Paldies, ka apmeklējāt vietni nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot jaunāko pārlūkprogrammas versiju (vai izslēgt saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Turklāt, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, šajā vietnē netiks iekļauti stili vai JavaScript.
Sintons 3-(antracēn-9-il)-2-cianoakriloilhlorīds 4 tika sintezēts un izmantots dažādu ļoti aktīvu heterociklisku savienojumu sintezēšanai, reaģējot ar dažādiem slāpekļa nukleofiliem. Katra sintezētā heterocikliskā savienojuma struktūra tika rūpīgi raksturota, izmantojot spektroskopisko un elementu analīzi. Desmit no trīspadsmit jaunajiem heterocikliskajiem savienojumiem uzrādīja iepriecinošu efektivitāti pret multirezistentām baktērijām (MRSA). Starp tiem savienojumi 6, 7, 10, 13b un 14 uzrādīja visaugstāko antibakteriālo aktivitāti ar inhibīcijas zonām tuvu 4 cm. Tomēr molekulārās dokošanas pētījumi atklāja, ka savienojumiem ir atšķirīga saistīšanās afinitāte ar penicilīnu saistošo proteīnu 2a (PBP2a), kas ir galvenais MRSA rezistences mērķis. Dažiem savienojumiem, piemēram, 7, 10 un 14, bija augstāka saistīšanās afinitāte un mijiedarbības stabilitāte PBP2a aktīvajā centrā, salīdzinot ar kopkristalizēto hinazolinona ligandu. Turpretī savienojumiem 6 un 13b bija zemāki dokošanas rādītāji, taču tie joprojām uzrādīja ievērojamu antibakteriālu aktivitāti, un savienojumam 6 bija viszemākās MIK (9,7 μg/100 μL) un MBC (78,125 μg/100 μL) vērtības. Dokošanas analīze atklāja galvenās mijiedarbības, tostarp ūdeņraža saites un π-krāvšanu, īpaši ar tādiem atlikumiem kā Lys 273, Lys 316 un Arg 298, kas tika identificēti kā mijiedarbojošies ar kopkristalizēto ligandu PBP2a kristāla struktūrā. Šie atlikumi ir būtiski PBP2a fermentatīvajai aktivitātei. Šie rezultāti liecina, ka sintezētie savienojumi varētu kalpot kā daudzsološi anti-MRSA medikamenti, uzsverot molekulārās dokošanas apvienošanas ar biotestiem nozīmi, lai identificētu efektīvus terapeitiskos kandidātus.
Šī gadsimta pirmajos gados pētniecības centieni galvenokārt bija vērsti uz jaunu, vienkāršu procedūru un metožu izstrādi vairāku inovatīvu heterociklisku sistēmu ar pretmikrobu aktivitāti sintēzei, izmantojot viegli pieejamus izejmateriālus.
Akrilonitrila daļiņas tiek uzskatītas par nozīmīgiem izejmateriāliem daudzu ievērojamu heterociklisku sistēmu sintēzei, jo tās ir ļoti reaģējošas vielas. Turklāt 2-cianoakriloilhlorīda atvasinājumi pēdējos gados ir plaši izmantoti tādu produktu izstrādei un sintēzei, kuriem ir būtiska nozīme farmakoloģisko pielietojumu jomā, piemēram, zāļu starpproduktu1,2,3, anti-HIV, pretvīrusu, pretvēža, antibakteriālu, antidepresantu un antioksidantu prekursoru4,5,6,7,8,9,10. Nesen lielu uzmanību ir piesaistījusi antracēna un tā atvasinājumu bioloģiskā efektivitāte, tostarp to antibiotiskās, pretvēža11,12, antibakteriālās13,14,15 un insekticīdās īpašības16,1718,19,20,21. Antimikrobiālie savienojumi, kas satur akrilonitrila un antracēna daļiņas, ir parādīti 1. un 2. attēlā.
Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas (PVO) (2021) datiem, pretmikrobu rezistence (AMR) ir globāls drauds veselībai un attīstībai22,23,24,25. Pacientus nevar izārstēt, kā rezultātā ilgāka uzturēšanās slimnīcā un nepieciešamība pēc dārgākām zālēm, kā arī palielinās mirstība un invaliditāte. Efektīvu pretmikrobu līdzekļu trūkums bieži noved pie dažādu infekciju ārstēšanas neveiksmes, īpaši ķīmijterapijas un lielu operāciju laikā.
Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas 2024. gada ziņojumu meticilīnrezistentais Staphylococcus aureus (MRSA) un E. coli ir iekļauti prioritāro patogēnu sarakstā. Abas baktērijas ir rezistentas pret daudzām antibiotikām, tāpēc tās pārstāv infekcijas, kuras ir grūti ārstēt un kontrolēt, un ir steidzami jāizstrādā jauni un efektīvi pretmikrobu savienojumi, lai risinātu šo problēmu. Antracēns un tā atvasinājumi ir labi zināmi pretmikrobu līdzekļi, kas var iedarboties gan uz grampozitīvām, gan gramnegatīvām baktērijām. Šī pētījuma mērķis ir sintezēt jaunu atvasinājumu, kas var cīnīties pret šiem veselībai bīstamajiem patogēniem.
Pasaules Veselības organizācija (PVO) ziņo, ka daudzi baktēriju patogēni ir rezistenti pret vairākām antibiotikām, tostarp meticilīnrezistento Staphylococcus aureus (MRSA), kas ir bieži sastopams infekcijas cēlonis sabiedrībā un veselības aprūpes iestādēs. Tiek ziņots, ka pacientiem ar MRSA infekcijām ir par 64 % augstāka mirstība nekā pacientiem ar zālēm jutīgām infekcijām. Turklāt E. coli rada globālu risku, jo pēdējā aizsardzības līnija pret karbapenēma rezistentām enterobaktērijām (t. i., E. coli) ir kolistīns, taču nesen vairākās valstīs ir ziņots par kolistīna rezistentām baktērijām.22,23,24,25
Tāpēc saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas Globālo rīcības plānu pretmikrobu rezistenci26 ir steidzami jāatklāj un jāsintezē jauni pretmikrobu līdzekļi. Antracēna un akrilnitrila lielais potenciāls kā antibakteriāliem,27 pretsēnīšu,28 pretvēža29 un antioksidantiem30 ir uzsvērts daudzos publicētos rakstos. Šajā sakarā var teikt, ka šie atvasinājumi ir labi kandidāti lietošanai pret meticilīnrezistentu Staphylococcus aureus (MRSA).
Iepriekšējās literatūras apskati mūs motivēja sintezēt jaunus atvasinājumus šajās klasēs. Tāpēc pašreizējā pētījuma mērķis bija izstrādāt jaunas heterocikliskas sistēmas, kas satur antracēna un akrilnitrila daļiņas, novērtēt to pretmikrobu un antibakteriālo efektivitāti un izpētīt to potenciālo saistīšanās mijiedarbību ar penicilīnu saistošo proteīnu 2a (PBP2a), izmantojot molekulāro dokošanu. Balstoties uz iepriekšējiem pētījumiem, pašreizējā pētījumā tika turpināta heterociklisko sistēmu sintēze, bioloģiskā novērtēšana un skaitļošanas analīze, lai identificētu daudzsološus antimeticilīnrezistentus Staphylococcus aureus (MRSA) līdzekļus ar spēcīgu PBP2a inhibējošu aktivitāti31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Mūsu pašreizējais pētījums ir vērsts uz jaunu heterociklisku savienojumu, kas satur antracēna un akrilonitrila daļiņas, sintēzi un antimikrobiālo īpašību novērtēšanu. Tika sagatavots 3-(antracēn-9-il)-2-cianoakriloilhlorīds 4 un izmantots kā pamatelements jaunu heterociklisku sistēmu veidošanai.
Savienojuma 4 struktūra tika noteikta, izmantojot spektrālos datus. 1H-NMR spektrs uzrādīja CH= klātbūtni pie 9,26 ppm, IR spektrs uzrādīja karbonilgrupas klātbūtni pie 1737 cm−1 un cianogrupas klātbūtni pie 2224 cm−1, un arī 13C NMR spektrs apstiprināja piedāvāto struktūru (skatīt eksperimentālo sadaļu).
3-(antracēn-9-il)-2-cianoakriloilhlorīda 4 sintēze tika veikta, hidrolizējot aromātiskās grupas 250, 41, 42, 53 ar nātrija hidroksīda etanola šķīdumu (10%), iegūstot skābes 354, 45, 56, kuras pēc tam apstrādāja ar tionilhlorīdu ūdens vannā, iegūstot akriloilhlorīda atvasinājumu 4 ar augstu iznākumu (88,5%), kā parādīts 3. attēlā.
Lai radītu jaunus heterocikliskus savienojumus ar paredzēto antibakteriālo efektivitāti, tika veikta acilhlorīda 4 reakcija ar dažādiem dinukleofiliem.
Skābes hlorīdu 4 vienu stundu apstrādāja ar hidrazīna hidrātu 0°C temperatūrā. Diemžēl pirazolonu 5 neieguva. Produkts bija akrilamīda atvasinājums, kura struktūru apstiprināja spektrālie dati. Tā IR spektrā bija redzamas C=O absorbcijas joslas pie 1720 cm−1, C≡N pie 2228 cm−1 un NH₃ pie 3424 cm−1. 1H-NMR spektrā bija redzama olefīna protonu un NH₃ protonu apmaiņas singleta signāla intensitāte pie 9,3 ppm (skatīt eksperimentālo sadaļu).
Divi moli skābes hlorīda 4 reaģēja ar vienu molu fenilhidrazīna, iegūstot N-fenilakriloilhidrazīna atvasinājumu 7 ar labu iznākumu (77%) (5. attēls). Savienojuma 7 struktūra tika apstiprināta ar infrasarkanās spektroskopijas datiem, kas uzrādīja divu C=O grupu absorbciju pie 1691 un 1671 cm−1, CN grupas absorbciju pie 2222 cm−1 un NH grupas absorbciju pie 3245 cm−1, un tā 1H-NMR spektrs uzrādīja CH grupu pie 9,15 un 8,81 ppm un NH protonu pie 10,88 ppm (skatīt eksperimentālo sadaļu).
Šajā pētījumā tika pētīta acilhlorīda 4 reakcija ar 1,3-dinukleofiliem. Acilhlorīda 4 apstrāde ar 2-aminopiridīnu 1,4-dioksānā, izmantojot TEA kā bāzi istabas temperatūrā, deva akrilamīda atvasinājumu 8 (5. attēls), kura struktūra tika identificēta, izmantojot spektrālos datus. IR spektros bija redzamas cianogrupas stiepšanās absorbcijas joslas pie 2222 cm−1, NH₃ pie 3148 cm−1 un karbonilgrupas absorbcijas joslas pie 1665 cm−1; 1H NMR spektri apstiprināja olefīna protonu klātbūtni pie 9,14 ppm (skatīt eksperimentālo sadaļu).
Savienojums 4 reaģē ar tiourīnvielu, veidojot pirimidinetionu 9; savienojums 4 reaģē ar tiosemikarbazīdu, veidojot tiopirazola atvasinājumu 10 (5. attēls). Savienojumu 9 un 10 struktūras tika apstiprinātas ar spektrālo un elementāro analīzi (sk. Eksperimentālo sadaļu).
Tetrazīn-3-tiols 11 tika iegūts, savienojumam 4 reaģējot ar tiokarbazīdu kā 1,4-dinukleofilam (5. attēls), un tā struktūra tika apstiprināta ar spektroskopiju un elementanalīzi. Infrasarkanajā spektrā C=N saite parādījās pie 1619 cm−1. Tajā pašā laikā tā 1H-NMR spektrā saglabājās aromātisko protonu daudzplāšu signāli pie 7,78–8,66 ppm un SH protonu signāli pie 3,31 ppm (sk. Eksperimentālo sadaļu).
Akriloilhlorīds 4 reaģē ar 1,2-diaminobenzolu, 2-aminotiofenolu, antranilskābi, 1,2-diaminoetānu un etanolamīnu kā 1,4-dinukleofilus, veidojot jaunas heterocikliskas sistēmas (13–16).
Šo jaunsintezēto savienojumu struktūras tika apstiprinātas ar spektrālo un elementanalīzi (skatīt eksperimentālo sadaļu). 2-hidroksifenilakrilamīda atvasinājums 17 tika iegūts, reaģējot ar 2-aminofenolu kā dinukleofilu (6. attēls), un tā struktūra tika apstiprināta ar spektrālo un elementanalīzi. Savienojuma 17 infrasarkanais spektrs parādīja, ka C=O un C≡N signāli parādījās attiecīgi pie 1681 un 2226 cm−1. Tikmēr tā 1H-NMR spektrs saglabāja olefīna protona singleta signālu pie 9,19 ppm, un OH protons parādījās pie 9,82 ppm (skatīt eksperimentālo sadaļu).
Skābes hlorīda 4 reakcija ar vienu nukleofilu (piemēram, etilamīnu, 4-toluidīnu un 4-metoksianilīnu) dioksānā kā šķīdinātājā un TEA kā katalizatorā istabas temperatūrā deva zaļus kristāliskus akrilamīda atvasinājumus 18, 19a un 19b. Savienojumu 18, 19a un 19b elementu un spektrālie dati apstiprināja šo atvasinājumu struktūras (sk. Eksperimentālo daļu) (7. attēls).
Pēc dažādu sintētisko savienojumu antimikrobiālās aktivitātes skrīninga tika iegūti dažādi rezultāti, kā parādīts 1. tabulā un 8. attēlā (sk. attēla failu). Visi testētie savienojumi uzrādīja atšķirīgu inhibīcijas pakāpi pret grampozitīvo baktēriju MRSA, savukārt gramnegatīvā baktērija Escherichia coli uzrādīja pilnīgu rezistenci pret visiem savienojumiem. Testētos savienojumus var iedalīt trīs kategorijās, pamatojoties uz inhibīcijas zonas diametru pret MRSA. Pirmā kategorija bija visaktīvākā un sastāvēja no pieciem savienojumiem (6, 7, 10, 13b un 14). Šo savienojumu inhibīcijas zonas diametrs bija tuvu 4 cm; visaktīvākie savienojumi šajā kategorijā bija savienojumi 6 un 13b. Otrā kategorija bija mēreni aktīva un sastāvēja no vēl pieciem savienojumiem (11, 13a, 15, 18 un 19a). Šo savienojumu inhibīcijas zona svārstījās no 3,3 līdz 3,65 cm, un savienojumam 11 bija vislielākā inhibīcijas zona - 3,65 ± 0,1 cm. No otras puses, pēdējā grupā bija trīs savienojumi (8, 17 un 19b) ar viszemāko pretmikrobu aktivitāti (mazāk nekā 3 cm). 9. attēlā parādīts dažādu inhibīcijas zonu sadalījums.
Turpmāka testēto savienojumu antimikrobiālās aktivitātes izpēte ietvēra katra savienojuma MIK un MKB noteikšanu. Rezultāti nedaudz atšķīrās (kā parādīts 2., 3. tabulā un 10. attēlā (sk. attēla failu)), un savienojumi 7, 11, 13a un 15 acīmredzot tika pārklasificēti kā labākie savienojumi. Tiem bija vienādas zemākās MIK un MKB vērtības (39,06 μg/100 μL). Lai gan savienojumiem 7 un 8 bija zemākas MIK vērtības (9,7 μg/100 μL), to MKB vērtības bija augstākas (78,125 μg/100 μL). Tāpēc tie tika uzskatīti par vājākiem nekā iepriekš minētie savienojumi. Tomēr šie seši savienojumi bija visefektīvākie no testētajiem, jo ​​to MKB vērtības bija zem 100 μg/100 μL.
Savienojumi (10, 14, 18 un 19b) bija mazāk aktīvi salīdzinājumā ar citiem testētajiem savienojumiem, jo ​​to MBC vērtības svārstījās no 156 līdz 312 μg/100 μL. No otras puses, savienojumi (8, 17 un 19a) bija vismazāk perspektīvi, jo tiem bija visaugstākās MBC vērtības (attiecīgi 625, 625 un 1250 μg/100 μL).
Visbeidzot, saskaņā ar 3. tabulā norādītajiem tolerances līmeņiem testētos savienojumus var iedalīt divās kategorijās, pamatojoties uz to darbības veidu: savienojumi ar baktericīdu iedarbību (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) un savienojumi ar antibakteriālu iedarbību (6, 13b, 14, 17, 19a). Starp tiem priekšroka tiek dota savienojumiem 7, 11, 13a un 15, kuriem piemīt iznīcinoša aktivitāte ļoti zemā koncentrācijā (39,06 μg/100 μL).
Desmit no trīspadsmit testētajiem savienojumiem uzrādīja potenciālu pret antibiotikām rezistentu meticilīnrezistentu Staphylococcus aureus (MRSA). Tāpēc ieteicams veikt turpmāku skrīningu ar vairāk antibiotikām rezistentiem patogēniem (īpaši lokāliem izolātiem, kas aptver patogēnas grampozitīvas un gramnegatīvas baktērijas) un patogēniem raugiem, kā arī katra savienojuma citotoksisku testēšanu, lai novērtētu tā drošību.
Lai novērtētu sintezēto savienojumu potenciālu kā penicilīnu saistošā proteīna 2a (PBP2a) inhibitoriem meticilīnrezistentajā Staphylococcus aureus (MRSA), tika veikti molekulārie dokošanas pētījumi. PBP2a ir galvenais enzīms, kas iesaistīts baktēriju šūnu sieniņu biosintēzē, un šī enzīma inhibīcija traucē šūnu sieniņu veidošanos, galu galā izraisot baktēriju līzi un šūnu nāvi1. Dokošanas rezultāti ir uzskaitīti 4. tabulā un sīkāk aprakstīti papildu datu failā, un rezultāti liecina, ka vairākiem savienojumiem bija spēcīga saistīšanās afinitāte pret PBP2a, īpaši galvenajiem aktīvās vietas atlikumiem, piemēram, Lys 273, Lys 316 un Arg 298. Mijiedarbība, tostarp ūdeņraža saites un π-krāvums, bija ļoti līdzīga kopkristalizētā hinazolinona liganda (CCL) mijiedarbībai, norādot uz šo savienojumu potenciālu kā spēcīgiem inhibitoriem.
Molekulārās dokošanas dati kopā ar citiem skaitļošanas parametriem stingri liecināja, ka PBP2a inhibīcija bija galvenais mehānisms, kas atbild par novēroto šo savienojumu antibakteriālo aktivitāti. Dokošanas rādītāji un vidējās kvadrātiskās novirzes (RMSD) vērtības vēl vairāk atklāja saistīšanās afinitāti un stabilitāti, apstiprinot šo hipotēzi. Kā parādīts 4. tabulā, lai gan vairākiem savienojumiem bija laba saistīšanās afinitāte, dažiem savienojumiem (piemēram, 7, 9, 10 un 14) bija augstāki dokošanas rādītāji nekā kopkristalizētajam ligandam, kas norāda, ka tiem varētu būt spēcīgāka mijiedarbība ar PBP2a aktīvā centra atlikumiem. Tomēr bioaktīvākajiem savienojumiem 6 un 13b bija nedaudz zemāki dokošanas rādītāji (attiecīgi -5,98 un -5,63) salīdzinājumā ar citiem ligandiem. Tas liecina, ka, lai gan dokošanas rādītājus var izmantot, lai prognozētu saistīšanās afinitāti, arī citiem faktoriem (piemēram, ligandu stabilitātei un molekulārajai mijiedarbībai bioloģiskajā vidē) ir būtiska loma antibakteriālās aktivitātes noteikšanā. Jāatzīmē, ka visu sintezēto savienojumu RMSD vērtības bija zem 2 Å, kas apstiprina, ka to piesaistes pozas strukturāli atbilst kopkristalizētā liganda saistīšanās konformācijai, vēl vairāk atbalstot to potenciālu kā spēcīgus PBP2a inhibitorus.
Lai gan dokošanas rādītāji un RMS vērtības sniedz vērtīgas prognozes, korelācija starp šiem dokošanas rezultātiem un pretmikrobu aktivitāti ne vienmēr ir skaidra no pirmā acu uzmetiena. Lai gan PBP2a inhibīcija tiek stingri atbalstīta kā galvenais faktors, kas ietekmē pretmikrobu aktivitāti, vairākas atšķirības liecina, ka arī citām bioloģiskajām īpašībām ir svarīga loma. Savienojumi 6 un 13b uzrādīja visaugstāko pretmikrobu aktivitāti, gan ar inhibīcijas zonas diametru 4 cm, gan ar zemākajām MIC (9,7 μg/100 μL) un MBC (78,125 μg/100 μL) vērtībām, neskatoties uz to zemākiem dokošanas rādītājiem salīdzinājumā ar savienojumiem 7, 9, 10 un 14. Tas liecina, ka, lai gan PBP2a inhibīcija veicina pretmikrobu aktivitāti, tādi faktori kā šķīdība, biopieejamība un mijiedarbības dinamika baktēriju vidē ietekmē arī kopējo aktivitāti. 11. attēlā parādītas to dokošanas pozas, kas norāda, ka abi savienojumi, pat ar relatīvi zemiem saistīšanās rādītājiem, joprojām spēj mijiedarboties ar galvenajiem PBP2a atlikumiem, potenciāli stabilizējot inhibīcijas kompleksu. Tas uzsver, ka, lai gan molekulārā dokošana sniedz svarīgu ieskatu PBP2a inhibīcijā, jāņem vērā arī citi bioloģiskie faktori, lai pilnībā izprastu šo savienojumu antimikrobiālo iedarbību reālajā pasaulē.
Izmantojot PBP2a kristāla struktūru (PDB ID: 4CJN), tika konstruētas aktīvāko savienojumu 6 un 13b 2D un 3D mijiedarbības kartes, kas piesaistītas meticilīnrezistentā Staphylococcus aureus (MRSA) penicilīnu saistošajam proteīnam 2a (PBP2a). Šajās kartēs tiek salīdzināti šo savienojumu mijiedarbības modeļi ar atkārtoti piesaistīto kopkristalizēto hinazolinona ligandu (CCL), izceļot galvenās mijiedarbības, piemēram, ūdeņraža saites, π-krāvuma un jonu mijiedarbības.
Līdzīga tendence tika novērota savienojumam 7, kam bija relatīvi augsts piesaistes rādītājs (-6,32) un līdzīgs inhibīcijas zonas diametrs (3,9 cm) kā savienojumam 10. Tomēr tā minimālā inhibīcijas koncentrācija (MIC) (39,08 μg/100 μL) un maksimālā koncentrācija asinīs (MBC) (39,06 μg/100 μL) bija ievērojami augstākas, kas norāda, ka antibakteriālas iedarbības izrādīšanai nepieciešamas lielākas koncentrācijas. Tas liecina, ka, lai gan savienojumam 7 piesaistes pētījumos bija spēcīga saistīšanās afinitāte, tādi faktori kā biopieejamība, šūnu uzņemšana vai citas fizikāli ķīmiskās īpašības var ierobežot tā bioloģisko efektivitāti. Lai gan savienojumam 7 bija baktericīdas īpašības, tas bija mazāk efektīvs baktēriju augšanas inhibēšanā salīdzinājumā ar savienojumiem 6 un 13b.
Savienojums Nr. 10 uzrādīja dramatiskāku atšķirību ar augstāko piesaistes punktu skaitu (-6,40), kas norāda uz spēcīgu saistīšanās afinitāti ar PBP2a. Tomēr tā inhibīcijas zonas diametrs (3,9 cm) bija salīdzināms ar savienojumu Nr. 7, un tā MBC (312 μg/100 μL) bija ievērojami lielāks nekā savienojumiem Nr. 6, 7 un 13b, kas norāda uz vājāku baktericīdu aktivitāti. Tas liecina, ka, neskatoties uz labām piesaistes prognozēm, savienojums Nr. 10 bija mazāk efektīvs MRSA iznīcināšanā citu ierobežojošu faktoru, piemēram, šķīdības, stabilitātes vai baktēriju membrānas sliktas caurlaidības, dēļ. Šie rezultāti apstiprina izpratni, ka, lai gan PBP2a inhibīcijai ir galvenā loma antibakteriālajā aktivitātē, tā pilnībā neizskaidro bioloģiskās aktivitātes atšķirības, kas novērotas starp testētajiem savienojumiem. Šīs atšķirības liecina, ka ir nepieciešamas turpmākas eksperimentālas analīzes un padziļināti bioloģiskie novērtējumi, lai pilnībā noskaidrotu iesaistītos antibakteriālos mehānismus.
4. tabulā un papildu datu failā redzamie molekulārās dokošanas rezultāti izceļ sarežģīto saistību starp dokošanas rādītājiem un pretmikrobu aktivitāti. Lai gan savienojumiem 6 un 13b ir zemāki dokošanas rādītāji nekā savienojumiem 7, 9, 10 un 14, tiem piemīt visaugstākā pretmikrobu aktivitāte. To mijiedarbības kartes (parādītas 11. attēlā) norāda, ka, neskatoties uz zemākiem saistīšanās rādītājiem, tie joprojām veido nozīmīgas ūdeņraža saites un π-krāvuma mijiedarbības ar galvenajiem PBP2a atlikumiem, kas var stabilizēt enzīma-inhibitora kompleksu bioloģiski labvēlīgā veidā. Neskatoties uz relatīvi zemajiem savienojumu 6 un 13b dokošanas rādītājiem, to uzlabotā pretmikrobu aktivitāte liecina, ka, novērtējot inhibitora potenciālu, kopā ar dokošanas datiem jāņem vērā arī citas īpašības, piemēram, šķīdība, stabilitāte un šūnu uzņemšana. Tas uzsver, cik svarīgi ir apvienot dokošanas pētījumus ar eksperimentālu pretmikrobu analīzi, lai precīzi novērtētu jaunu savienojumu terapeitisko potenciālu.
Šie rezultāti uzsver, ka, lai gan molekulārā dokošana ir spēcīgs instruments saistīšanās afinitātes prognozēšanai un iespējamo inhibīcijas mehānismu identificēšanai, uz to nevajadzētu paļauties tikai, lai noteiktu pretmikrobu efektivitāti. Molekulārie dati liecina, ka PBP2a inhibīcija ir galvenais faktors, kas ietekmē pretmikrobu aktivitāti, taču bioloģiskās aktivitātes izmaiņas liecina, ka, lai uzlabotu terapeitisko efektivitāti, ir jāoptimizē citas fizikāli ķīmiskās un farmakokinētiskās īpašības. Turpmākajos pētījumos jākoncentrējas uz savienojumu 7 un 10 ķīmiskās struktūras optimizēšanu, lai uzlabotu biopieejamību un šūnu uzņemšanu, nodrošinot, ka spēcīga dokošanas mijiedarbība tiek pārvērsta faktiskā pretmikrobu aktivitātē. Turpmāki pētījumi, tostarp papildu bioanalīzes un struktūras-aktivitātes attiecību (SAR) analīze, būs izšķiroši svarīgi, lai labāk izprastu, kā šie savienojumi darbojas kā PBP2a inhibitori, un izstrādātu efektīvākus pretmikrobu līdzekļus.
No 3-(antracēn-9-il)-2-cianoakriloilhlorīda 4 sintezētajiem savienojumiem bija dažāda līmeņa pretmikrobu aktivitāte, vairākiem savienojumiem demonstrējot ievērojamu meticilīnrezistentā Staphylococcus aureus (MRSA) inhibīciju. Struktūras-aktivitātes attiecību (SAR) analīze atklāja galvenās strukturālās iezīmes, kas ir šo savienojumu pretmikrobu efektivitātes pamatā.
Gan akrilnitrila, gan antracēna grupu klātbūtne izrādījās kritiski svarīga pretmikrobu aktivitātes pastiprināšanai. Ļoti reaģējošā nitrila grupa akrilnitrilā ir nepieciešama, lai veicinātu mijiedarbību ar baktēriju olbaltumvielām, tādējādi veicinot savienojuma pretmikrobu īpašības. Savienojumi, kas satur gan akrilnitrilu, gan antracēnu, konsekventi uzrādīja spēcīgāku pretmikrobu iedarbību. Antracēna grupas aromātiskums vēl vairāk stabilizēja šos savienojumus, potenciāli pastiprinot to bioloģisko aktivitāti.
Heterociklisko gredzenu ieviešana ievērojami uzlaboja vairāku atvasinājumu antibakteriālo efektivitāti. Jo īpaši benzotiazola atvasinājums 13b un akrilhidrazīda atvasinājums 6 uzrādīja visaugstāko antibakteriālo aktivitāti ar aptuveni 4 cm inhibīcijas zonu. Šiem heterocikliskajiem atvasinājumiem bija nozīmīgāka bioloģiskā iedarbība, kas norāda, ka heterocikliskajai struktūrai ir galvenā loma antibakteriālajā iedarbībā. Tāpat pirimidinetions savienojumā 9, tiopirazols savienojumā 10 un tetrazīna gredzens savienojumā 11 veicināja savienojumu antibakteriālās īpašības, vēl vairāk uzsverot heterocikliskās modifikācijas nozīmi.
Starp sintezētajiem savienojumiem 6 un 13b izcēlās ar izcilu antibakteriālu aktivitāti. Savienojuma 6 minimālā inhibējošā koncentrācija (MIK) bija 9,7 μg/100 μL, un minimālā baktericīdā koncentrācija (MBK) bija 78,125 μg/100 μL, kas uzsver tā lielisko spēju iznīcināt meticilīnrezistento Staphylococcus aureus (MRSA). Līdzīgi savienojumam 13b bija 4 cm inhibīcijas zona un zemas MIK un MKB vērtības, kas apstiprina tā spēcīgo antibakteriālo aktivitāti. Šie rezultāti uzsver akrilhidrazīda un benzotiazola funkcionālo grupu galveno lomu šo savienojumu bioefektivitātes noteikšanā.
Turpretī savienojumi 7, 10 un 14 uzrādīja mērenu antibakteriālu aktivitāti ar inhibīcijas zonām no 3,65 līdz 3,9 cm. Šiem savienojumiem bija nepieciešamas augstākas koncentrācijas, lai pilnībā iznīcinātu baktērijas, ko atspoguļo to relatīvi augstās MIK un MBC vērtības. Lai gan šie savienojumi bija mazāk aktīvi nekā savienojumi 6 un 13b, tie joprojām uzrādīja ievērojamu antibakteriālu potenciālu, kas liecina, ka akrilnitrila un antracēna fragmentu iekļaušana heterocikliskajā gredzenā veicina to antibakteriālo iedarbību.
Savienojumiem ir atšķirīgi darbības veidi, dažiem piemīt baktericīdas īpašības, bet citiem - bakteriostatiska iedarbība. Savienojumi 7, 11, 13a un 15 ir baktericīdi un to pilnīgai iznīcināšanai nepieciešamas zemākas koncentrācijas. Turpretī savienojumi 6, 13b un 14 ir bakteriostatiski un var kavēt baktēriju augšanu zemākās koncentrācijās, bet to pilnīgai iznīcināšanai nepieciešamas augstākas koncentrācijas.
Kopumā struktūras un aktivitātes attiecību analīze uzsver akrilnitrila un antracēna daļiņu un heterociklisko struktūru ieviešanas nozīmi, lai panāktu ievērojamu antibakteriālu aktivitāti. Šie rezultāti liecina, ka šo strukturālo komponentu optimizācija un turpmāku modifikāciju izpēte, lai uzlabotu šķīdību un membrānas caurlaidību, varētu novest pie efektīvāku anti-MRSA zāļu izstrādes.
Visi reaģenti un šķīdinātāji tika attīrīti un žāvēti, izmantojot standarta procedūras (El Gomhouria, Ēģipte). Kušanas temperatūras tika noteiktas, izmantojot GallenKamp elektronisko kušanas temperatūras aparātu, un tās ir norādītas bez korekcijas. Infrasarkanie (IR) spektri (cm⁻1) tika reģistrēti Ain Šamsas Universitātes Dabaszinātņu fakultātes Ķīmijas nodaļā, izmantojot kālija bromīda (KBr) granulas ar Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometru (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, ASV).
1H NMR spektri tika iegūti 300 MHz frekvencē, izmantojot GEMINI NMR spektrometru (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, ASV) un BRUKER 300 MHz NMR spektrometru (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Kā iekšējais standarts tika izmantots tetrametilsilāns (TMS) ar deuterētu dimetilsulfoksīdu (DMSO-d₆). NMR mērījumi tika veikti Kairas Universitātes Dabaszinātņu fakultātē Gīzā, Ēģiptē. Elementu analīze (CHN) tika veikta, izmantojot Perkin-Elmer 2400 elementu analizatoru, un iegūtie rezultāti labi atbilst aprēķinātajām vērtībām.
Skābes 3 (5 mmol) un tionilhlorīda (5 ml) maisījumu karsēja ūdens vannā 65 °C temperatūrā 4 stundas. Lieko tionilhlorīdu atdalīja, destilējot pazeminātā spiedienā. Iegūto sarkano cieto vielu savāca un izmantoja bez turpmākas attīrīšanas. Kušanas temperatūra: 200–202 °C, iznākums: 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, heteroaromatizācija). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH3antracēns), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analītiķis. Aprēķināts C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Atrasts: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
0°C temperatūrā 4 (2 mmol, 0,7 g) tika izšķīdināts bezūdens dioksānā (20 ml) un pa pilienam pievienoja hidrazīna hidrātu (2 mmol, 0,16 ml, 80%) un maisīja 1 stundu. Nogulsnēto cieto vielu savāca filtrējot un pārkristalizēja no etanola, iegūstot savienojumu 6.
Zaļi kristāli, kušanas temperatūra 190–192 °C, iznākums 69,36%; IR (KBr) ν = 3424 (NH3), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH3, apmaināms), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromātisks), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Aprēķinātā vērtība C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Atrasts: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Izšķīdiniet 4 (2 mmol, 0,7 g) 20 ml bezūdens dioksāna šķīduma (kas satur dažus pilienus trietilamīna), pievienojiet fenilhidrazīnu/2-aminopiridīnu (2 mmol) un maisiet istabas temperatūrā attiecīgi 1 un 2 stundas. Reakcijas maisījumu ielejiet ledū vai ūdenī un paskābiniet ar atšķaidītu sālsskābi. Nofiltrējiet atdalīto cieto vielu un pārkristalizējiet no etanola, lai iegūtu 7, un pārkristalizējiet no benzola, lai iegūtu 8.
Zaļi kristāli, kušanas temperatūra 160–162 °C, iznākums 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, apmaināms), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromātisks); Aprēķinātā vērtība C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Atrasts: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) tika izšķīdināts 20 ml bezūdens dioksāna šķīduma (kas saturēja dažus pilienus trietilamīna), pievienoja 2-aminopiridīnu (2 mmol, 0,25 g) un maisījumu maisīja istabas temperatūrā 2 stundas. Reakcijas maisījumu ielēja ledus ūdenī un paskābināja ar atšķaidītu sālsskābi. Izveidojušās nogulsnes nofiltrēja un pārkristalizēja no benzola, iegūstot zaļus 8 kristālus ar kušanas temperatūru 146–148 °C un iznākumu 82,5%; infrasarkanais spektrs (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, apmaināms), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36–8,55 (m, 13H, heteroaromatizācija); Aprēķināts C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Atrasts: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Savienojums 4 (2 mmol, 0,7 g) tika izšķīdināts 20 ml sausa dioksāna (kas saturēja dažus pilienus trietilamīna un 2 mmol tiourīnvielas/semikarbazīda) un karsēts ar atteci 2 stundas. Šķīdinātāju iztvaicēja vakuumā. Atlikumu pārkristalizēja no dioksāna, iegūstot maisījumu.