Pharmacological validation of Solanum mammosum L. as an anti-infective agent: Role of solamargine

Abstract

Ethnopharmacological relevance: Fungal and bacterial infections remain a major problem worldwide, requiring the development of effective therapeutic strategies. Solanum mammosum L. (Solanaceae) (“teta de vaca”) is used in traditional medicine in Peru to treat fungal infections and respiratory disorders via topical application. However, the mechanism of action remains unknown, particularly in light of its chemical composition. Materials and methods: The antifungal activity of TDV was determined against Trichophyton mentagrophytes and Candida albicans using bioautography-TLC-HRMS to rapidly identify the active compounds. Then, the minimum inhibitory concentration (MIC) of the fruit crude extract and the active compound was determined to precisely evaluate the antifungal activity. Additionally, the effects of the most active compound on the formation of Pseudomonas aeruginosa biofilms and pyocyanin production were evaluated. Finally, a LC-HRMS profile and a molecular network of TDV extract were created to characterize the metabolites in the fruits' ethanolic extract. Results: Bioautography-TLC-HRMS followed by isolation and confirmation of the structure of the active compound by 1D and 2D NMR allowed the identification solamargine as the main compound responsible for the anti-Trichophyton mentagrophytes (MIC = 64 μg mL−1) and anti-Candida albicans (MIC = 64 μg mL−1) activities. In addition, solamargine led to a significant reduction of about 20% of the Pseudomonas aeruginosa biofilm formation. This effect was observed at a very low concentration (1.6 μg mL−1) and remained fairly consistent regardless of the concentration. In addition, solamargine reduced pyocyanin production by about 20% at concentrations of 12.5 and 50 μg mL−1. Furthermore, the LC-HRMS profiling of TDV allowed us to annotate seven known compounds that were analyzed through a molecular network. Conclusions: Solamargine has been shown to be the most active compound against T. mentoagrophytes and C. albicans in vitro. In addition, our data show that this compound affects significantly P. aeruginosa pyocyanin production and biofilm formation in our conditions. Altogether, these results might explain the traditional use of S. mammosum fruits to treat a variety of fungal infections and respiratory disorders.

Relevancia etnofarmacológica: Las infecciones fúngicas y bacterianas siguen siendo un problema importante en todo el mundo, que requiere el desarrollo de estrategias terapéuticas eficaces. Solanum mammosum L. (Solanaceae) ("teta de vaca") se utiliza en la medicina tradicional de Perú para tratar infecciones fúngicas y trastornos respiratorios mediante su aplicación tópica. Sin embargo, el mecanismo de acción sigue siendo desconocido, especialmente a la luz de su composición química. Materiales y métodos: Se determinó la actividad antifúngica del TDV frente a Trichophyton mentagrophytes y Candida albicans mediante bioautografía-TLC-HRMS para identificar rápidamente los compuestos activos. A continuación, se determinó la concentración inhibitoria mínima (CIM) del extracto crudo del fruto y del compuesto activo para evaluar con precisión la actividad antifúngica. Además, se evaluaron los efectos del compuesto más activo sobre la formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa y la producción de piocianina. Por último, se creó un perfil LC-HRMS y una red molecular del extracto de TDV para caracterizar los metabolitos del extracto etanólico de los frutos. Resultados: La bioautografía-TLC-HRMS seguida del aislamiento y la confirmación de la estructura del compuesto activo por RMN 1D y 2D permitió identificar a la solamargina como el principal compuesto responsable de las actividades antiTrichophyton mentagrophytes (CIM = 64 μg mL- 1 ) y anti-Candida albicans (CIM = 64 μg mL- 1 ). Además, la solamargina condujo a una reducción significativa de alrededor del 20% de la formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa. Este efecto se observó a una concentración muy baja (1,6 μg mL- 1) y se mantuvo bastante constante independientemente de la concentración. Además, la solamargina redujo la producción de piocianina en aproximadamente un 20% a concentraciones de 12,5 y 50 μg mL- 1 . Además, el perfil LC-HRMS de TDV nos permitió anotar siete compuestos conocidos que fueron analizados a través de una red molecular. Conclusiones: La solamargina ha demostrado ser el compuesto más activo contra T. mentoagrophytes y C. albicans in vitro. Además, nuestros datos muestran que este compuesto afecta significativamente a la producción de piocianina de P. aeruginosa y a la formación de biopelículas en nuestras condiciones. En conjunto, estos resultados podrían explicar el uso tradicional de los frutos de S. mammosum para tratar diversas infecciones fúngicas y trastornos respiratorios.