Täname teid nature.com külastamise eest. Teie kasutataval brauseriversioonil on piiratud CSS-i tugi. Parima kogemuse saamiseks soovitame teil kasutada brauseri uusimat versiooni (või lülitada Internet Exploreris ühilduvusrežiim välja). Lisaks ei sisalda see sait jätkuva toe tagamiseks stiile ega JavaScripti.
Sünteesiti sünton 3-(antratseen-9-üül)-2-tsüanoakrüloüülkloriid 4 ja seda kasutati mitmesuguste väga aktiivsete heterotsükliliste ühendite sünteesimiseks reaktsiooni kaudu erinevate lämmastiku nukleofiilidega. Iga sünteesitud heterotsüklilise ühendi struktuuri iseloomustati põhjalikult spektroskoopilise ja elementanalüüsi abil. Kümme kolmeteistkümnest uudsest heterotsüklilisest ühendist näitasid julgustavat efektiivsust multiresistentsete bakterite (MRSA) vastu. Nende hulgas näitasid ühendid 6, 7, 10, 13b ja 14 kõrgeimat antibakteriaalset aktiivsust, kusjuures inhibitsioonitsoonid olid lähedal 4 cm-le. Molekulaarsed dokkimisuuringud näitasid aga, et ühenditel oli erinev seondumisafiinsus penitsilliini siduva valgu 2a (PBP2a) suhtes, mis on MRSA resistentsuse peamine sihtmärk. Mõned ühendid, näiteks 7, 10 ja 14, näitasid PBP2a aktiivses kohas suuremat seondumisafiinsust ja interaktsiooni stabiilsust võrreldes kaaskristalliseeritud kinasolinooni ligandiga. Seevastu ühenditel 6 ja 13b olid madalamad dokkimisskoorid, kuid need näitasid siiski märkimisväärset antibakteriaalset aktiivsust, kusjuures ühendil 6 olid madalaimad MIC (9,7 μg/100 μL) ja MBC (78,125 μg/100 μL) väärtused. Dokkimisanalüüs näitas olulisi interaktsioone, sealhulgas vesiniksidemeid ja π-virnastumist, eriti selliste jääkidega nagu Lys 273, Lys 316 ja Arg 298, mis identifitseeriti interakteeruvat PBP2a kristallstruktuuris kaaskristalliseerunud ligandiga. Need jäägid on PBP2a ensümaatilise aktiivsuse jaoks hädavajalikud. Need tulemused viitavad sellele, et sünteesitud ühendid võivad olla paljulubavad MRSA-vastased ravimid, mis rõhutab molekulaarse dokkimise ja biotestide kombineerimise olulisust tõhusate terapeutiliste kandidaatide tuvastamiseks.
Selle sajandi esimestel aastatel keskenduti peamiselt uute ja lihtsate protseduuride ning meetodite väljatöötamisele mitmete uuenduslike antimikroobse toimega heterotsükliliste süsteemide sünteesimiseks, kasutades kergesti kättesaadavaid lähteaineid.
Akrüülnitriili fragmente peetakse paljude tähelepanuväärsete heterotsükliliste süsteemide sünteesi oluliseks lähteaineks, kuna need on väga reaktiivsed ühendid. Lisaks on 2-tsüanoakrüloüülkloriidi derivaate viimastel aastatel laialdaselt kasutatud farmakoloogiliste rakenduste valdkonnas elutähtsate toodete, näiteks ravimite vaheühendite1,2,3, HIV-vastaste, viirusevastaste, vähivastaste, antibakteriaalsete, antidepressantide ja antioksüdantide eelkäijate4,5,6,7,8,9,10 väljatöötamiseks ja sünteesimiseks. Hiljuti on antratseeni ja selle derivaatide bioloogiline efektiivsus, sealhulgas nende antibiootilised, vähivastased11,12, antibakteriaalsed13,14,15 ja insektitsiidsed omadused16,17, pälvinud suurt tähelepanu18,19,20,21. Akrüülnitriili ja antratseeni fragmente sisaldavad antimikroobsed ühendid on näidatud joonistel 1 ja 2.
Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) (2021) andmetel on antimikroobne resistentsus (AMR) ülemaailmne oht tervisele ja arengule22,23,24,25. Patsiente ei saa ravida, mistõttu on nad pikemad haiglas viibimised ja vajadus kallimate ravimite järele, samuti suurenenud suremus ja puue. Tõhusate antimikroobsete ravimite puudumine viib sageli erinevate infektsioonide ravi ebaõnnestumiseni, eriti keemiaravi ja suurte operatsioonide ajal.
Maailma Terviseorganisatsiooni 2024. aasta aruande kohaselt on metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus (MRSA) ja E. coli kantud prioriteetsete patogeenide nimekirja. Mõlemad bakterid on resistentsed paljude antibiootikumide suhtes, seega esindavad nad raskesti ravitavaid ja kontrollitavaid infektsioone ning selle probleemi lahendamiseks on vaja kiiresti välja töötada uusi ja tõhusaid antimikroobseid ühendeid. Antratseen ja selle derivaadid on tuntud antimikroobsed ained, mis võivad toimida nii grampositiivsetele kui ka gramnegatiivsetele bakteritele. Selle uuringu eesmärk on sünteesida uus derivaat, mis suudab võidelda nende tervisele ohtlike patogeenidega.
Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) andmetel on paljud bakteriaalsed patogeenid resistentsed mitmete antibiootikumide suhtes, sealhulgas metitsilliiniresistentse Staphylococcus aureuse (MRSA) suhtes, mis on kogukonnas ja tervishoiuasutustes levinud infektsioonide põhjus. MRSA-infektsiooniga patsientidel on teatatud 64% suuremast suremuse määrast kui ravimitundlike infektsioonidega patsientidel. Lisaks kujutab E. coli endast globaalset ohtu, kuna viimane kaitseliin karbapeneemiresistentsete enterobakterite (st E. coli) vastu on kolistiin, kuid hiljuti on mitmes riigis teatatud kolistiiniresistentsetest bakteritest.22,23,24,25
Seetõttu on Maailma Terviseorganisatsiooni ülemaailmse antimikroobse resistentsuse tegevuskava26 kohaselt pakiline vajadus uute antimikroobsete ainete avastamise ja sünteesimise järele. Antratseeni ja akrüülnitriili suurt potentsiaali antibakteriaalsete,27, seenevastaste,28, vähivastaste29 ja antioksüdantsete30 ainetena on esile tõstetud arvukates avaldatud artiklites. Sellega seoses võib öelda, et need derivaadid on head kandidaadid metitsilliiniresistentse Staphylococcus aureus'e (MRSA) vastu võitlemiseks.
Varasemad kirjanduse ülevaated ajendasid meid sünteesima uusi derivaate nendes klassides. Seetõttu oli käesoleva uuringu eesmärk välja töötada uudsed heterotsüklilised süsteemid, mis sisaldavad antratseeni- ja akrüülnitriili fragmente, hinnata nende antimikroobset ja antibakteriaalset efektiivsust ning uurida nende potentsiaalseid seondumisinteraktsioone penitsilliini siduva valguga 2a (PBP2a) molekulaarse dokkimise abil. Varasematele uuringutele tuginedes jätkas käesolev uuring heterotsükliliste süsteemide sünteesi, bioloogilist hindamist ja arvutuslikku analüüsi, et tuvastada paljulubavaid metitsilliiniresistentseid Staphylococcus aureus'e (MRSA) aineid, millel on tugev PBP2a inhibeeriv toime31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Meie praegune uurimistöö keskendub antratseeni- ja akrüülnitriilifragmente sisaldavate uudsete heterotsükliliste ühendite sünteesile ja antimikroobse toime hindamisele. Valmistati 3-(antratseen-9-üül)-2-tsüanoakrüloüülkloriid 4, mida kasutati uudsete heterotsükliliste süsteemide konstrueerimise ehituskivina.
Ühendi 4 struktuur määrati spektraalandmete abil. 1H-NMR-spekter näitas CH= olemasolu 9,26 ppm juures, IR-spekter näitas karbonüülrühma olemasolu 1737 cm−1 juures ja tsüanorühma olemasolu 2224 cm−1 juures ning 13C NMR-spekter kinnitas samuti pakutud struktuuri (vt eksperimentaalne osa).
3-(antratseen-9-üül)-2-tsüanoakrüloüülkloriidi 4 süntees viidi läbi aromaatsete rühmade 250, 41, 42, 53 hüdrolüüsil naatriumhüdroksiidi etanoollahusega (10%), saades happed 354, 45, 56, mida seejärel töödeldi veevannil tionüülkloriidiga, saades akrüloüülkloriidi derivaadi 4 kõrge saagisega (88,5%), nagu on näidatud joonisel 3.
Uute heterotsükliliste ühendite loomiseks, millel on oodatav antibakteriaalne efektiivsus, viidi läbi atsüülkloriidi 4 reaktsioon erinevate dinukleofiilidega.
Happekloriidi 4 töödeldi hüdrasiinhüdraadiga temperatuuril 0°C üks tund. Kahjuks pürasolooni 5 ei saadud. Produkt oli akrüülamiidi derivaat, mille struktuuri kinnitasid spektraalandmed. Selle IR-spektris olid näha C=O neeldumisribad lainearvul 1720 cm−1, C≡N lainearvul 2228 cm−1 ja NH3 lainearvul 3424 cm−1. 1H-TMR-spektris oli näha olefiinprootonite ja NH3-prootonite vahetussingleti signaali lainearvul 9,3 ppm (vt eksperimentaalne osa).
Kaks mooli happekloriidi 4 reageerisid ühe mooli fenüülhüdrasiiniga, saades hea saagisega (77%) N-fenüülakrüloüülhüdrasiini derivaadi 7 (joonis 5). Ühendi 7 struktuuri kinnitasid infrapunaspektroskoopia andmed, mis näitasid kahe C=O rühma neeldumist lainearvudel 1691 ja 1671 cm−1, CN rühma neeldumist lainearvul 2222 cm−1 ja NH rühma neeldumist lainearvul 3245 cm−1 ning selle 1H-NMR spekter näitas CH rühma lainearvudel 9,15 ja 8,81 ppm ning NH prootonit lainearvul 10,88 ppm (vt eksperimentaalne osa).
Selles uuringus uuriti atsüülkloriidi 4 reaktsiooni 1,3-dinukleofiilidega. Atsüülkloriidi 4 töötlemine 2-aminopüridiiniga 1,4-dioksaanis, kasutades TEA alusena toatemperatuuril, andis akrüülamiidi derivaadi 8 (joonis 5), mille struktuur identifitseeriti spektraalandmete abil. IR-spektrid näitasid tsüanovenituse neeldumisribasid lainearvul 2222 cm−1, NH3 neeldumisribasid lainearvul 3148 cm−1 ja karbonüülrühma neeldumisribasid lainearvul 1665 cm−1; 1H NMR-spektrid kinnitasid olefiinprootonite olemasolu lainearvul 9,14 ppm (vt eksperimentaalne osa).
Ühend 4 reageerib tiouureaga, moodustades pürimidinetiooni 9; ühend 4 reageerib tiosemikarbasiidiga, moodustades tiopürasooli derivaadi 10 (joonis 5). Ühendite 9 ja 10 struktuurid kinnitati spektraal- ja elementanalüüsi abil (vt eksperimentaalne osa).
Tetrasiin-3-tiool 11 valmistati ühendi 4 reageerimisel tiokarbasiidiga 1,4-dinukleofiilina (joonis 5) ning selle struktuuri kinnitati spektroskoopia ja elementanalüüsi abil. Infrapunaspektris ilmnes C=N side lainearvul 1619 cm−1. Samal ajal säilitas selle 1H-NMR spekter aromaatsete prootonite mitmeplaadilised signaalid lainearvul 7,78–8,66 ppm ja SH prootonite signaalid lainearvul 3,31 ppm (vt eksperimentaalne osa).
Akrüloüülkloriid 4 reageerib 1,2-diaminobenseeni, 2-aminotiofenooli, antraniilhappe, 1,2-diaminoetaani ja etanoolamiiniga 1,4-dinukleofiilidena, moodustades uusi heterotsüklilisi süsteeme (13–16).
Nende äsjasünteesitud ühendite struktuurid kinnitati spektraal- ja elementanalüüsi abil (vt eksperimentaalne osa). 2-hüdroksüfenüülakrüülamiidi derivaat 17 saadi reageerides 2-aminofenooliga dinukleofiilina (joonis 6) ja selle struktuur kinnitati spektraal- ja elementanalüüsi abil. Ühendi 17 infrapunaspekter näitas, et C=O ja C≡N signaalid ilmusid vastavalt 1681 ja 2226 cm−1 juures. Samal ajal säilitas selle 1H-TMR spekter olefiini prootoni singleti signaali 9,19 ppm juures ja OH prooton ilmus 9,82 ppm juures (vt eksperimentaalne osa).
Happekloriidi 4 reaktsioon ühe nukleofiiliga (nt etüülamiin, 4-toluidiin ja 4-metoksüaniliin) dioksaanis lahustina ja TEA katalüsaatorina toatemperatuuril andis rohelised kristallilised akrüülamiidi derivaadid 18, 19a ja 19b. Ühendite 18, 19a ja 19b elemendi- ja spektraalandmed kinnitasid nende derivaatide struktuure (vt eksperimentaalne osa) (joonis 7).
Pärast erinevate sünteetiliste ühendite antimikroobse aktiivsuse skriinimist saadi erinevad tulemused, nagu on näidatud tabelis 1 ja joonisel 8 (vt joonise faili). Kõik testitud ühendid näitasid grampositiivse bakteri MRSA vastu erinevat inhibeerimisastet, samas kui gramnegatiivne bakter Escherichia coli näitas kõigi ühendite suhtes täielikku resistentsust. Testitud ühendid võib jagada kolme kategooriasse, mis põhinevad MRSA vastase inhibeerimistsooni läbimõõdul. Esimene kategooria oli kõige aktiivsem ja koosnes viiest ühendist (6, 7, 10, 13b ja 14). Nende ühendite inhibeerimistsooni läbimõõt oli ligi 4 cm; selle kategooria kõige aktiivsemad ühendid olid ühendid 6 ja 13b. Teine kategooria oli mõõdukalt aktiivne ja koosnes veel viiest ühendist (11, 13a, 15, 18 ja 19a). Nende ühendite inhibeerimistsoon oli vahemikus 3,3 kuni 3,65 cm, kusjuures ühendil 11 oli suurim inhibeerimistsoon 3,65 ± 0,1 cm. Teisest küljest sisaldas viimane rühm kolme ühendit (8, 17 ja 19b), millel oli madalaim antimikroobne aktiivsus (alla 3 cm). Joonis 9 näitab erinevate inhibitsioonitsoonide jaotust.
Testitud ühendite antimikroobse aktiivsuse edasine uurimine hõlmas iga ühendi MIC ja MBC määramist. Tulemused varieerusid veidi (nagu on näidatud tabelites 2, 3 ja joonisel 10 (vt joonise faili)), kusjuures ühendid 7, 11, 13a ja 15 liigitati ilmselt parimateks ühenditeks. Neil olid samad madalaimad MIC ja MBC väärtused (39,06 μg/100 μL). Kuigi ühenditel 7 ja 8 olid madalamad MIC väärtused (9,7 μg/100 μL), olid nende MBC väärtused kõrgemad (78,125 μg/100 μL). Seetõttu peeti neid nõrgemaks kui eelnevalt mainitud ühendeid. Need kuus ühendit olid aga testitud ühenditest kõige tõhusamad, kuna nende MBC väärtused olid alla 100 μg/100 μL.
Ühendid (10, 14, 18 ja 19b) olid teiste testitud ühenditega võrreldes vähem aktiivsed, kuna nende MBC väärtused jäid vahemikku 156–312 μg/100 μL. Teisest küljest olid ühendid (8, 17 ja 19a) kõige vähem lootustandvad, kuna neil olid kõrgeimad MBC väärtused (vastavalt 625, 625 ja 1250 μg/100 μL).
Lõpuks, vastavalt tabelis 3 näidatud taluvuspiiridele, saab testitud ühendid toimemehhanismi põhjal jagada kahte kategooriasse: bakteritsiidse toimega ühendid (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) ja antibakteriaalse toimega ühendid (6, 13b, 14, 17, 19a). Nende hulgas on eelistatud ühendid 7, 11, 13a ja 15, mis avaldavad tapvat toimet väga madalas kontsentratsioonis (39,06 μg/100 μL).
Kolmeteistkümnest testitud ühendist kümnel oli potentsiaal antibiootikumiresistentse metitsilliiniresistentse Staphylococcus aureus'e (MRSA) vastu. Seetõttu on soovitatav edasine skriining rohkemate antibiootikumiresistentsete patogeenidega (eriti patogeensete grampositiivsete ja gramnegatiivsete bakterite kohalike isolaatidega) ja patogeensete pärmseentega, samuti iga ühendi tsütotoksiline testimine selle ohutuse hindamiseks.
Sünteesitud ühendite potentsiaali hindamiseks penitsilliini siduva valgu 2a (PBP2a) inhibiitoritena metitsilliiniresistentses Staphylococcus aureus'es (MRSA) viidi läbi molekulaarsed dokkimisuuringud. PBP2a on bakteriaalse rakuseina biosünteesis osalev võtmeensüüm ja selle ensüümi pärssimine häirib rakuseina moodustumist, mis viib lõpuks bakterite lüüsi ja rakusurmani1. Dokkimistulemused on loetletud tabelis 4 ja üksikasjalikumalt kirjeldatud lisaandmete failis ning tulemused näitavad, et mitmel ühendil oli tugev seondumisafiinsus PBP2a suhtes, eriti võtmeaktiivse saidi jääkidel nagu Lys 273, Lys 316 ja Arg 298. Interaktsioonid, sealhulgas vesiniksidemed ja π-virnastamine, olid väga sarnased kokristalliseerunud kinasolinoonligandiga (CCL) omadega, mis näitab nende ühendite potentsiaali tugevate inhibiitoritena.
Molekulaarsed dokkimisandmed koos teiste arvutusparameetritega viitasid tugevalt sellele, et PBP2a inhibeerimine oli nende ühendite täheldatud antibakteriaalse aktiivsuse peamine mehhanism. Dokkimisskoorid ja ruutkeskmise hälbe (RMSD) väärtused näitasid veelgi seondumisafiinsust ja stabiilsust, toetades seda hüpoteesi. Nagu tabelis 4 näidatud, näitasid mitmed ühendid head seondumisafiinsust, kuid mõnel ühendil (nt 7, 9, 10 ja 14) olid kõrgemad dokkimisskoorid kui kaaskristalliseerunud ligandil, mis näitab, et neil võib olla tugevam interaktsioon PBP2a aktiivse saidi jääkidega. Kõige bioaktiivsemad ühendid 6 ja 13b näitasid aga teiste ligandidega võrreldes veidi madalamaid dokkimisskoore (vastavalt -5,98 ja -5,63). See viitab sellele, et kuigi dokkimisskoori saab kasutada seondumisafiinsuse ennustamiseks, mängivad antibakteriaalse aktiivsuse määramisel võtmerolli ka muud tegurid (nt ligandi stabiilsus ja molekulaarsed interaktsioonid bioloogilises keskkonnas). Tähelepanuväärne on see, et kõigi sünteesitud ühendite RMSD väärtused olid alla 2 Å, mis kinnitab, et nende dokkimispoosid on struktuurilt kooskõlas kaaskristalliseerunud ligandi sidumiskonformatsiooniga, toetades veelgi nende potentsiaali tugevate PBP2a inhibiitoritena.
Kuigi dokkimisskoorid ja RMS-väärtused pakuvad väärtuslikke ennustusi, ei ole nende dokkimistulemuste ja antimikroobse aktiivsuse vaheline korrelatsioon esmapilgul alati selge. Kuigi PBP2a inhibeerimist toetatakse tugevalt kui antimikroobset aktiivsust mõjutavat peamist tegurit, viitavad mitmed erinevused sellele, et ka muud bioloogilised omadused mängivad olulist rolli. Ühendid 6 ja 13b näitasid kõrgeimat antimikroobset aktiivsust, kusjuures nii inhibeerimistsooni läbimõõt oli 4 cm kui ka madalaimad MIC (9,7 μg/100 μL) ja MBC (78,125 μg/100 μL) väärtused, hoolimata nende madalamatest dokkimisskooridest võrreldes ühenditega 7, 9, 10 ja 14. See viitab sellele, et kuigi PBP2a inhibeerimine aitab kaasa antimikroobsele aktiivsusele, mõjutavad üldist aktiivsust ka sellised tegurid nagu lahustuvus, biosaadavus ja interaktsioonidünaamika bakteriaalses keskkonnas. Joonis 11 näitab nende dokkimispoose, mis näitab, et mõlemad ühendid, isegi suhteliselt madalate seondumisskooridega, on siiski võimelised interakteeruma PBP2a võtmejääkidega, potentsiaalselt stabiliseerides inhibeerimiskompleksi. See rõhutab, et kuigi molekulaarne dokkimine annab olulist teavet PBP2a inhibeerimise kohta, tuleb nende ühendite reaalse antimikroobse toime täielikuks mõistmiseks arvestada ka teiste bioloogiliste teguritega.
Kasutades PBP2a kristallstruktuuri (PDB ID: 4CJN), konstrueeriti metitsilliiniresistentse Staphylococcus aureus'e (MRSA) penitsilliini siduva valgu 2a (PBP2a) külge dokitud kõige aktiivsemate ühendite 6 ja 13b 2D ja 3D interaktsioonikaardid. Need kaardid võrdlevad nende ühendite interaktsioonimustreid uuesti dokitud kaas-kristalliseeritud kinasolinooni ligandiga (CCL), tuues esile peamised interaktsioonid, nagu vesiniksidemed, π-virnastamine ja ioonsed interaktsioonid.
Sarnast mustrit täheldati ühendi 7 puhul, millel oli suhteliselt kõrge dokkimisskoor (-6,32) ja sarnane inhibitsioonitsooni läbimõõt (3,9 cm) kui ühendil 10. Selle MIC (39,08 μg/100 μL) ja MBC (39,06 μg/100 μL) olid aga oluliselt kõrgemad, mis näitab, et antibakteriaalse toime avaldumiseks oli vaja suuremaid kontsentratsioone. See viitab sellele, et kuigi ühendil 7 oli dokkimisuuringutes tugev seondumisafiinsus, võivad sellised tegurid nagu biosaadavus, rakkude omastamine või muud füüsikalis-keemilised omadused piirata selle bioloogilist efektiivsust. Kuigi ühendil 7 olid bakteritsiidsed omadused, oli see bakterite kasvu pärssimisel vähem efektiivne võrreldes ühenditega 6 ja 13b.
Ühend 10 näitas dramaatilisemat erinevust, saavutades kõrgeima dokkimisskoori (-6,40), mis viitab tugevale seondumisafiinsusele PBP2a-ga. Selle inhibeerimistsooni läbimõõt (3,9 cm) oli aga võrreldav ühendiga 7 ja selle MBC (312 μg/100 μL) oli oluliselt kõrgem kui ühenditel 6, 7 ja 13b, mis viitab nõrgemale bakteritsiidsele aktiivsusele. See viitab sellele, et hoolimata headest dokkimisprognoosidest oli ühend 10 MRSA hävitamisel vähem efektiivne muude piiravate tegurite, näiteks lahustuvuse, stabiilsuse või bakteriaalse membraani halva läbilaskvuse tõttu. Need tulemused toetavad arusaama, et kuigi PBP2a inhibeerimine mängib antibakteriaalses aktiivsuses võtmerolli, ei selgita see täielikult testitud ühendite vahel täheldatud bioloogilise aktiivsuse erinevusi. Need erinevused viitavad sellele, et antibakteriaalsete mehhanismide täielikuks selgitamiseks on vaja täiendavaid eksperimentaalseid analüüse ja põhjalikke bioloogilisi hinnanguid.
Tabelis 4 ja lisaandmete failis esitatud molekulaarse dokkimise tulemused toovad esile keerulise seose dokkimisskooride ja antimikroobse aktiivsuse vahel. Kuigi ühenditel 6 ja 13b on madalamad dokkimisskoorid kui ühenditel 7, 9, 10 ja 14, on neil kõrgeim antimikroobne aktiivsus. Nende interaktsioonikaardid (näidatud joonisel 11) näitavad, et hoolimata madalamatest seondumisskooridest moodustavad nad siiski olulisi vesiniksidemeid ja π-virnastumisinteraktsioone PBP2a võtmejääkidega, mis suudavad ensüümi-inhibiitori kompleksi bioloogiliselt kasulikul viisil stabiliseerida. Vaatamata ühendite 6 ja 13b suhteliselt madalatele dokkimisskooridele viitab nende suurenenud antimikroobne aktiivsus sellele, et inhibiitori potentsiaali hindamisel tuleks dokkimisandmete kõrval arvestada ka muude omadustega, nagu lahustuvus, stabiilsus ja rakkude omastamine. See rõhutab dokkimisuuringute kombineerimise olulisust eksperimentaalse antimikroobse analüüsiga, et uute ühendite terapeutilist potentsiaali täpselt hinnata.
Need tulemused rõhutavad, et kuigi molekulaarne dokkimine on võimas vahend seondumisafiinsuse ennustamiseks ja võimalike inhibeerimismehhanismide tuvastamiseks, ei tohiks antimikroobse efektiivsuse määramisel loota ainult sellele. Molekulaarsed andmed viitavad sellele, et PBP2a inhibeerimine on antimikroobset aktiivsust mõjutav peamine tegur, kuid bioloogilise aktiivsuse muutused viitavad sellele, et terapeutilise efektiivsuse suurendamiseks tuleb optimeerida ka teisi füüsikalis-keemilisi ja farmakokineetilisi omadusi. Edasised uuringud peaksid keskenduma ühendite 7 ja 10 keemilise struktuuri optimeerimisele, et parandada biosaadavust ja rakkude omastamist, tagades, et tugevad dokkimisinteraktsioonid teisendatakse tegelikuks antimikroobseks aktiivsuseks. Edasised uuringud, sealhulgas täiendavad biotestid ja struktuuri-aktiivsuse seose (SAR) analüüs, on kriitilise tähtsusega, et paremini mõista, kuidas need ühendid toimivad PBP2a inhibiitoritena, ja töötada välja tõhusamaid antimikroobseid aineid.
3-(antratseen-9-üül)-2-tsüanoakrüloüülkloriidist 4 sünteesitud ühendid näitasid erineval määral antimikroobset aktiivsust, kusjuures mitmed ühendid näitasid metitsilliiniresistentse Staphylococcus aureuse (MRSA) olulist pärssimist. Struktuuri-aktiivsuse seose (SAR) analüüs näitas nende ühendite antimikroobse efektiivsuse aluseks olevaid peamisi struktuurilisi omadusi.
Nii akrüülnitriili kui ka antratseenrühmade olemasolu osutus antimikroobse aktiivsuse suurendamisel kriitiliseks. Akrüülnitriili väga reaktiivne nitriilrühm on vajalik bakteriaalsete valkudega interaktsioonide hõlbustamiseks, aidates seeläbi kaasa ühendi antimikroobsetele omadustele. Nii akrüülnitriili kui ka antratseeni sisaldavad ühendid näitasid järjepidevalt tugevamat antimikroobset toimet. Antratseenrühma aromaatsus stabiliseeris neid ühendeid veelgi, suurendades potentsiaalselt nende bioloogilist aktiivsust.
Heterotsükliliste ringide lisamine parandas oluliselt mitmete derivaatide antibakteriaalset efektiivsust. Eelkõige näitasid bensotiasooli derivaat 13b ja akrüülhüdrasiidi derivaat 6 kõrgeimat antibakteriaalset aktiivsust, mille inhibeerimistsoon oli ligikaudu 4 cm. Need heterotsüklilised derivaadid näitasid olulisemaid bioloogilisi efekte, mis näitab, et heterotsükliline struktuur mängib antibakteriaalsetes efektides võtmerolli. Samuti aitasid ühendite antibakteriaalsetele omadustele kaasa pürimidinetioon ühendis 9, tiopürasool ühendis 10 ja tetrasiinitsükkel ühendis 11, mis rõhutab veelgi heterotsüklilise modifikatsiooni olulisust.
Sünteesitud ühendite seast paistsid silma ühendid 6 ja 13b oma suurepärase antibakteriaalse aktiivsuse poolest. Ühendi 6 minimaalne inhibeeriv kontsentratsioon (MIC) oli 9,7 μg/100 μL ja minimaalne bakteritsiidne kontsentratsioon (MBC) oli 78,125 μg/100 μL, mis rõhutab selle suurepärast võimet elimineerida metitsilliiniresistentset Staphylococcus aureust (MRSA). Sarnaselt oli ühendil 13b 4 cm inhibeerimistsoon ning madalad MIC ja MBC väärtused, mis kinnitavad selle tugevat antibakteriaalset aktiivsust. Need tulemused rõhutavad akrüülhüdrasiidi ja bensotiasooli funktsionaalrühmade võtmerolli nende ühendite bioefektiivsuse määramisel.
Seevastu ühenditel 7, 10 ja 14 oli mõõdukas antibakteriaalne toime, kusjuures inhibitsioonitsoonid olid vahemikus 3,65 kuni 3,9 cm. Need ühendid vajasid bakterite täielikuks hävitamiseks suuremaid kontsentratsioone, mida peegeldavad nende suhteliselt kõrged MIC ja MBC väärtused. Kuigi need ühendid olid vähem aktiivsed kui ühendid 6 ja 13b, näitasid nad siiski märkimisväärset antibakteriaalset potentsiaali, mis viitab sellele, et akrüülnitriili ja antratseeni fragmentide lisamine heterotsüklilisse ringi aitab kaasa nende antibakteriaalsele toimele.
Ühenditel on erinevad toimemehhanismid, mõned omavad bakteritsiidseid omadusi ja teised bakteriostaatilist toimet. Ühendid 7, 11, 13a ja 15 on bakteritsiidsed ja vajavad bakterite täielikuks hävitamiseks madalamaid kontsentratsioone. Seevastu ühendid 6, 13b ja 14 on bakteriostaatilised ja võivad pärssida bakterite kasvu madalamates kontsentratsioonides, kuid vajavad bakterite täielikuks hävitamiseks kõrgemaid kontsentratsioone.
Üldiselt rõhutab struktuuri-aktiivsuse seose analüüs akrüülnitriili ja antratseeni fragmentide ning heterotsükliliste struktuuride sisseviimise olulisust märkimisväärse antibakteriaalse aktiivsuse saavutamiseks. Need tulemused viitavad sellele, et nende struktuurikomponentide optimeerimine ja edasiste modifikatsioonide uurimine lahustuvuse ja membraani läbilaskvuse parandamiseks võib viia tõhusamate MRSA-vastaste ravimite väljatöötamiseni.
Kõik reagendid ja lahustid puhastati ja kuivatati standardsete protseduuride abil (El Gomhouria, Egiptus). Sulamistemperatuurid määrati GallenKampi elektroonilise sulamistemperatuuride aparaadi abil ja need on esitatud ilma paranduseta. Infrapunaspektrid (IR) (cm⁻1) registreeriti Ain Shamsi ülikooli loodusteaduskonna keemiaosakonnas, kasutades kaaliumbromiidi (KBr) graanuleid Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektromeetril (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
1H NMR spektrid saadi sagedusel 300 MHz, kasutades GEMINI NMR spektromeetrit (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) ja BRUKER 300 MHz NMR spektromeetrit (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Sisemise standardina kasutati tetrametüülsilaani (TMS) koos deuteeritud dimetüülsulfoksiidiga (DMSO-d₆). NMR mõõtmised viidi läbi Kairo Ülikooli Loodusteaduste Teaduskonnas Gizas, Egiptuses. Elementanalüüs (CHN) viidi läbi Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzeriga ja saadud tulemused on arvutatud väärtustega kooskõlas.
Happe 3 (5 mmol) ja tionüülkloriidi (5 ml) segu kuumutati veevannis temperatuuril 65 °C 4 tundi. Liigne tionüülkloriid eemaldati destilleerimise teel alandatud rõhul. Saadud punane tahke aine koguti ja kasutati ilma edasise puhastamiseta. Sulamistemperatuur: 200–202 °C, saagis: 88,5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27–8,57 (m, 9H, heteroaromatiseerumine). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH3antratseen), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analüütik. Arvutatud C18H10ClNO (291,73) jaoks: C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Leitud: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Temperatuuril 0 °C lahustati ühend 4 (2 mmol, 0,7 g) veevabas dioksaanis (20 ml) ja lisati tilkhaaval hüdrasiinhüdraat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) ning segati 1 tund. Sadestunud tahke aine koguti filtrimisega ja kristalliseeriti ümber etanoolist, saades ühendi 6.
Rohelised kristallid, sulamistemperatuur 190–192 °C, saagis 69,36%; IR (KBr) ν = 3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, vahetatav), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromaatne), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Arvutatud väärtus C33H21N3O (475,53) jaoks: C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Leitud: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Lahustage ühend 4 (2 mmol, 0,7 g) 20 ml veevabas dioksaanilahuses (mis sisaldab mõnda tilka trietüülamiini), lisage fenüülhüdrasiin/2-aminopüridiin (2 mmol) ja segage toatemperatuuril vastavalt 1 ja 2 tundi. Valage reaktsioonisegu jääle või vette ja hapestage lahjendatud vesinikkloriidhappega. Filtreerige eraldunud tahke aine välja ja kristallige ümber etanoolist, et saada ühend 7, ja kristallige ümber benseenist, et saada ühend 8.
Rohelised kristallid, sulamistemperatuur 160–162 °C, saagis 77%; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, vahetatav), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromaatne); Arvutatud väärtus C42H26N4O2 (618,68) jaoks: C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Leitud: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
Ühend 4 (2 mmol, 0,7 g) lahustati 20 ml veevabas dioksaanilahuses (mis sisaldas paar tilka trietüülamiini), lisati 2-aminopüridiin (2 mmol, 0,25 g) ja segu segati toatemperatuuril 2 tundi. Reaktsioonisegu valati jäävette ja hapestati lahjendatud vesinikkloriidhappega. Tekkinud sade filtriti välja ja kristalliti ümber benseenist, saades ühendi 8 rohelised kristallid sulamistemperatuuriga 146–148 °C ja saagisega 82,5%; infrapunaspekter (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, vahetatav), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36–8,55 (m, 13H, heteroaromatiseerumine); Arvutatud C23H15N3O (348,38) jaoks: C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Leitud: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Ühend 4 (2 mmol, 0,7 g) lahustati 20 ml kuivas dioksaanis (mis sisaldas paar tilka trietüülamiini ja 2 mmol tiouurea/semikarbasiidi) ja kuumutati tagasijooksul 2 tundi. Lahusti aurustati vaakumis. Jääk kristalliti ümber dioksaanist, saades segu.