Phytochemical Investigation, Cytotoxic, Antioxidant and Antimicrobial Activity Assessment of Sudanese Fagonia indica Burm f. (Zygophyllaceae)

Abstract

ABSTRACT Fagonia indica Burm f. ( Zygophyllaceae ) grows wild in the African and Asian deserts and is used for treatment of many diseases in traditional medicine of these countries. The present research is concerned with the species growing in Sudan with emphasis on its cytotoxic; antioxidant and antimicrobial activities. The whole plant was extracted with 96% ethanol and the prepared extract was fractionated successively with petroleum ether 40–600C, followed by chloroform, ethyl acetate and n-butanol. The ethanolic extract and fractions were subjected to detailed phytochemical screening according to standard procedures and the results revealed the presence of alkaloids; terpenoids; saponins; flavonoids and carbohydrates. Parallel to this , the ethanolic extract and fractions were tested for their cytotoxic ; antioxidant and antimicrobial activities. Mortality percent of Brine shrimp cytotoxicity of the 96% ethanolic extract and fractions showed that the lowest LD50 was exhibited by the aqueous extract (516.66 μg/ml), which supported its uses in traditional medicine as a safe herbal tea preparation. The petroleum ether; chloroform; ethyl acetate; n-butanol and aqueous fractions showed better cytotoxic effect than the original ethanolic extract in the human tumor cell line ( Colon cell line; Human hepatocellular carcinoma cell line; Human caucasian breast adenocarcinoma and normal retina cell line). The best results were scored by chloroform fraction (97.4 % ) followed by ethyl acetate fraction (89.5%) and petroleum ether fraction (66.5%) at 100ppm concentrations. The antioxidant activities of the samples were assessed by the DPPH methods and the best results were scored by the 96% ethanolic extract (82±0.07) followed by ethyl acetate fraction (81±0.09) , n-butanol fraction (76±0.02) , aqueous fraction (75±0.01 ) , chloroform fraction (74±0.06 ) and finally pet. ether 40-600C fraction (39±0.09) . The antimicrobial activity assessment of the 96% ethanolic extract and fractions against Bacillus subtilis (B.s); Staphylococcus aureus (S.a); Escherichia coli (E.c); Pseudomonas aeruginosa (Ps.a ) and Candida albicans (C.a) revealed different results. Generally, the 96% ethanolic extract gave the best result against Ps.a.( 18-19mm MDIZ). The Gram (+ve) B.s. was the most sensitive against the chloroform fraction (15-19mm) and the fungus C.a. was the most resistant to all samples. Preliminary TLC screening of samples and further analysis by hyphenated technique GC-MS analysis confirmed the results obtained by assessment of cytotoxic; antioxidant and antimicrobial activities. The tested samples were methylated for better and more reliable results. The samples revealed the presence of polyunsaturated fatty acids of the series C16 and C18 with two and three double bonds and the ethyl acetate fraction contained considerable amounts the two sugar derivatives 3-O-methyl-D-glucose and 1,6-dehydro-β-D-glucopyranose in addition to phytol and stigmasterol. The determined and identified compounds in the samples are known of their remarkable cytotoxic; antioxidant and antimicrobial activities. Their presence in the Sudanese species shall spot more light on its

Ι variable biological activities and uses in Sudanese traditional medicine. The aqueous fraction was the safest with regards to cytotoxic effect based on brine shrimp cytotoxicity assessments. The results obtained are reported for the first time according to literature review data and could be considered as a valuable addition to the global data base.

П

مستخلص البحث فاغونيا إنديكا بورم اف (زيقوفايلاثيى) . ينمو في الصحاري الأفريقية و الآسيوية و يستخدم لعلاج العديد من الأمراض في الطب التقليدي لهذه البلدان . يتعلق البحث الحالي بالأنواع التي تنمو في السودان مع التركيز على تسمم الخلايا ، الأنشطة المضادة للأكسدة و الميكروبات . تم استخلاص النبات بالكامل باستخدام الإيثانول 96٪ وتم تجزئة المستخلص المحضر على التوالي باستخدام الإيثر البترولي 40-60ºم ، يليه الكلوروفورم ، خلات الإيثيل ، البيوتانول العادى والماء المقطر . تم إخضاع المستخلص الإيثانولي واجزاءه إلى فحص كيميائي نباتي مفصل وفقًا للإجراءات القياسية وأظهرت النتائج وجود قلويدات ؛ تربينويدات، الصابونين، الفلافونويد والكربوهيدرات . بالتوازي مع ذلك ، تم اختبار المستخلص الايثانولى و اجزاءه على السمية الخلوية ؛ الأنشطة المضادة للأكسدة والميكروبات. أظهرت نسبة الوفيات من السمية الخلوية للروبيان الملحي من المستخلص الإيثانولي 96٪ واجزاءه أن أقل جرعة مميتة ( LD50 ) كانت بواسطة المستخلص المائي (516.66 ميكروغرام / مل) ، مما دعم استخدامه في الطب التقليدي كتحضير آمن للشاي العشبي. الايثر البترولى ,الكلوروفورم, خلات الإيثيل و الجزء المائى و البيوتانول العادى أظهرت تأثيرًا ساما للخلايا أفضل من المستخلص الإيثانولي الأصلي في خط خلايا الورم البشرية (خط خلية القولون ، خط خلية سرطان الخلايا الكبدية البشرية ؛ سرطان الثدى القوقازى البشرى و خط خلايا الشبكية الطبيعي) . سجلت أفضل النتائج من خلال جزء الكلوروفورم (97.4٪) يليه جزء خلات الإيثيل (89.5٪) وجزءالأيثر البترولي (66.5٪) بتركيزات 100 جزء في المليون. تم تقييم الأنشطة المضادة للأكسدة للعينات بواسطة طرق DPPH حيث سجل المستخلص الإيثانولي 96 ٪ افضل النتائج (82 ± 0.07) متبوعًا بجزء خلات الإيثيل (81 ± 0.09) وجزء البيوتانول العادى (76 ± 0.02) ، جزء مائي (75 ± 0.01) ، جزء الكلوروفورم (74 ± 0.06) وأخيراً جزء الأيثر البترولى 40-60ºم (39 ± 0.09). تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات للمستخلص الإيثانولي96 ٪ واجزاءه ضد ( العصوية الرقيقة ) ؛ (المكورات العنقودية الذهبية) ؛ (الإشريكية القولونية) ؛ ( الزائفة الزنجارية ) و (المبيضات البيض) أظهرت نتائج مختلفة . بشكل عام ، أعطى المستخلص الإيثانولي 96٪ أفضل نتيجة مقابل (18-19مم ( MDIZ للزائفة الزنجارية . بكتيريا غرام (+ موجبة) (العصوية الرقيقة) كانت الأكثر حساسية ضد جزء الكلوروفورم (15-19 مم) والفطر (المبيضات البيض) كان الأكثر مقاومة لجميع العينات.

Ш

أكد الفحص الأولي للعينات TLC والتحليل الإضافي عن طريق تقنية الواصلة تحليل GC-MS النتائج التي تم الحصول عليها من خلال تقييم السمية للخلايا ؛ الأنشطة المضادة للأكسدة والميكروبات. تم مثيلة العينات المختبرة للحصول على نتائج أفضل وأكثر موثوقية . كشفت العينات عن وجود الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة من السلسلة C16 و C18 مع اثنين وثلاثة روابط مزدوجة وجزء خلات الإيثيل يحتوي بكميات كبيرة على مشتقي السكر (3 - او- ميثيل- دى- جلوكوز) و (1،6- ديهيدرو- بيتا – دى - جلوكوبيرانوز) بالإضافة إلى فيتول و ستيغماستيرول . إن المركبات المحددة في العينات معروفة بسميتها الخلوية الملحوظة ؛ الأنشطة المضادة للأكسدة والميكروبات . يجب أن يسلط وجودها في الأنواع السودانية مزيدًا من الضوء نسبة لأنشطتها البيولوجية المتعددة واستخداماتها في الطب التقليدي السوداني . كان الجزء المائي هو الأكثر أمانًا فيما يتعلق بالتأثير السام للخلايا بناءً على تقييمات السمية الخلوية للروبيان الملحي. يتم الإبلاغ عن النتائج التي تم الحصول عليها لأول مرة وفقًا لبيانات مراجعة الأدبيات ويمكن اعتبارها إضافة قيمة لقاعدة البيانات العالمية.