گامی در مزارع زعفران، برگ‌های شاهدانه و گیلاس: راهی به سوی زیست‌فرآورده‌های ضدمیکروبی مشتق از ضایعات

زمینه: تجمع ضایعات کشاورزی-غذایی یک چالش عمده زیست‌محیطی و اقتصادی است و تبدیل این محصولات جانبی به ترکیبات زیست‌فعال در چارچوب اقتصاد زیستی چرخشی قرار می‌گیرد. این مطالعه با هدف ارزیابی پتانسیل ضدمیکروبی عصاره‌های مشتق از برگ‌های شاهدانه (CSE)، گلپوش زعفران (CST) و ضایعات گیلاس (VCE) در برابر چهار گونه باکتریایی کلیدی (استافیلوکوکوس اورئوس، باسیلوس سوبتیلیس، اشرشیاکلی و سودوموناس آئروژینوزا) انجام شد.

روش‌ها: آزمون‌های حداقل غلظت بازدارندگی (MIC) برای ارزیابی فعالیت ضدباکتریایی انجام شد و یک خط لوله بیوانفورماتیکی برای کاوش اهداف مولکولی احتمالی پیاده‌سازی شد. از همترازی چندتوالی کامل پروتئوم‌ها در بین سویه‌های باکتریایی برای شناسایی پروتئین‌های حفاظت‌شده و سویه-اختصاصی استفاده شد و شبیه‌سازی‌های داکینگ مولکولی برای پیش‌بینی برهمکنش‌های اتصال بین فراوان‌ترین ترکیبات در عصاره‌ها و اهدافشان به کار رفت.

نتایج: CSE و CST فعالیت باکتریواستاتیک در برابر S. aureus و B. subtilis نشان دادند (MIC = 15.6 mg/mL)، در حالی که VCE فعالیت انتخابی در برابر B. subtilis نشان داد (MIC = 31.5 mg/mL). CodY به عنوان یک هدف مولکولی فرضی برای CSE و CST و ChaA برای VCE شناسایی شد. نتایج داکینگ امکان اتصال خودبه‌خودی بین اجزای فراوان عصاره و اهداف پیش‌بینیشده را تأیید کرد، با میل اتصال بالا که یک شبکه برهمکنش قوی با باقیمانده‌های حسگر هدف ایجاد می‌کند.

نتیجه‌گیری: این مطالعه فعالیت ضدمیکروبی این ضایعات کشاورزی-غذایی را نشان می‌دهد و یک گردش کار جامع in vitro و in silico را برای پشتیبانی از زیست‌فعالیت این ضایعات و کاربرد مجدد آن‌ها برای مصارف نوآورانه و اکو-پایدار در حوزه زیست‌فناوری و فراتر از آن معرفی می‌کند.

Background: The accumulation of agri-food waste is a major environmental and economic challenge and converting these by-products into bioactive compounds fits within the circular bioeconomy. This study aimed to evaluate the antimicrobial potential of extracts derived from Cannabis sativa L. leaves (CSE), Crocus sativus tepals (CST), and Prunus avium L. cherry waste (VCE) against four key bacterial species (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli, and Pseudomonas aeruginosa).

Methods: Minimum inhibitory concentration (MIC) assays were performed to assess antibacterial activity, while a bioinformatic pipeline was implemented to explore possible molecular targets. Full-proteome multiple sequence alignments across the bacterial strains were used to identify conserved, strain-specific proteins, and molecular docking simulations were applied to predict binding interactions between the most abundant compounds in the extracts and their targets.

Results: CSE and CST demonstrated bacteriostatic activity against S. aureus and B. subtilis (MIC = 15.6 mg/mL), while VCE showed selective activity against B. subtilis (MIC = 31.5 mg/mL). CodY was identified as a putative molecular target for CSE and CST, and ChaA for VCE. Docking results supported the possibility of spontaneous binding between abundant extract constituents and the predicted targets, with high binding affinities triggering a strong interaction network with target sensing residues.

Conclusions: This study demonstrates the antimicrobial activity of these agri-food wastes and introduces a comprehensive in vitro and in silico workflow to support the bioactivity of these agri-food wastes and repurpose them for innovative, eco-sustainable applications in the biotechnology field and beyond.