC التزمت بمعايير تشبه الأدوية، بينما أظهرت المعقدات المعدنية بعض الانحرافات. ومع ذلك، تم توقع أن جميع المركبات لديها مستويات منخفضة من السمية. بعد ذلك، أظهرت النشاطات المضادة للبكتيريا التي تم تقييمها باستخدام اختبارات التركيز المثبطة الدنيا (MIC) فعالية ملحوظة ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام. عززت معظم المعقدات المعدنية بشكل كبير النشاط المضاد للبكتيريا لمشتقات SBDTC بمفردها. قللت معقدات Cu(II) و Zn(II) و Co(II) و Ni(II) المشتقة من SB4OME من قيمة MIC لـ SB4OME ضد E. coli (ATCC 25922) إلى النصف (MIC=0.437 mg/mol) ، متفوقة على تريميثوبريم(MIC=1.750 mg/mol) .أظهرت دراسات الالتحام الجزيئي علىSB4OME ومعقداتها المعدنية تفاعلات مع بقايا الموقع النش لـ E. coli DHFR (PDB ID: 1RX7)مشابهة للركيزة الطبيعية (حمض الفوليك) والمضاد الحيوي التجاري (تريميثوبريم)، مما يبرر تفوقها في النشاط المختبري. ولتأكيد فعاليتها، تم إجراء محاكاة الديناميكا الجزيئية (MD) على SB4OME ومعقداتها من Cu(II) وCo(II) وNi(II) على مدى 100 نانوثانية. أظهرت جميع الأنظمة استقرارًا طوال فترة المحاكاة، مع ملاحظة الاستقرار الأمثل من 30 نانوثانية فصاعدًا. من بين جميع هذه المركبات، أظهر معقد DHFR-CUSB4 أفضل طاقة ارتباط حرة (-36.67 كيلو كالوري/مول) في حسابات MMPBSA، متفوقًا على كل من حمض الفوليك وتريميثوبريم.علاوة على ذلك، أظهرت عدة مركبات من بين التي تم التحقيق فيها، بما في ذلك Cu(SB4OME)₂، ارتباطًا مستقرًا عند بقايا الطفرات L28R وI94L، مما يسلط الضوء على قدرتها المحتملة في التغلب على مقاومة التريميثوبريم المرتبطة بهذه الطفرات في إنزيم DHFR ذات الأهمية السريرية. في الختام، يسلط الأداء الاستثنائي لمركب Cu(SB4OME)₂ في كل من الدراسات المختبرية والمحاكاة الحاسوبية الضوء على إمكانيته كعامل مضاد للبكتيريا واعد ومثبط مستهدف لإنزيم DHFR في E Coli
dc.description.callnumberet RM 409 S6236D 2025
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelDoctoral
dc.description.funderJABATAN PERKHIDMATAN AWAM MALAYSIA (PG)
dc.description.identifierThesis : Design, synthesis, characterisation, in vitro and in silico study of s-benzyldithiocarbazate derivatives and their metal complexes as escherichia coli dihydrofolate reductase inhibitors / by Siti Khadijah Roslan
dc.description.kulliyahKulliyyah of Science (KOS)
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2025.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xxxviii, 365 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Science
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33184
dc.language.isoen
dc.publisherKuantan, Pahang : Kulliyyah of Science, International Islamic University Malaysia, 2025
dc.rightsJOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM
dc.subject.lcshAntibacterial agents
dc.subject.lcshEscherichia coli infections -- Prevention
dc.titleDesign, synthesis, characterisation, in vitro and in silico study of s-benzyldithiocarbazate derivatives and their metal complexes as escherichia coli dihydrofolate reductase inhibitors
dc.typeDoctoral Thesesen_US
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
sa_design_synthesis_phd.pdf
Size:
60.61 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.