Purification and Identification of Antimicrobial Peptides Produced by Thermophilic Bacteria Isolated from Hot Springs. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Ms Thesis) Final Thesis xx_merged_organized.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 29 May 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

تتسبب العدوى البكتيرية سنويًا في أكثر من 7.7 مليون حالة وفاة، منها 4.95 مليون حالة ناتجة عن كائنات مقاومة للأدوية. وتسلّط هذه المقاومة المتزايدة الضوء على الحاجة الماسة إلى اتباع نهج مختلف لمكافحة العدوى البكتيرية. تمثل الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) حلًا واعدًا نظرًا لآليات عملها الفريدة. ومع ذلك، غالبًا ما يحد من استخدامها السريري عدم استقرارها في الظروف الفسيولوجية القاسية، مثل درجات الحرارة المرتفعة. لمعالجة هذا التحدي، ركزت هذه الدراسة على استخلاص وتوصيف الببتيدات المضادة للميكروبات من بكتيريا محبة للحرارة، وهي على وجه التحديدlicheniformis Bacillus :، Anoxybacillus flavithermus و ،Brevibacillus borstelensis AK1و ،Geobacillus stearothermophilusو AK1المعزولة من ينبوع حار في المملكة العربية السعودية. أظهرت هذه السلالات نشاطًا مضادًا قويًا ضد Staphylococcus aureusوcoli. .Escherichia تم تنقية الببتيدات باستخدام كروماتوغرافيا العمود باستخدام عمود مملوء بمادة C18 ذات الطور العكسي. وقد أُجري توصيفها باستخدام تقنيات طيفية متعددة، شملتUPLC ، وFTIR، وNMR، ومطياف الكتلة(MS) ، بالإضافة إلى التحليل الحاسوبي. وقد أُثبت أن المركبات المستخلصة من هذه العزلات بروتينية بطبيعتها، وتتراوح أوزانها الجزيئية بين 500 و1930 دالتون. كما كشف التحليل الجينومي الحاسوبي لكل من AK1 borstelensis Brevibacillus و AK1 flavithermus Anoxybacillusعن وجود تجمعات جينية ترمز لببتيدات مُصنّعة ريبوسوميًا وخضعت لتعديلات ما بعد الترجمة(RiPPs) ، وأخرى غير مُصنّعة ريبوسوميًا(NRPs) ، بالإضافة إلى مركب تيربين. على الرغم من وجود حساسية حرارية جزئية في بعض المركبات المنتجة، فقد احتفظت بفعاليتها بعد التعرض لدرجة حرارة مرتفعة تصل إلى 70 درجة مئوية. وتبرز هذه النتائج بكتيريا الينابيع الحارة في السعودية كمصدر غني للببتيدات المضادة للميكروبات ذات التطبيقات الواعدة في المجالات الطبية، وحفظ الأغذية، والزراعة. الكلمات المفتاحية :الببتيدات المضادة للميكروبات، بكتيريا محبة للحرارة، ينبوع حار، مقاومة مضادات الميكروبات، مركبات نشطة بيولوجيًا.

English Abstract

Every year, bacterial infections lead to over 7.7 million deaths, with 4.95 million of these caused by drug-resistant organisms. This growing resistance emphasizes the urgent need for a different approach to combat bacterial infections. Antimicrobial Peptides (AMPs) offer a promising solution due to their unique mechanisms of action. However, their clinical application is often limited by their instability under extreme physiological conditions like high temperatures. To address this limitation, this study focuses on extracting and characterizing AMPs from thermophilic bacteria, specifically Bacillus licheniformis, Geobacillus stearothermophilus, Brevibacillus borstelensis AK1, and Anoxybacillus flavithermus AK1 isolated from a hot spring in Saudi Arabia. These strains exhibited strong antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli. The AMPs were purified by column chromatography using a column packed with C18 reverse- phase material. Their characterization was conducted using various spectrometric techniques, including UPLC, FTIR, NMR, Mass Spectrometry (MS), and in silico analysis. The compounds extracted from these selected isolates were confirmed to be proteinaceous, with molecular masses ranging from 500 to 1,930 Da. In silico genome analysis of Bacillus borstelensis AK1 and Anoxybacillus flavithermus AK1 identified gene clusters encoding ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides (RiPPs), non-ribosomally synthesized peptides (NRPs), and a terpene. While some thermal sensitivity existed in the compounds produced, the Compounds remained stable and retained most of their activity after being subjected to a high temperature of up to 70 °C. These findings highlight thermophilic bacteria from Saudi Arabian hot springs as a valuable source of AMPs with applications in medicine, food preservation, and agriculture. Keywords: Antimicrobial peptides, thermophilic bacteria, hot spring, antimicrobial resistance, bioactive compounds

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > General
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Committee Advisor:	Bajes Khalil, Amjad
Committee Members:	Ahmad, Irshad and Uddin, Shihab
Depositing User:	LATIFAT ABDULSALAM (g202210360)
Date Deposited:	29 May 2025 11:40
Last Modified:	29 May 2025 11:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143511