Phytochemical Characterization and Evaluation of Sedum sediforme Extracts as Potential β-lactamase Inhibitors: An In vitro and In Silico Study

Abstract

Abstract. This study investigated the flavonoid content and β-lactamase inhibitory activity of three Sedum sediforme extracts: crude (CrE), chloroform (ChE), and ethyl acetate (EAe). Total flavonoids were quantified using AlCl₃ complexation, and HPLC analysis revealed quercetin (36.52 %) and gallic acid (24.11 %) as the predominant compounds in CrE. Enzymatic assays showed that CrE exhibited the highest β-lactamase inhibition, followed by ChE and EAe. In addition, an in silico analysis was conducted to explore the molecular interactions between phenolic compounds from S. sediforme and various β-lactamase enzymes. Seventeen phenolic constituents were identified by HPLC, with notable levels of caffeic acid (6.65 %), hesperetin (6.17 %), syringic acid (5.47 %), kaempferol (4.05 %), and rutin (3.83 %). Three-dimensional structures of these compounds were obtained from PubChem, optimized using Avogadro, and docked against four β-lactamase targets—TEM-1 (PDB: 1NYM), NDM-1 (PDB: 4EXS), AmpC (PDB: 1C3B), and OXA-48 (PDB: 7KHQ)—via AMDock. Docking results revealed strong binding affinities, including quercetin with TEM-1 (–8.9 kcal/mol), rutin with AmpC (–9.3 kcal/mol) and NDM-1 (–6.79 kcal/mol), and gallic acid with OXA-48 (–7.45 kcal/mol). Interaction profiling using BIOVIA Discovery Studio confirmed hydrogen bonding, hydrophobic interactions, and steric complementarity. A significant correlation was found between compound concentration and binding energy for TEM-1 (p = 0.023) and AmpC (p = 0.010). Pharmacokinetic predictions from Swiss ADME showed that quercetin and gallic acid satisfy Lipinski’s Rule of Five, indicating good oral bioavailability, whereas rutin does not. BOILED-Egg analysis predicted blood–brain barrier permeability for quercetin and gallic acid. Toxicity predictions using ProTox-II revealed potential organ-specific toxicities among top ligands.

Resumen. En este estudio se investigó el contenido de flavonoides y la actividad inhibidora en β-lactamasas de tres extractos de Sedum sediforme: crudo (CrE), cloroformo (ChE) y acetato de etilo (EAe). Los flavonoides totales se cuantificaron mediante la formación de complejos con AlCl₃, y su análisis mediante HPLC reveló que la quercetina (36.52 %) y el ácido gálico (24.11 %) fueron los compuestos predominantes en CrE. Los ensayos enzimáticos mostraron que el extracto CrE presentó la mayor inhibición de β-lactamasas, seguida por los extractos de ChE y EAe. Además, se realizó un análisis in silico para explorar las interacciones moleculares entre los compuestos fenólicos de S. sediforme y diversas enzimas β-lactamasas. Se identificaron diecisiete componentes fenólicos mediante HPLC, con concentraciones notables de ácido cafeico (6.65 %), hesperetina (6.17 %), ácido siríngico (5.47 %), kaempferol (4.05 %) y rutina (3.83 %). Las estructuras tridimensionales de estos compuestos se obtuvieron de PubChem, se optimizaron con Avogadro y se acoplaron a cuatro blancos de β-lactamasa: TEM-1 (PDB: 1NYM), NDM-1 (PDB: 4EXS), AmpC (PDB: 1C3B) y OXA-48 (PDB: 7KHQ) mediante AMDock. Los resultados del acoplamiento revelaron fuertes afinidades de unión, incluyendo la quercetina con TEM-1 (–8.9 kcal/mol), la rutina con AmpC (–9.3 kcal/mol) y NDM-1 (–6.79 kcal/mol), y el ácido gálico con OXA-48 (–7.45 kcal/mol). El perfil de interacción con BIOVIA Discovery Studio confirmó la formación de enlaces de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y la complementariedad estérica. Se determinó que existe una correlación significativa entre la concentración del compuesto y la energía de enlace para TEM-1 (P = 0.023) y AmpC (P = 0.010). Las predicciones farmacocinéticas de Swiss ADME mostraron que la quercetina y el ácido gálico cumplen la regla del cinco de Lipinski, lo que indica una buena biodisponibilidad oral, a diferencia de la rutina. El análisis de huevo cocido predijo la permeabilidad de la barrera hematoencefálica para la quercetina y el ácido gálico. Las predicciones de toxicidad con ProTox-II revelaron posibles toxicidades órgano-específicas entre los ligandos principales.

En general, estos hallazgos resaltan el potencial de los fenólicos derivados de S. sediforme, particularmente la quercetina y el ácido gálico, como prometedores inhibidores multiobjetivos de β-lactamasa para combatir la resistencia a los antibióticos.