Dėkojame, kad apsilankėte nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Kad patirtis būtų geriausia, rekomenduojame naudoti naujausią naršyklės versiją (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Be to, siekiant užtikrinti nuolatinį palaikymą, šioje svetainėje nebus stilių ar „JavaScript“.
Buvo susintetintas sintonas 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloilchloridas 4, kuris, reaguodamas su įvairiais azoto nukleofilais, buvo panaudotas įvairių labai aktyvių heterociklinių junginių sintezei. Kiekvieno susintetinto heterociklinio junginio struktūra buvo kruopščiai apibūdinta naudojant spektroskopinę ir elementinę analizę. Dešimt iš trylikos naujų heterociklinių junginių pasižymėjo daug žadamu veiksmingumu prieš daugeliui vaistų atsparias bakterijas (MRSA). Iš jų junginiai 6, 7, 10, 13b ir 14 pasižymėjo didžiausiu antibakteriniu aktyvumu, o slopinimo zonos buvo artimos 4 cm. Tačiau molekulinio doko tyrimai parodė, kad junginiai turėjo skirtingą prisijungimo afinitetą prie peniciliną surišančio baltymo 2a (PBP2a), kuris yra pagrindinis MRSA atsparumo taikinys. Kai kurie junginiai, tokie kaip 7, 10 ir 14, pasižymėjo didesniu prisijungimo afinitetu ir sąveikos stabilumu aktyviojoje PBP2a vietoje, palyginti su bendrai kristalizuotu chinazolinono ligandu. Priešingai, junginiai 6 ir 13b pasižymėjo mažesniais sujungimo balais, tačiau vis tiek pasižymėjo reikšmingu antibakteriniu aktyvumu, o junginys 6 pasižymėjo mažiausiomis MIK (9,7 μg/100 μL) ir MBC (78,125 μg/100 μL) vertėmis. Sujungimo analizė atskleidė pagrindines sąveikas, įskaitant vandenilinius ryšius ir π-kaupimą, ypač su tokiais likučiais kaip Lys 273, Lys 316 ir Arg 298, kurie, kaip nustatyta, sąveikauja su bendrai kristalizuotu ligandu PBP2a kristalinėje struktūroje. Šie likučiai yra būtini PBP2a fermentiniam aktyvumui. Šie rezultatai rodo, kad susintetinti junginiai gali būti perspektyvūs vaistai nuo MRSA, o tai pabrėžia molekulinio sujungimo su biologiniais tyrimais derinimo svarbą siekiant nustatyti veiksmingus terapinius kandidatus.
Pirmaisiais šio amžiaus metais moksliniai tyrimai daugiausia buvo skirti naujų, paprastų procedūrų ir metodų, skirtų kelių novatoriškų heterociklinių sistemų, turinčių antimikrobinį aktyvumą, sintezei, naudojant lengvai prieinamas pradines medžiagas, kūrimui.
Akrilnitrilo fragmentai laikomi svarbiomis pradinėmis medžiagomis daugelio žymių heterociklinių sistemų sintezei, nes jie yra labai reaktyvūs junginiai. Be to, 2-cianoakriloilchlorido dariniai pastaraisiais metais buvo plačiai naudojami kuriant ir sintezuojant gyvybiškai svarbius produktus, tokius kaip vaistų tarpiniai produktai1,2,3, anti-ŽIV, antivirusinių, priešvėžinių, antibakterinių, antidepresantų ir antioksidacinių medžiagų pirmtakai4,5,6,7,8,9,10. Pastaruoju metu antraceno ir jo darinių biologinis veiksmingumas, įskaitant jų antibiotines, priešvėžines11,12, antibakterines13,14,15 ir insekticidines savybes16,17, sulaukė didelio dėmesio18,19,20,21. Antimikrobiniai junginiai, kurių sudėtyje yra akrilnitrilo ir antraceno fragmentų, parodyti 1 ir 2 paveiksluose.
Pasak Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) (2021 m.), atsparumas antimikrobinėms medžiagoms (AMR) yra pasaulinė grėsmė sveikatai ir vystymuisi22,23,24,25. Pacientų negalima išgydyti, todėl jie ilgiau guli ligoninėse ir reikia brangesnių vaistų, taip pat padidėja mirtingumas ir negalia. Veiksmingų antimikrobinių medžiagų trūkumas dažnai lemia įvairių infekcijų gydymo nesėkmę, ypač chemoterapijos ir didelių operacijų metu.
Remiantis 2024 m. Pasaulio sveikatos organizacijos ataskaita, meticilinui atsparus Staphylococcus aureus (MRSA) ir E. coli yra įtraukti į prioritetinių patogenų sąrašą. Abi bakterijos yra atsparios daugeliui antibiotikų, todėl jos yra sunkiai gydomos ir kontroliuojamos infekcijos, todėl reikia skubiai sukurti naujus ir veiksmingus antimikrobinius junginius šiai problemai spręsti. Antracenas ir jo dariniai yra gerai žinomi antimikrobiniai vaistai, galintys veikti tiek gramteigiamas, tiek gramneigiamas bakterijas. Šio tyrimo tikslas – susintetinti naują darinį, kuris galėtų kovoti su šiais sveikatai pavojingais patogenais.
Pasaulio sveikatos organizacija (PSO) praneša, kad daugelis bakterinių patogenų yra atsparūs daugeliui antibiotikų, įskaitant meticilinui atsparų Staphylococcus aureus (MRSA) – dažną infekcijų priežastį bendruomenėje ir sveikatos priežiūros įstaigose. Pranešama, kad pacientų, sergančių MRSA infekcijomis, mirtingumas yra 64 % didesnis nei tų, kurie serga vaistams jautriomis infekcijomis. Be to, E. coli kelia pasaulinę riziką, nes paskutinė gynybos linija nuo karbapenemams atsparių enterobakterijų (t. y. E. coli) yra kolistinas, tačiau neseniai keliose šalyse buvo pranešta apie kolistinui atsparias bakterijas. 22, 23, 24, 25
Todėl, remiantis Pasaulio sveikatos organizacijos pasauliniu veiksmų planu dėl atsparumo antimikrobiniams vaistams26, reikia skubiai atrasti ir susintetinti naujų antimikrobinių medžiagų. Didelis antraceno ir akrilnitrilo, kaip antibakterinių27, priešgrybelinių28, priešvėžinių29 ir antioksidacinių30 medžiagų, potencialas buvo pabrėžtas daugelyje paskelbtų straipsnių. Šiuo atžvilgiu galima teigti, kad šie dariniai yra geri kandidatai naudoti prieš meticilinui atsparų Staphylococcus aureus (MRSA).
Ankstesnės literatūros apžvalgos paskatino mus susintetinti naujus šių klasių darinius. Todėl šio tyrimo tikslas buvo sukurti naujas heterociklines sistemas, turinčias antraceno ir akrilnitrilo fragmentus, įvertinti jų antimikrobinį ir antibakterinį veiksmingumą bei ištirti jų galimą jungimosi sąveiką su peniciliną surišančiu baltymu 2a (PBP2a) molekulinio dokavimo būdu. Remiantis ankstesniais tyrimais, šiame tyrime tęsiama heterociklinių sistemų sintezė, biologinis vertinimas ir kompiuterinė analizė, siekiant nustatyti perspektyvius antimeticilinui atsparius Staphylococcus aureus (MRSA) agentus, pasižyminčius stipriu PBP2a slopinamuoju aktyvumu31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Mūsų dabartiniai tyrimai sutelkti į naujų heterociklinių junginių, turinčių antraceno ir akrilnitrilo fragmentus, sintezę ir antimikrobinį vertinimą. 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloilchloridas 4 buvo pagamintas ir panaudotas kaip statybinis blokas naujų heterociklinių sistemų konstravimui.
Junginio 4 struktūra buvo nustatyta naudojant spektrinius duomenis. 1H-NMR spektras parodė CH= buvimą ties 9,26 ppm, IR spektras parodė karbonilo grupės buvimą ties 1737 cm−1 ir ciano grupės buvimą ties 2224 cm−1, o 13C NMR spektras taip pat patvirtino siūlomą struktūrą (žr. eksperimentinę dalį).
3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloilchlorido 4 sintezė buvo atlikta hidrolizuojant aromatines grupes 250, 41, 42, 53 etanoliniu natrio hidroksido tirpalu (10 %), gaunant rūgštis 354, 45, 56, kurios vėliau buvo paveiktos tionilo chloridu vandens vonioje, gaunant akriloilchlorido darinį 4 dideliu derliumi (88,5 %), kaip parodyta 3 paveiksle.
Siekiant sukurti naujus heterociklinius junginius, pasižyminčius laukiamu antibakteriniu veiksmingumu, buvo atlikta acilchlorido 4 reakcija su įvairiais dinukleofilais.
Rūgšties chloridas 4 buvo veikiamas hidrazino hidratu 0° temperatūroje vieną valandą. Deja, pirazolono 5 negauta. Produktas buvo akrilamido darinys, kurio struktūra patvirtinta spektriniais duomenimis. Jo IR spektre buvo matomos C=O absorbcijos juostos ties 1720 cm−1, C≡N ties 2228 cm−1 ir NH ties 3424 cm−1. 1H-NMR spektre buvo matomas olefino protonų ir NH protonų mainų singletinis signalas ties 9,3 ppm (žr. eksperimentinę dalį).
Du moliai rūgšties chlorido 4 buvo sureaguoti su vienu moliu fenilhidrazino, gaunant N-fenilakriloilhidrazino darinį 7 geru išeiga (77 %) (5 pav.). Junginio 7 struktūra buvo patvirtinta infraraudonųjų spindulių spektroskopijos duomenimis, kurie parodė dviejų C=O grupių absorbciją ties 1691 ir 1671 cm−1, CN grupės absorbciją ties 2222 cm−1 ir NH grupės absorbciją ties 3245 cm−1, o jo 1H-NMR spektras parodė CH grupę ties 9,15 ir 8,81 ppm ir NH protoną ties 10,88 ppm (žr. eksperimentinę dalį).
Šiame tyrime buvo tirta acilchlorido 4 reakcija su 1,3-dinukleofilais. Acilchlorido 4 veikimas 2-aminopiridinu 1,4-dioksane su TEA kaip baze kambario temperatūroje davė akrilamido darinį 8 (5 pav.), kurio struktūra buvo identifikuota naudojant spektrinius duomenis. IR spektruose buvo matomos ciano tempimo absorbcijos juostos ties 2222 cm−1, NH₃ ties 3148 cm−1 ir karbonilo ties 1665 cm−1; 1H BMR spektrai patvirtino olefino protonų buvimą ties 9,14 ppm (žr. eksperimentinę dalį).
Junginys 4 reaguoja su tiourėja ir susidaro pirimidintionas 9; junginys 4 reaguoja su tiosemikarbazidu ir susidaro tiopirazolo darinys 10 (5 pav.). Junginių 9 ir 10 struktūros buvo patvirtintos spektrine ir elementine analize (žr. eksperimentinę dalį).
Tetrazin-3-tiolis 11 buvo gautas junginiui 4 reaguojant su tiokarbazidu kaip 1,4-dinukleofilui (5 pav.), o jo struktūra buvo patvirtinta spektroskopija ir elementų analize. Infraraudonųjų spindulių spektre C=N jungtis atsirado ties 1619 cm−1. Tuo pačiu metu jo 1H-NMR spektre išliko daugiaplokštės aromatinių protonų signalai ties 7,78–8,66 ppm ir SH protonų signalai ties 3,31 ppm (žr. eksperimentinę dalį).
Akriloilchloridas 4 reaguoja su 1,2-diaminobenzenu, 2-aminotiofenoliu, antranilo rūgštimi, 1,2-diaminoetanu ir etanolaminu kaip 1,4-dinukleofilai ir sudaro naujas heterociklines sistemas (13–16).
Šių naujai susintetintų junginių struktūros buvo patvirtintos spektrine ir elementine analize (žr. eksperimentinę dalį). 2-hidroksifenilakrilamido darinys 17 buvo gautas reaguojant su 2-aminofenoliu kaip dinukleofilu (6 pav.), o jo struktūra buvo patvirtinta spektrine ir elementine analize. Junginio 17 infraraudonųjų spindulių spektras parodė, kad C=O ir C≡N signalai atsirado atitinkamai ties 1681 ir 2226 cm−1. Tuo tarpu jo 1H-NMR spektre išliko olefino protono singletinis signalas ties 9,19 ppm, o OH protonas atsirado ties 9,82 ppm (žr. eksperimentinę dalį).
Rūgšties chlorido 4 reakcija su vienu nukleofilu (pvz., etilaminu, 4-toluidinu ir 4-metoksianilinu) dioksane kaip tirpiklyje ir TEA kaip katalizatoriumi kambario temperatūroje davė žalius kristalinius akrilamido darinius 18, 19a ir 19b. Junginių 18, 19a ir 19b elementų ir spektriniai duomenys patvirtino šių darinių struktūras (žr. eksperimentinę dalį) (7 pav.).
Ištyrus įvairių sintetinių junginių antimikrobinį aktyvumą, gauti skirtingi rezultatai, kaip parodyta 1 lentelėje ir 8 paveiksle (žr. paveikslo failą). Visi tirti junginiai pasižymėjo skirtingu slopinimo laipsniu prieš gramteigiamą bakteriją MRSA, o gramneigiama bakterija Escherichia coli pasižymėjo visišku atsparumu visiems junginiams. Tiriamus junginius galima suskirstyti į tris kategorijas pagal slopinimo zonos prieš MRSA skersmenį. Pirmoji kategorija buvo aktyviausia ir ją sudarė penki junginiai (6, 7, 10, 13b ir 14). Šių junginių slopinimo zonos skersmuo buvo artimas 4 cm; aktyviausi šios kategorijos junginiai buvo 6 ir 13b junginiai. Antroji kategorija buvo vidutiniškai aktyvi ir ją sudarė dar penki junginiai (11, 13a, 15, 18 ir 19a). Šių junginių slopinimo zona svyravo nuo 3,3 iki 3,65 cm, o 11 junginys pasižymėjo didžiausia slopinimo zona – 3,65 ± 0,1 cm. Kita vertus, paskutinėje grupėje buvo trys junginiai (8, 17 ir 19b), pasižymintys mažiausiu antimikrobiniu aktyvumu (mažesniu nei 3 cm). 9 paveiksle parodytas skirtingų slopinimo zonų pasiskirstymas.
Tolesnis tirtų junginių antimikrobinio aktyvumo tyrimas apėmė kiekvieno junginio MIK ir MBK nustatymą. Rezultatai šiek tiek skyrėsi (kaip parodyta 2, 3 lentelėse ir 10 paveiksle (žr. paveikslo failą)), o 7, 11, 13a ir 15 junginiai, matyt, buvo perkvalifikuoti kaip geriausi junginiai. Jie turėjo tas pačias mažiausias MIK ir MBK vertes (39,06 μg/100 μL). Nors 7 ir 8 junginių MIK vertės buvo mažesnės (9,7 μg/100 μL), jų MBK vertės buvo didesnės (78,125 μg/100 μL). Todėl jie buvo laikomi silpnesniais nei anksčiau minėti junginiai. Tačiau šie šeši junginiai buvo veiksmingiausi iš tirtųjų, nes jų MBK vertės buvo mažesnės nei 100 μg/100 μL.
Junginiai (10, 14, 18 ir 19b) buvo mažiau aktyvūs, palyginti su kitais tirtais junginiais, nes jų MBC vertės svyravo nuo 156 iki 312 μg/100 μL. Kita vertus, junginiai (8, 17 ir 19a) buvo mažiausiai perspektyvūs, nes jų MBC vertės buvo didžiausios (atitinkamai 625, 625 ir 1250 μg/100 μL).
Galiausiai, pagal 3 lentelėje pateiktus tolerancijos lygius, tirtus junginius galima suskirstyti į dvi kategorijas pagal jų veikimo būdą: junginius, pasižyminčius baktericidiniu poveikiu (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b), ir junginius, pasižyminčius antibakteriniu poveikiu (6, 13b, 14, 17, 19a). Iš jų pirmenybė teikiama junginiams 7, 11, 13a ir 15, kurie pasižymi naikinamuoju aktyvumu esant labai mažai koncentracijai (39,06 μg/100 μL).
Dešimt iš trylikos tirtų junginių parodė potencialą prieš antibiotikams atsparų meticilinui atsparų Staphylococcus aureus (MRSA). Todėl rekomenduojama atlikti tolesnį tyrimą su daugiau antibiotikams atsparių patogenų (ypač vietinių izoliatų, apimančių patogenines gramteigiamas ir gramneigiamas bakterijas) ir patogenines mieles, taip pat atlikti kiekvieno junginio citotoksinius tyrimus, siekiant įvertinti jo saugumą.
Molekulinio prijungimo tyrimai buvo atlikti siekiant įvertinti susintetintų junginių, kaip peniciliną surišančio baltymo 2a (PBP2a) inhibitorių, potencialą meticilinui atsparaus Staphylococcus aureus (MRSA) bakterijose. PBP2a yra pagrindinis fermentas, dalyvaujantis bakterijų ląstelės sienelės biosintezėje, o šio fermento slopinimas sutrikdo ląstelės sienelės formavimąsi, galiausiai sukeldamas bakterijų lizę ir ląstelių žūtį1. Prijungimo rezultatai pateikti 4 lentelėje ir išsamiau aprašyti papildomame duomenų faile, o rezultatai rodo, kad keli junginiai pasižymėjo stipriu prisijungimo prie PBP2a afinitetu, ypač pagrindiniai aktyviosios srities likučiai, tokie kaip Lys 273, Lys 316 ir Arg 298. Sąveikos, įskaitant vandenilinius ryšius ir π-stekingą, buvo labai panašios į bendrai kristalizuoto chinazolinono ligando (CCL) sąveikas, o tai rodo šių junginių, kaip stiprių inhibitorių, potencialą.
Molekulinio sujungimo duomenys kartu su kitais skaičiavimo parametrais aiškiai parodė, kad PBP2a slopinimas buvo pagrindinis mechanizmas, atsakingas už pastebėtą šių junginių antibakterinį aktyvumą. Sujungimo balai ir vidutinės kvadratinės nuokrypos (RMSD) vertės dar labiau atskleidė sujungimo afinitetą ir stabilumą, patvirtindamos šią hipotezę. Kaip parodyta 4 lentelėje, nors keli junginiai pasižymėjo geru sujungimo afinitetu, kai kurie junginiai (pvz., 7, 9, 10 ir 14) turėjo aukštesnius sujungimo balus nei bendrai kristalizuotas ligandas, o tai rodo, kad jie gali stipriau sąveikauti su PBP2a aktyviosios srities liekanomis. Tačiau bioaktyviausi junginiai 6 ir 13b parodė šiek tiek mažesnius sujungimo balus (atitinkamai -5,98 ir -5,63), palyginti su kitais ligandais. Tai rodo, kad nors sujungimo balai gali būti naudojami sujungimo afinitetui prognozuoti, kiti veiksniai (pvz., ligando stabilumas ir molekulinė sąveika biologinėje aplinkoje) taip pat vaidina svarbų vaidmenį nustatant antibakterinį aktyvumą. Pažymėtina, kad visų susintetintų junginių RMSD vertės buvo mažesnės nei 2 Å, o tai patvirtina, kad jų sujungimo pozos struktūriškai atitinka bendrai kristalizuoto ligando surišimo konformaciją, dar labiau patvirtindamos jų, kaip stiprių PBP2a inhibitorių, potencialą.
Nors sujungimo balai ir RMS vertės suteikia vertingų prognozių, koreliacija tarp šių sujungimo rezultatų ir antimikrobinio aktyvumo ne visada aiški iš pirmo žvilgsnio. Nors PBP2a slopinimas yra tvirtai pagrįstas kaip pagrindinis veiksnys, turintis įtakos antimikrobiniam aktyvumui, keli skirtumai rodo, kad svarbų vaidmenį atlieka ir kitos biologinės savybės. Junginiai 6 ir 13b pasižymėjo didžiausiu antimikrobiniu aktyvumu, jų slopinimo zonos skersmuo buvo 4 cm, o MSK (9,7 μg/100 μL) ir MBC (78,125 μg/100 μL) vertės buvo mažiausios, nepaisant mažesnių sujungimo balų, palyginti su junginiais 7, 9, 10 ir 14. Tai rodo, kad nors PBP2a slopinimas prisideda prie antimikrobinio aktyvumo, tokie veiksniai kaip tirpumas, biologinis prieinamumas ir sąveikos dinamika bakterijų aplinkoje taip pat turi įtakos bendram aktyvumui. 11 paveiksle parodytos jų sujungimo pozos, rodančios, kad abu junginiai, net ir turintys santykinai mažus sujungimo balus, vis tiek gali sąveikauti su pagrindiniais PBP2a likučiais, potencialiai stabilizuodami slopinimo kompleksą. Tai pabrėžia, kad nors molekulinis dokas suteikia svarbių įžvalgų apie PBP2a slopinimą, norint visapusiškai suprasti šių junginių antimikrobinį poveikį realiame pasaulyje, reikia atsižvelgti į kitus biologinius veiksnius.
Naudojant PBP2a kristalinę struktūrą (PDB ID: 4CJN), buvo sudaryti aktyviausių junginių 6 ir 13b, sujungtų su meticilinui atsparaus Staphylococcus aureus (MRSA) peniciliną surišančiu baltymu 2a (PBP2a), 2D ir 3D sąveikos žemėlapiai. Šiuose žemėlapiuose palyginami šių junginių sąveikos modeliai su pakartotinai sujungtu bendrai kristalizuotu chinazolinono ligandu (CCL), pabrėžiant pagrindines sąveikas, tokias kaip vandeniliniai ryšiai, π-kaupimas ir joninės sąveikos.
Panašus modelis pastebėtas ir su 7 junginiu, kuris parodė santykinai aukštą prisijungimo balą (-6,32) ir panašų slopinimo zonos skersmenį (3,9 cm) kaip ir 10 junginys. Tačiau jo MIK (39,08 μg/100 μL) ir MBC (39,06 μg/100 μL) buvo žymiai didesnės, o tai rodo, kad norint parodyti antibakterinį poveikį, reikėjo didesnės koncentracijos. Tai rodo, kad nors 7 junginys prisijungimo tyrimuose parodė stiprų prisijungimo afinitetą, tokie veiksniai kaip biologinis prieinamumas, ląstelių įsisavinimas ar kitos fizikocheminės savybės gali riboti jo biologinį veiksmingumą. Nors 7 junginys pasižymėjo baktericidinėmis savybėmis, jis buvo mažiau veiksmingas slopinant bakterijų augimą, palyginti su 6 ir 13b junginiais.
10 junginys parodė ryškesnį skirtumą – jo prisijungimo balas buvo didžiausias (-6,40), o tai rodo stiprų prisijungimo prie PBP2a afinitetą. Tačiau jo slopinimo zonos skersmuo (3,9 cm) buvo panašus į 7 junginio, o jo MBC (312 μg/100 μL) buvo žymiai didesnis nei 6, 7 ir 13b junginių, o tai rodo silpnesnį baktericidinį aktyvumą. Tai rodo, kad nepaisant gerų prisijungimo prognozių, 10 junginys buvo mažiau veiksmingas naikinant MRSA dėl kitų ribojančių veiksnių, tokių kaip tirpumas, stabilumas ar prastas bakterijų membranos pralaidumas. Šie rezultatai patvirtina supratimą, kad nors PBP2a slopinimas atlieka pagrindinį vaidmenį antibakteriniame aktyvume, jis nevisiškai paaiškina biologinio aktyvumo skirtumus, pastebėtus tarp tirtų junginių. Šie skirtumai rodo, kad norint visiškai išaiškinti susijusius antibakterinius mechanizmus, reikia atlikti tolesnes eksperimentines analizes ir išsamius biologinius vertinimus.
4 lentelėje ir papildomame duomenų faile pateikti molekulinio sujungimo rezultatai pabrėžia sudėtingą ryšį tarp sujungimo balų ir antimikrobinio aktyvumo. Nors junginiai 6 ir 13b turi mažesnius sujungimo balus nei junginiai 7, 9, 10 ir 14, jie pasižymi didžiausiu antimikrobiniu aktyvumu. Jų sąveikos žemėlapiai (pateikti 11 paveiksle) rodo, kad nepaisant mažesnių sujungimo balų, jie vis tiek sudaro reikšmingas vandenilines jungtis ir π-stekavimo sąveikas su pagrindiniais PBP2a likučiais, kurie gali stabilizuoti fermento ir inhibitoriaus kompleksą biologiškai naudingu būdu. Nepaisant santykinai mažų junginių 6 ir 13b sujungimo balų, padidėjęs jų antimikrobinis aktyvumas rodo, kad vertinant inhibitoriaus potencialą, kartu su sujungimo duomenimis reikėtų atsižvelgti ir į kitas savybes, tokias kaip tirpumas, stabilumas ir ląstelių įsisavinimas. Tai pabrėžia, kaip svarbu derinti sujungimo tyrimus su eksperimentine antimikrobine analize, siekiant tiksliai įvertinti naujų junginių terapinį potencialą.
Šie rezultatai rodo, kad nors molekulinis prijungimas yra galinga priemonė prognozuojant prisijungimo afinitetą ir nustatant galimus slopinimo mechanizmus, ja nereikėtų remtis vien siekiant nustatyti antimikrobinį veiksmingumą. Molekuliniai duomenys rodo, kad PBP2a slopinimas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos antimikrobiniam aktyvumui, tačiau biologinio aktyvumo pokyčiai rodo, kad siekiant padidinti terapinį veiksmingumą, reikia optimizuoti kitas fizikochemines ir farmakokinetines savybes. Būsimuose tyrimuose reikėtų sutelkti dėmesį į 7 ir 10 junginių cheminės struktūros optimizavimą, siekiant pagerinti biologinį prieinamumą ir ląstelių įsisavinimą, užtikrinant, kad stiprios prijungimo sąveikos būtų paverstos faktiniu antimikrobiniu aktyvumu. Tolesni tyrimai, įskaitant papildomus biologinius tyrimus ir struktūros ir aktyvumo ryšio (SAR) analizę, bus labai svarbūs norint geriau suprasti, kaip šie junginiai veikia kaip PBP2a inhibitoriai, ir sukurti veiksmingesnes antimikrobines medžiagas.
Iš 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloilchlorido 4 susintetinti junginiai pasižymėjo skirtingu antimikrobinio aktyvumo laipsniu, o keli junginiai reikšmingai slopino meticilinui atsparų Staphylococcus aureus (MRSA). Struktūros ir aktyvumo ryšio (SAR) analizė atskleidė pagrindines struktūrines ypatybes, lemiančias šių junginių antimikrobinį veiksmingumą.
Akrilnitrilo ir antraceno grupių buvimas pasirodė esąs labai svarbus antimikrobinio aktyvumo stiprinimui. Labai reaktyvi nitrilo grupė akrilnitrile yra būtina norint palengvinti sąveiką su bakterijų baltymais, taip prisidedant prie junginio antimikrobinių savybių. Junginiai, kurių sudėtyje yra ir akrilnitrilo, ir antraceno, nuolat demonstravo stipresnį antimikrobinį poveikį. Antraceno grupės aromatingumas dar labiau stabilizavo šiuos junginius, potencialiai sustiprindamas jų biologinį aktyvumą.
Įvedus heterociklinius žiedus, kelių darinių antibakterinis veiksmingumas žymiai pagerėjo. Visų pirma, benzotiazolo darinys 13b ir akrilhidrazido darinys 6 pasižymėjo didžiausiu antibakteriniu aktyvumu, kurio slopinimo zona buvo maždaug 4 cm. Šie heterocikliniai dariniai pasižymėjo reikšmingesniu biologiniu poveikiu, rodančiu, kad heterociklinė struktūra vaidina pagrindinį vaidmenį antibakteriniame poveikyje. Panašiai pirimidinitionas junginyje 9, tiopirazolas junginyje 10 ir tetrazino žiedas junginyje 11 prisidėjo prie junginių antibakterinių savybių, dar labiau pabrėždami heterociklinės modifikacijos svarbą.
Iš susintetintų junginių 6 ir 13b išsiskyrė puikiu antibakteriniu aktyvumu. Junginio 6 minimali slopinamoji koncentracija (MSK) buvo 9,7 μg/100 μL, o minimali baktericidinė koncentracija (MBK) – 78,125 μg/100 μL, o tai rodo puikų jo gebėjimą pašalinti meticilinui atsparų Staphylococcus aureus (MRSA). Panašiai junginys 13b turėjo 4 cm slopinimo zoną ir mažas MSK bei MKB vertes, patvirtinančias jo stiprų antibakterinį aktyvumą. Šie rezultatai pabrėžia pagrindinį akrilohidrazido ir benzotiazolo funkcinių grupių vaidmenį nustatant šių junginių biologinį veiksmingumą.
Tuo tarpu junginiai 7, 10 ir 14 pasižymėjo vidutiniu antibakteriniu aktyvumu, o slopinimo zonos svyravo nuo 3,65 iki 3,9 cm³. Šiems junginiams reikėjo didesnės koncentracijos, kad bakterijos būtų visiškai sunaikintos, ką rodo jų santykinai didelės MIK ir MBC vertės. Nors šie junginiai buvo mažiau aktyvūs nei junginiai 6 ir 13b, jie vis tiek pasižymėjo reikšmingu antibakteriniu potencialu, o tai rodo, kad akrilnitrilo ir antraceno fragmentų įterpimas į heterociklinį žiedą prisideda prie jų antibakterinio poveikio.
Junginiai pasižymi skirtingais veikimo būdais: vieni pasižymi baktericidinėmis savybėmis, kiti – bakteriostatiniu poveikiu. 7, 11, 13a ir 15 junginiai yra baktericidiniai ir jiems reikia mažesnės koncentracijos, kad bakterijos būtų visiškai sunaikintos. Tuo tarpu 6, 13b ir 14 junginiai yra bakteriostatiniai ir gali slopinti bakterijų augimą esant mažesnėms koncentracijoms, tačiau norint visiškai sunaikinti bakterijas, reikia didesnės koncentracijos.
Apskritai struktūros ir aktyvumo ryšio analizė pabrėžia akrilnitrilo ir antraceno fragmentų bei heterociklinių struktūrų įvedimo svarbą siekiant reikšmingo antibakterinio aktyvumo. Šie rezultatai rodo, kad šių struktūrinių komponentų optimizavimas ir tolesnių modifikacijų, skirtų tirpumui ir membranos pralaidumui pagerinti, tyrimas gali padėti sukurti veiksmingesnius vaistus nuo MRSA.
Visi reagentai ir tirpikliai buvo išgryninti ir išdžiovinti naudojant standartines procedūras (El Gomhouria, Egiptas). Lydymosi temperatūros buvo nustatytos naudojant „GallenKamp“ elektroninį lydymosi temperatūros aparatą ir pateiktos be korekcijos. Infraraudonųjų spindulių (IR) spektrai (cm⁻¹) buvo užfiksuoti Ain Shamso universiteto Gamtos mokslų fakulteto Chemijos katedroje, naudojant kalio bromido (KBr) granules „Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR“ spektrometru („Thermo Fisher Scientific“, Waltham, MA, JAV).
1H BMR spektrai buvo gauti 300 MHz dažniu, naudojant GEMINI BMR spektrometrą („GEMINI Manufacturing & Engineering“, Anaheimas, Kalifornija, JAV) ir BRUKER 300 MHz BMR spektrometrą („BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.“). Vidiniu etalonu buvo naudojamas tetrametilsilanas (TMS) su deuterizuotu dimetilsulfoksidu (DMSO-d₆). BMR matavimai buvo atlikti Kairo universiteto Gamtos mokslų fakultete Gizoje, Egipte. Elementinė analizė (CHN) buvo atlikta naudojant „Perkin-Elmer 2400“ elementų analizatorių, ir gauti rezultatai gerai atitinka apskaičiuotas vertes.
Rūgšties 3 (5 mmol) ir tionilo chlorido (5 ml) mišinys buvo kaitinamas vandens vonioje 65 °C temperatūroje 4 val. Tionilo chlorido perteklius buvo pašalintas distiliuojant sumažintame slėgyje. Gauta raudona kieta medžiaga buvo surinkta ir naudojama be papildomo gryninimo. Lydymosi temperatūra: 200–202 °C, išeiga: 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, heteroaromatizacija). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₃antracenas), 155,34, 114,93 (CH₃=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analizės rezultatai. Apskaičiuota C18H10ClNO₃ (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Rasta: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66 %.
0 °C temperatūroje 4 (2 mmol, 0,7 g) buvo ištirpintas bevandeniame dioksane (20 ml) ir lašinamas hidrazino hidratas (2 mmol, 0,16 ml, 80 %) ir maišomas 1 val. Iškritusi kieta medžiaga buvo surinkta filtruojant ir perkristalizuota iš etanolio, gaunant 6 junginį.
Žali kristalai, lydymosi temperatūra 190–192 °C, išeiga 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, keičiamas), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromatinis), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Apskaičiuota C33H21N3O (475,53) vertė: C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Rasta: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05 %.
Ištirpinkite 4 (2 mmol, 0,7 g) 20 ml bevandenio dioksano tirpalo (kuriame yra keli lašai trietilamino), įpilkite fenilhidrazino/2-aminopiridino (2 mmol) ir maišykite kambario temperatūroje atitinkamai 1 ir 2 val. Reakcijos mišinį supilkite į ledą arba vandenį ir parūgštinkite praskiesta druskos rūgštimi. Nufiltruokite atsiskyrusią kietą medžiagą ir perkristalinkite iš etanolio, kad gautumėte 7, ir perkristalinkite iš benzeno, kad gautumėte 8.
Žali kristalai, lydymosi temperatūra 160–162 ℃, išeiga 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, keičiamas), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromatinis); Apskaičiuota C42H26N4O2 (618,68) vertė: C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Rasta: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91 %.
4 (2 mmol, 0,7 g) buvo ištirpinta 20 ml bevandenio dioksano tirpalo (kuriame buvo keli lašai trietilamino), pridėta 2-aminopiridino (2 mmol, 0,25 g) ir mišinys maišomas kambario temperatūroje 2 val. Reakcijos mišinys supiltas į ledinį vandenį ir parūgštintas praskiesta druskos rūgštimi. Susidariusios nuosėdos nufiltruotos ir perkristalintos iš benzeno, gaunant žalius 8 kristalus, kurių lydymosi temperatūra 146–148 °C, o išeiga – 82,5 %; infraraudonųjų spindulių spektras (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, keičiamas), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36–8,55 (m, 13H, heteroaromatizacija); Apskaičiuota C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Rasta: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36 %.
4 junginys (2 mmol, 0,7 g) buvo ištirpintas 20 ml sauso dioksano (kuriame buvo keli lašai trietilamino ir 2 mmol tiourėjos/semikarbazido) ir 2 valandas kaitinamas su grįžtamuoju šaldytuvu. Tirpiklis išgarintas vakuume. Likutis perkristalintas iš dioksano, gaunant mišinį.