Evaluation of antimicrobial and nematicidal properties of nanosized materials, and investigation of the mode of action of redox-active sulfur and selenium compounds

Abstract

Complex living organisms, such as humans, animals and plants suffer from diseases which can be caused by pathogenic bacteria, fungi and nematodes. The activity of presently available antimicrobial and nematicidal agents is continuously becoming ineffective because of drug resistance arising due to excessive and inappropriate use. Therefore, an inevitable need for new sources of antimicrobials, nematicides and phytoprotectants is growing and attracting a lot of scientific interest. The first part of the thesis encompassed the investigation of nanosized materials (plants and their waste materials, and chalcogen-containing compounds) against a broad-spectrum of microorganisms. The second part of the study comprised the mechanistic understanding of allicin and selenocyanates by exploiting a library of yeast mutants carrying deletions for specific protein functions. Generally, the nanosized substances exhibited excellent antimicrobial and nematicidal activities. Chemogenetic screening of allicin and selenocyanates revealed hypersensitive yeast mutants with gene deletions coding for specific proteins. In summary, the results obtained as a part of the current investigation uncover the feasibility of utilizing nanosized materials, allicin and selenocyanates against a plethora of microorganisms in Medicine and Agriculture.

Komplexe lebende Organismen wie Menschen, Tiere und Pflanzen leiden an Krankheiten, die durch pathogene Bakterien, Pilze und Nematoden verursacht werden können. Die Aktivität der heutzutage verfügbaren antimikrobiellen und nematiziden Wirkstoffe wird aufgrund von Arzneimittelresistenzen, die durch übermäßigen und unsachgemäßen Gebrauch entstehen, kontinuierlich unwirksamer. Daher wächst der unvermeidliche Bedarf an neuen Quellen für antimikrobielle, Nematizide und Phytoprotektive Wirkstoffe, und dieszufolge auch das wissenschaftliche Interesse. Der erste Teil der Arbeit umfasste die Untersuchung von Nanomaterialien (Pflanzen und deren Abfallstoffe sowie Chalkogen haltige Verbindungen) gegen ein breites Spektrum an Mikroorganismen. Der zweite Teil der Studie umfasste das mechanistische Verständnis von Allicin und Selenocyanaten durch die Nutzung einer Bibliothek von Hefemutanten, die Deletionen für spezifische Proteinfunktionen tragen. Im Allgemeinen wiesen die Nanosubstanzen ausgezeichnete antimikrobielle und nematizide Aktivitäten auf. Der chemogenetische Screening von Allicin und Selenocyanaten zeigte hypersensible Hefemutanten mit Gendeletionen, die für spezifische Proteine kodieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse, die im Rahmen der aktuellen Forschungsarbeit erzielt wurden, die Anwendbarkeit von Nanomaterialien, Allicin und Selenocyanaten gegen eine Vielzahl von Mikroorganismen in Medizin und Landwirtschaft aufweisen.