Дзякуй за наведванне сайта nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага карыстання рэкамендуем выкарыстоўваць апошнюю версію браўзера (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Акрамя таго, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, гэты сайт не будзе ўтрымліваць стылі або JavaScript.
Сінтан 3-(антрацэн-9-іл)-2-цыянакрылаілхларыд 4 быў сінтэзаваны і выкарыстаны для сінтэзу розных высокаактыўных гетэрацыклічных злучэнняў шляхам яго рэакцыі з рознымі азотнымі нуклеафіламі. Структура кожнага сінтэзаванага гетэрацыклічнага злучэння была старанна ахарактарызавана з дапамогай спектраскапічнага і элементнага аналізу. Дзесяць з трынаццаці новых гетэрацыклічных злучэнняў прадэманстравалі абнадзейлівую эфектыўнасць супраць бактэрый з множнай лекавай устойлівасцю (MRSA). Сярод іх злучэнні 6, 7, 10, 13b і 14 прадэманстравалі найвышэйшую антыбактэрыйную актыўнасць з зонамі інгібіравання, блізкімі да 4 см. Аднак малекулярныя докінгавыя даследаванні паказалі, што злучэнні мелі розную афіннасць звязвання з пеніцылін-звязальным бялком 2a (PBP2a), ключавой мішэнню для рэзістэнтнасці да MRSA. Некаторыя злучэнні, такія як 7, 10 і 14, прадэманстравалі больш высокую афіннасць звязвання і стабільнасць узаемадзеяння ў актыўным цэнтры PBP2a у параўнанні з сукрышталізаваным хіназалінонавым лігандам. У адрозненне ад гэтага, злучэнні 6 і 13b мелі больш нізкія паказчыкі дакінгу, але ўсё ж праяўлялі значную антыбактэрыйную актыўнасць, прычым злучэнне 6 мела найменшыя значэнні мінімальнай інгібіруючай канцэнтрацыі (МІК) (9,7 мкг/100 мкл) і мінімальнай антыбактэрыйнай канцэнтрацыі (МБК) (78,125 мкг/100 мкл). Аналіз дакінгу выявіў ключавыя ўзаемадзеянні, у тым ліку вадародныя сувязі і π-стэкінг, асабліва з такімі рэшткамі, як Lys 273, Lys 316 і Arg 298, якія былі ідэнтыфікаваны як узаемадзейнічаючыя з сукрышталізаваным лігандам у крышталічнай структуры PBP2a. Гэтыя рэшткі неабходныя для ферментатыўнай актыўнасці PBP2a. Гэтыя вынікі сведчаць аб тым, што сінтэзаваныя злучэнні могуць служыць перспектыўнымі прэпаратамі супраць MRSA, што падкрэслівае важнасць спалучэння малекулярнага дакінгу з біялагічнымі аналізамі для выяўлення эфектыўных тэрапеўтычных кандыдатаў.
У першыя некалькі гадоў гэтага стагоддзя даследчыя намаганні былі ў асноўным сканцэнтраваны на распрацоўцы новых, простых працэдур і метадаў сінтэзу некалькіх інавацыйных гетэрацыклічных сістэм з антымікробнай актыўнасцю з выкарыстаннем лёгкадаступных зыходных матэрыялаў.
Акрыланітрыльныя фрагменты лічацца важнымі зыходнымі матэрыяламі для сінтэзу многіх выдатных гетэрацыклічных сістэм, паколькі яны з'яўляюцца высокарэактыўнымі злучэннямі. Больш за тое, вытворныя 2-цыянакрылаілхларыду шырока выкарыстоўваюцца ў апошнія гады для распрацоўкі і сінтэзу прадуктаў, якія маюць жыццёва важнае значэнне ў галіне фармакалагічных ужыванняў, такіх як прамежкавыя прадукты лекаў1,2,3, папярэднікі антывірусных, супрацьракавых, антыбактэрыйных, антыдэпрэсантных і антыаксідантных прэпаратаў4,5,6,7,8,9,10. Нядаўна біялагічная эфектыўнасць антрацэну і яго вытворных, у тым ліку іх антыбіятычныя, супрацьракавыя11,12, антыбактэрыйныя13,14,15 і інсектыцыдныя ўласцівасці16,17, прыцягнула вялікую ўвагу18,19,20,21. Антымікробныя злучэнні, якія змяшчаюць акрыланітрыльныя і антрацэнавыя фрагменты, паказаны на малюнках 1 і 2.
Паводле звестак Сусветнай арганізацыі аховы здароўя (СААЗ) (2021 г.), рэзістэнтнасць да антымікробных прэпаратаў (АРП) уяўляе сабой глабальную пагрозу здароўю і развіццю22,23,24,25. Пацыенты не могуць быць вылечаны, што прыводзіць да больш працяглага знаходжання ў бальніцы і неабходнасці ў больш дарагіх леках, а таксама да павелічэння смяротнасці і інваліднасці. Адсутнасць эфектыўных антымікробных прэпаратаў часта прыводзіць да няўдачы лячэння розных інфекцый, асабліва падчас хіміятэрапіі і сур'ёзных аперацый.
Згодна са справаздачай Сусветнай арганізацыі аховы здароўя за 2024 год, метыцылін-рэзістэнтны залацісты стафілакок (MRSA) і кішачная палачка ўключаны ў спіс прыярытэтных патагенаў. Абедзве бактэрыі ўстойлівыя да многіх антыбіётыкаў, таму яны ўяўляюць сабой інфекцыі, якія цяжка лячыць і кантраляваць, і існуе вострая неабходнасць распрацоўкі новых і эфектыўных антымікробных злучэнняў для вырашэння гэтай праблемы. Антрацэн і яго вытворныя - гэта добра вядомыя антымікробныя прэпараты, якія могуць дзейнічаць як на грамстаноўчыя, так і на грамадмоўныя бактэрыі. Мэта гэтага даследавання - сінтэзаваць новае вытворнае, якое можа змагацца з гэтымі патагенамі, небяспечнымі для здароўя.
Сусветная арганізацыя аховы здароўя (СААЗ) паведамляе, што многія бактэрыяльныя патагены ўстойлівыя да шматлікіх антыбіётыкаў, у тым ліку да метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA), які з'яўляецца распаўсюджанай прычынай інфекцый у грамадстве і медыцынскіх установах. Паведамляецца, што ў пацыентаў з інфекцыямі MRSA смяротнасць на 64% вышэйшая, чым у пацыентаў з інфекцыямі, адчувальнымі да лекаў. Акрамя таго, кішачная палачка ўяўляе глабальную рызыку, паколькі апошняй лініяй абароны ад карбапенем-рэзістэнтных энтеробактерий (г.зн. кішачнай палачкі) з'яўляецца колістын, але нядаўна ў некалькіх краінах былі зарэгістраваны бактэрыі, устойлівыя да колістыну. 22,23,24,25
Такім чынам, згодна з Глабальным планам дзеянняў Сусветнай арганізацыі аховы здароўя па барацьбе з антымікробнай рэзістэнтнасцю26, існуе тэрміновая патрэба ў адкрыцці і сінтэзе новых антымікробных прэпаратаў. Вялікі патэнцыял антрацэну і акрыланітрылу як антыбактэрыйных27, супрацьгрыбковых28, супрацьракавых29 і антыаксідантных30 агентаў быў падкрэслены ў шматлікіх апублікаваных працах. У сувязі з гэтым можна сказаць, што гэтыя вытворныя з'яўляюцца добрымі кандыдатамі для выкарыстання супраць метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA).
Папярэднія агляды літаратуры падштурхнулі нас да сінтэзу новых вытворных гэтых класаў. Таму мэтай дадзенага даследавання была распрацоўка новых гетэрацыклічных сістэм, якія змяшчаюць антрацэнавыя і акрыланітрыльныя фрагменты, ацэнка іх антымікробнай і антыбактэрыйнай эфектыўнасці, а таксама вывучэнне іх патэнцыйнага ўзаемадзеяння з пеніцылін-звязальным бялком 2a (PBP2a) шляхам малекулярнага дакінгу. Абапіраючыся на папярэднія даследаванні, у гэтым даследаванні працягнуты сінтэз, біялагічная ацэнка і вылічальны аналіз гетэрацыклічных сістэм для выяўлення перспектыўных антыметыцылін-рэзістэнтных прэпаратаў Staphylococcus aureus (MRSA) з магутнай інгібіруючай актыўнасцю PBP2a 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49.
Нашы бягучыя даследаванні сканцэнтраваны на сінтэзе і антымікробнай ацэнцы новых гетэрацыклічных злучэнняў, якія змяшчаюць антрацэнавыя і акрыланітрыльныя фрагменты. 3-(антрацэн-9-іл)-2-цыянакрылаілхларыд 4 быў атрыманы і выкарыстаны ў якасці будаўнічага блока для пабудовы новых гетэрацыклічных сістэм.
Структура злучэння 4 была вызначана з выкарыстаннем спектральных дадзеных. Спектр 1H-ЯМР паказаў прысутнасць CH= пры 9,26 ppm, ІЧ-спектр паказаў прысутнасць карбанільнай групы пры 1737 см−1 і цыянагрупы пры 2224 см−1, а спектр 13CNMR таксама пацвердзіў прапанаваную структуру (гл. раздзел «Эксперымент»).
Сінтэз 3-(антрацэн-9-іл)-2-цыянаакрылаілхларыду 4 быў ажыццёўлены шляхам гідролізу араматычных груп 250, 41, 42, 53 этанольным растворам гідраксіду натрыю (10%) з атрыманнем кіслот 354, 45, 56, якія затым апрацоўвалі тыянілхларыдам на вадзяной лазні, атрымліваючы вытворнае акрылаілхларыду 4 з высокім выхадам (88,5%), як паказана на малюнку 3.
Для стварэння новых гетэрацыклічных злучэнняў з чаканай антыбактэрыйнай эфектыўнасцю была праведзена рэакцыя ацылхларыду 4 з рознымі дынуклеафіламі.
Хларыд кіслаты 4 апрацоўвалі гідразінгідратам пры тэмпературы 0° на працягу адной гадзіны. На жаль, піразалон 5 не быў атрыманы. Прадукт уяўляў сабой вытворнае акрыламіду, структура якога была пацверджана спектральнымі дадзенымі. Яго ІЧ-спектр паказаў паласы паглынання C=O пры 1720 см−1, C≡N пры 2228 см−1 і NH пры 3424 см−1. Спектр 1H-ЯМР паказаў абменны сінглетны сігнал пратонаў алефіну і пратонаў NH пры 9,3 ppm (гл. эксперыментальны раздзел).
Два молі хларыду кіслаты 4 рэагавалі з адным молям фенілгідразіну, у выніку чаго з добрым выхадам (77%) было атрымана вытворнае N-фенілакрылоілгідразіну 7 (малюнак 5). Структура 7 была пацверджана дадзенымі інфрачырвонай спектраскапіі, якія паказалі паглынанне дзвюх груп C=O пры 1691 і 1671 см−1, паглынанне групы CN пры 2222 см−1 і паглынанне групы NH пры 3245 см−1, а яго спектр 1H-ЯМР паказаў групу CH пры 9,15 і 8,81 ppm і пратон NH пры 10,88 ppm (гл. эксперыментальны раздзел).
У гэтым даследаванні даследавалася рэакцыя ацылхларыду 4 з 1,3-дынуклеафіламі. Апрацоўка ацылхларыду 4 2-амінапірыдынам у 1,4-дыяксане з TEA ў якасці асновы пры пакаёвай тэмпературы прывяла да атрымання вытворнага акрыламіду 8 (Малюнак 5), структура якога была ідэнтыфікавана з выкарыстаннем спектральных дадзеных. ІЧ-спектры паказалі паласы паглынання цыяна-валентных груп пры 2222 см−1, NH пры 3148 см−1 і карбанільных груп пры 1665 см−1; 1H ЯМР-спектры пацвердзілі наяўнасць алефінавых пратонаў пры 9,14 ppm (гл. эксперыментальны раздзел).
Злучэнне 4 рэагуе з тыямачавінай, утвараючы пірымідынтыян 9; злучэнне 4 рэагуе з тыясемікарбазідам, утвараючы вытворнае тыяпіразолу 10 (малюнак 5). Структуры злучэнняў 9 і 10 былі пацверджаны спектральным і элементным аналізам (гл. раздзел «Эксперымент»).
Тэтразін-3-тыёл 11 быў атрыманы рэакцыяй злучэння 4 з тыякарбазідам у якасці 1,4-дынуклеафіла (малюнак 5), і яго структура была пацверджана спектраскапіяй і элементным аналізам. У інфрачырвоным спектры сувязь C=N з'явілася пры 1619 см−1. У той жа час яго 1H-ЯМР-спектр захаваў шматпласцінныя сігналы араматычных пратонаў пры 7,78–8,66 ppm і SH-пратонаў пры 3,31 ppm (гл. эксперыментальны раздзел).
Акрылілхларыд 4 рэагуе з 1,2-дыамінабензолам, 2-амінатыяфенолам, антранілавай кіслатой, 1,2-дыамінаэтанам і этаноламінам як 1,4-дынуклеафіламі з утварэннем новых гетэрацыклічных сістэм (13–16).
Структуры гэтых новых сінтэзаваных злучэнняў былі пацверджаны спектральным і элементным аналізам (гл. эксперыментальны раздзел). Вытворнае 2-гідраксіфенілакрыламіду 17 было атрымана рэакцыяй з 2-амінафенолам у якасці дынуклеафіла (малюнак 6), і яго структура была пацверджана спектральным і элементным аналізам. Інфрачырвоны спектр злучэння 17 паказаў, што сігналы C=O і C≡N з'явіліся пры 1681 і 2226 см−1 адпаведна. У той жа час яго 1H-ЯМР-спектр захаваў сінглетны сігнал алефіннага пратона пры 9,19 ppm, а пратон OH з'явіўся пры 9,82 ppm (гл. эксперыментальны раздзел).
Рэакцыя хларыду кіслаты 4 з адным нуклеафілам (напрыклад, этыламінам, 4-талуідынам і 4-метаксіанілінам) у дыяксане ў якасці растваральніка і TEA ў якасці каталізатара пры пакаёвай тэмпературы прывяла да атрымання зялёных крышталічных вытворных акрыламіду 18, 19a і 19b. Элементныя і спектральныя дадзеныя злучэнняў 18, 19a і 19b пацвердзілі структуры гэтых вытворных (гл. эксперыментальны раздзел) (малюнак 7).
Пасля праверкі антымікробнай актыўнасці розных сінтэтычных злучэнняў былі атрыманы розныя вынікі, як паказана ў Табліцы 1 і на Малюнку 8 (гл. файл з малюнкам). Усе правераныя злучэнні прадэманстравалі розную ступень інгібіравання ў дачыненні да грамстаноўчай бактэрыі MRSA, у той час як грам-адмоўная бактэрыя Escherichia coli прадэманстравала поўную ўстойлівасць да ўсіх злучэнняў. Правераныя злучэнні можна падзяліць на тры катэгорыі ў залежнасці ад дыяметра зоны інгібіравання ў дачыненні да MRSA. Першая катэгорыя была найбольш актыўнай і складалася з пяці злучэнняў (6, 7, 10, 13b і 14). Дыяметр зоны інгібіравання гэтых злучэнняў быў блізкі да 4 см; найбольш актыўнымі злучэннямі ў гэтай катэгорыі былі злучэнні 6 і 13b. Другая катэгорыя была ўмерана актыўнай і складалася з яшчэ пяці злучэнняў (11, 13a, 15, 18 і 19a). Зона інгібіравання гэтых злучэнняў вагалася ад 3,3 да 3,65 см, прычым злучэнне 11 паказала найбольшую зону інгібіравання 3,65 ± 0,1 см. З іншага боку, апошняя група ўтрымлівала тры злучэнні (8, 17 і 19b) з найменшай антымікробнай актыўнасцю (менш за 3 см). На малюнку 9 паказана размеркаванне розных зон інгібіравання.
Далейшае даследаванне антымікробнай актыўнасці правераных злучэнняў уключала вызначэнне мінімальнай інгібіруючай канцэнтрацыі (МІК) і мінімальнай канцэнтрацыі амінакіслот (МАК) для кожнага злучэння. Вынікі нязначна адрозніваліся (як паказана ў табліцах 2, 3 і на малюнку 10 (гл. файл з малюнкамі)), прычым злучэнні 7, 11, 13a і 15, відаць, былі перакласіфікаваны як найлепшыя. Яны мелі аднолькава нізкія значэнні МІК і МАК (39,06 мкг/100 мкл). Нягледзячы на ​​тое, што злучэнні 7 і 8 мелі ніжэйшыя значэнні МІК (9,7 мкг/100 мкл), іх значэнні МАК былі вышэйшымі (78,125 мкг/100 мкл). Такім чынам, яны лічыліся слабейшымі за раней згаданыя злучэнні. Аднак гэтыя шэсць злучэнняў былі найбольш эфектыўнымі з правераных, паколькі іх значэнні МАК былі ніжэйшымі за 100 мкг/100 мкл.
Злучэнні (10, 14, 18 і 19b) былі менш актыўнымі ў параўнанні з іншымі праверанымі злучэннямі, паколькі іх значэнні MBC вагаліся ад 156 да 312 мкг/100 мкл. З іншага боку, злучэнні (8, 17 і 19a) былі найменш перспектыўнымі, паколькі яны мелі найвышэйшыя значэнні MBC (адпаведна 625, 625 і 1250 мкг/100 мкл).
Нарэшце, у адпаведнасці з узроўнямі талерантнасці, паказанымі ў Табліцы 3, правераныя злучэнні можна падзяліць на дзве катэгорыі ў залежнасці ад іх механізму дзеяння: злучэнні з бактэрыцыдным эфектам (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) і злучэнні з антыбактэрыйным эфектам (6, 13b, 14, 17, 19a). Сярод іх пераважнымі з'яўляюцца злучэнні 7, 11, 13a і 15, якія праяўляюць знішчальную актыўнасць пры вельмі нізкай канцэнтрацыі (39,06 мкг/100 мкл).
Дзесяць з трынаццаці правераных злучэнняў прадэманстравалі патэнцыял супраць антыбіётыкарэзістэнтнага метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA). Таму рэкамендуецца далейшы скрынінг з больш устойлівымі да антыбіётыкаў патагенамі (асабліва лакальнымі ізалятамі, якія ахопліваюць патагенныя грамстаноўчыя і грамадмоўныя бактэрыі) і патагеннымі дрожджамі, а таксама цытатаксічнае тэставанне кожнага злучэння для ацэнкі яго бяспекі.
Для ацэнкі патэнцыялу сінтэзаваных злучэнняў у якасці інгібітараў пеніцылін-звязвальнага бялку 2a (PBP2a) у метыцылін-рэзістэнтным залацістым стафілакоку (MRSA) былі праведзены малекулярныя дакінгавыя даследаванні. PBP2a з'яўляецца ключавым ферментам, які ўдзельнічае ў біясінтэзе клеткавай сценкі бактэрый, і інгібіраванне гэтага фермента перашкаджае фарміраванню клеткавай сценкі, што ў канчатковым выніку прыводзіць да лізісу бактэрый і гібелі клетак1. Вынікі дакінга прыведзены ў Табліцы 4 і больш падрабязна апісаны ў дадатковым файле дадзеных, і вынікі паказваюць, што некалькі злучэнняў праяўлялі моцную афіннасць звязвання з PBP2a, асабліва з ключавымі рэшткамі актыўнага цэнтра, такімі як Lys 273, Lys 316 і Arg 298. Узаемадзеянні, уключаючы вадародныя сувязі і π-стэкінг, былі вельмі падобныя да ўзаемадзеянняў сумесна крышталізаванага хіназаліноннага ліганда (CCL), што сведчыць аб патэнцыяле гэтых злучэнняў у якасці магутных інгібітараў.
Дадзеныя малекулярнага дакінгу, разам з іншымі вылічальнымі параметрамі, пераканаўча сведчаць аб тым, што інгібіраванне PBP2a з'яўляецца ключавым механізмам, адказным за назіраную антыбактэрыйную актыўнасць гэтых злучэнняў. Значэнні балаў дакінгу і сярэднеквадратычнага адхілення (RMSD) дадаткова раскрылі афіннасць звязвання і стабільнасць, пацвярджаючы гэтую гіпотэзу. Як паказана ў Табліцы 4, хоць некалькі злучэнняў прадэманстравалі добрую афіннасць звязвання, некаторыя злучэнні (напрыклад, 7, 9, 10 і 14) мелі больш высокія балы дакінгу, чым сумесна крышталізаваны ліганд, што сведчыць аб тым, што яны могуць мець больш моцнае ўзаемадзеянне з рэшткамі актыўнага цэнтра PBP2a. Аднак найбольш біялагічна актыўныя злучэнні 6 і 13b паказалі крыху ніжэйшыя балы дакінгу (-5,98 і -5,63 адпаведна) у параўнанні з іншымі лігандамі. Гэта сведчыць аб тым, што, хоць балы дакінгу могуць быць выкарыстаны для прагназавання афіннасці звязвання, іншыя фактары (напрыклад, стабільнасць ліганда і малекулярныя ўзаемадзеянні ў біялагічным асяроддзі) таксама адыгрываюць ключавую ролю ў вызначэнні антыбактэрыйнай актыўнасці. Варта адзначыць, што значэнні RMSD усіх сінтэзаваных злучэнняў былі ніжэй за 2 Å, што пацвярджае, што іх докінгавыя позы структурна адпавядаюць канфармацыі звязвання сумесна крышталізаванага ліганда, што яшчэ больш падмацоўвае іх патэнцыял як магутных інгібітараў PBP2a.
Нягледзячы на ​​тое, што паказчыкі дакінгу і RMS-значэнні даюць каштоўныя прагнозы, карэляцыя паміж гэтымі вынікамі дакінгу і антымікробнай актыўнасцю не заўсёды відавочная на першы погляд. Нягледзячы на ​​тое, што інгібіраванне PBP2a лічыцца ключавым фактарам, які ўплывае на антымікробную актыўнасць, некаторыя адрозненні сведчаць аб тым, што іншыя біялагічныя ўласцівасці таксама адыгрываюць важную ролю. Злучэнні 6 і 13b прадэманстравалі найвышэйшую антымікробную актыўнасць, з дыяметрам зоны інгібіравання 4 см і найніжэйшымі значэннямі MIC (9,7 мкг/100 мкл) і MBC (78,125 мкг/100 мкл), нягледзячы на ​​іх больш нізкія паказчыкі дакінгу ў параўнанні са злучэннямі 7, 9, 10 і 14. Гэта сведчыць аб тым, што, хоць інгібіраванне PBP2a спрыяе антымікробнай актыўнасці, такія фактары, як растваральнасць, біядаступнасць і дынаміка ўзаемадзеяння ў бактэрыяльным асяроддзі, таксама ўплываюць на агульную актыўнасць. На малюнку 11 паказаны іх пазіцыі дакінгу, што паказвае, што абодва злучэнні, нават з адносна нізкімі паказчыкамі звязвання, усё яшчэ здольныя ўзаемадзейнічаць з ключавымі рэшткамі PBP2a, патэнцыйна стабілізуючы комплекс інгібіравання. Гэта падкрэслівае, што, хоць малекулярны докінг дае важную інфармацыю аб інгібіранні PBP2a, для поўнага разумення рэальных антымікробных эфектаў гэтых злучэнняў неабходна ўлічваць і іншыя біялагічныя фактары.
Выкарыстоўваючы крышталічную структуру PBP2a (PDB ID: 4CJN), былі пабудаваны 2D- і 3D-карты ўзаемадзеяння найбольш актыўных злучэнняў 6 і 13b, звязаных з пеніцылін-звязальным бялком 2a (PBP2a) метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA). Гэтыя карты параўноўваюць характары ўзаемадзеяння гэтых злучэнняў з перадакаваным сукрышталізаваным хіназалінонавым лігандам (CCL), вылучаючы ключавыя ўзаемадзеянні, такія як вадародныя сувязі, π-стэкінг і іённыя ўзаемадзеянні.
Падобная карціна назіралася для злучэння 7, якое паказала адносна высокі бал дакінгу (-6,32) і падобны дыяметр зоны інгібіравання (3,9 см), як і злучэнне 10. Аднак яго мінімальная інгібіруючая канцэнтрацыя (МІК) (39,08 мкг/100 мкл) і мінімальная канцэнтрацыя амінакіслот (МБК) (39,06 мкг/100 мкл) былі значна вышэйшымі, што сведчыць аб тым, што для праявы антыбактэрыйнага эфекту патрабуюцца больш высокія канцэнтрацыі. Гэта сведчыць аб тым, што, хоць злучэнне 7 прадэманстравала моцную афіннасць звязвання ў даследаваннях дакінгу, такія фактары, як біядаступнасць, паглынанне клеткамі або іншыя фізіка-хімічныя ўласцівасці, могуць абмяжоўваць яго біялагічную эфектыўнасць. Нягледзячы на ​​тое, што злучэнне 7 прадэманстравала бактэрыцыдныя ўласцівасці, яно было менш эфектыўным у інгібіраванні росту бактэрый у параўнанні са злучэннямі 6 і 13b.
Злучэнне 10 прадэманстравала больш істотную розніцу з найвышэйшым балам дакінгу (-6,40), што сведчыць аб моцнай афіннасці звязвання з PBP2a. Аднак дыяметр яго зоны інгібіравання (3,9 см) быў параўнальны з злучэннем 7, а яго MBC (312 мкг/100 мкл) быў значна вышэйшым, чым у злучэнняў 6, 7 і 13b, што сведчыць аб слабейшай бактэрыцыднай актыўнасці. Гэта сведчыць аб тым, што, нягледзячы на ​​добрыя прагнозы дакінгу, злучэнне 10 было менш эфектыўным у знішчэнні MRSA з-за іншых абмежавальных фактараў, такіх як растваральнасць, стабільнасць або дрэнная пранікальнасць бактэрыяльнай мембраны. Гэтыя вынікі пацвярджаюць разуменне таго, што, хоць інгібіраванне PBP2a адыгрывае ключавую ролю ў антыбактэрыйнай актыўнасці, яно не цалкам тлумачыць адрозненні ў біялагічнай актыўнасці, якія назіраюцца сярод правераных злучэнняў. Гэтыя адрозненні сведчаць аб тым, што для поўнага высвятлення задзейнічаных антыбактэрыйных механізмаў неабходныя далейшыя эксперыментальныя аналізы і паглыбленыя біялагічныя ацэнкі.
Вынікі малекулярнага дакінгу ў Табліцы 4 і Дадатковым файле дадзеных падкрэсліваюць складаную ўзаемасувязь паміж баламі дакінгу і антымікробнай актыўнасцю. Нягледзячы на ​​тое, што злучэнні 6 і 13b маюць ніжэйшыя балы дакінгу, чым злучэнні 7, 9, 10 і 14, яны праяўляюць найвышэйшую антымікробную актыўнасць. Іх карты ўзаемадзеяння (паказаныя на Малюнку 11) паказваюць, што, нягледзячы на ​​больш нізкія балы звязвання, яны ўсё яшчэ ўтвараюць значныя вадародныя сувязі і π-стэкінгавыя ўзаемадзеянні з ключавымі рэшткамі PBP2a, якія могуць стабілізаваць комплекс фермент-інгібітар біялагічна карысным чынам. Нягледзячы на ​​адносна нізкія балы дакінгу 6 і 13b, іх павышаная антымікробная актыўнасць сведчыць аб тым, што іншыя ўласцівасці, такія як растваральнасць, стабільнасць і паглынанне клеткамі, павінны ўлічвацца разам з дадзенымі дакінгу пры ацэнцы патэнцыялу інгібітара. Гэта падкрэслівае важнасць спалучэння даследаванняў дакінгу з эксперыментальным антымікробным аналізам для дакладнай ацэнкі тэрапеўтычнага патэнцыялу новых злучэнняў.
Гэтыя вынікі падкрэсліваюць, што, хоць малекулярны докінг з'яўляецца магутным інструментам для прагназавання афіннасці звязвання і вызначэння патэнцыйных механізмаў інгібіравання, нельга спадзявацца толькі на яго для вызначэння эфектыўнасці антымікробных прэпаратаў. Малекулярныя дадзеныя сведчаць аб тым, што інгібіраванне PBP2a з'яўляецца ключавым фактарам, які ўплывае на антымікробную актыўнасць, але змены ў біялагічнай актыўнасці сведчаць аб тым, што іншыя фізіка-хімічныя і фармакакінетычныя ўласцівасці павінны быць аптымізаваны для павышэння тэрапеўтычнай эфектыўнасці. Будучыя даследаванні павінны быць сканцэнтраваны на аптымізацыі хімічнай структуры злучэнняў 7 і 10 для паляпшэння біядаступнасці і паглынання клеткамі, гарантуючы, што моцныя докінгавыя ўзаемадзеянні перакладаюцца ў рэальную антымікробную актыўнасць. Далейшыя даследаванні, у тым ліку дадатковыя біялагічныя аналізы і аналіз залежнасці структуры ад актыўнасці (SAR), будуць мець вырашальнае значэнне для далейшага разумення таго, як гэтыя злучэнні функцыянуюць як інгібітары PBP2a, і для распрацоўкі больш эфектыўных антымікробных прэпаратаў.
Злучэнні, сінтэзаваныя з 3-(антрацэн-9-іл)-2-цыянакрылаілхларыду 4, праяўлялі розную ступень антымікробнай актыўнасці, прычым некалькі злучэнняў дэманстравалі значнае інгібіраванне метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA). Аналіз структурна-актыўнасці (SAR) выявіў ключавыя структурныя асаблівасці, якія ляжаць у аснове антымікробнай эфектыўнасці гэтых злучэнняў.
Прысутнасць як акрыланітрыльных, так і антрацэнавых груп аказалася крытычнай для павышэння антымікробнай актыўнасці. Высокарэактыўная нітрыльная група ў акрыланітрыле неабходная для палягчэння ўзаемадзеяння з бактэрыяльнымі бялкамі, тым самым спрыяючы антымікробным уласцівасцям злучэння. Злучэнні, якія змяшчаюць як акрыланітрыл, так і антрацэн, паслядоўна дэманстравалі больш моцныя антымікробныя эфекты. Араматычнасць антрацэнавай групы дадаткова стабілізавала гэтыя злучэнні, патэнцыйна павялічваючы іх біялагічную актыўнасць.
Увядзенне гетэрацыклічных кольцаў значна палепшыла антыбактэрыйную эфектыўнасць некалькіх вытворных. У прыватнасці, вытворнае бензатыязолу 13b і вытворнае акрылгідразіду 6 прадэманстравалі найвышэйшую антыбактэрыйную актыўнасць з зонай інгібіравання прыблізна 4 см. Гэтыя гетэрацыклічныя вытворныя прадэманстравалі больш значныя біялагічныя эфекты, што сведчыць аб тым, што гетэрацыклічная структура адыгрывае ключавую ролю ў антыбактэрыйных эфектах. Аналагічна, пірымідынэтыён у злучэнні 9, тыяпіразол у злучэнні 10 і тэтразінавае кольца ў злучэнні 11 спрыялі антыбактэрыйным уласцівасцям злучэнняў, што яшчэ раз падкрэслівае важнасць гетэрацыклічнай мадыфікацыі.
Сярод сінтэзаваных злучэнняў 6 і 13b вылучаліся сваёй выдатнай антыбактэрыйнай актыўнасцю. Мінімальная інгібіруючая канцэнтрацыя (МІК) злучэння 6 складала 9,7 мкг/100 мкл, а мінімальная бактэрыцыдная канцэнтрацыя (МБК) — 78,125 мкг/100 мкл, што сведчыць пра яго выдатную здольнасць ачышчаць ад метыцылін-рэзістэнтнага залацістага стафілакока (MRSA). Падобным чынам, злучэнне 13b мела зону інгібіравання 4 см і нізкія значэнні МІК і МБК, што пацвярджае яго магутную антыбактэрыйную актыўнасць. Гэтыя вынікі падкрэсліваюць ключавую ролю функцыянальных груп акрылагідразіду і бензатыязолю ў вызначэнні біяэфектыўнасці гэтых злучэнняў.
У адрозненне ад гэтага, злучэнні 7, 10 і 14 праяўлялі ўмераную антыбактэрыйную актыўнасць з зонамі інгібіравання ў дыяпазоне ад 3,65 да 3,9 см. Для поўнага знішчэння гэтых злучэнняў патрабаваліся больш высокія канцэнтрацыі, што пацвярджаецца іх адносна высокімі значэннямі мінімальнай інгібіруючай канцэнтрацыі (МІК) і мінімальнай антыбактэрыйнай канцэнтрацыі (МБК). Нягледзячы на ​​тое, што гэтыя злучэнні былі менш актыўнымі, чым злучэнні 6 і 13b, яны ўсё ж праяўлялі значны антыбактэрыйны патэнцыял, што сведчыць аб тым, што ўключэнне акрыланітрыльных і антрацэнавых фрагментаў у гетэрацыклічнае кольца спрыяе іх антыбактэрыйнаму эфекту.
Злучэнні маюць розныя механізмы дзеяння: некаторыя праяўляюць бактэрыцыдныя ўласцівасці, а іншыя — бактэрыястатычныя. Злучэнні 7, 11, 13a і 15 з'яўляюцца бактэрыцыднымі і патрабуюць меншых канцэнтрацый для поўнага знішчэння бактэрый. Наадварот, злучэнні 6, 13b і 14 з'яўляюцца бактэрыястатычнымі і могуць інгібіраваць рост бактэрый пры меншых канцэнтрацыях, але патрабуюць больш высокіх канцэнтрацый для поўнага знішчэння бактэрый.
У цэлым, аналіз суадносін структуры і актыўнасці падкрэслівае важнасць увядзення акрыланітрыльных і антрацэнавых фрагментаў, а таксама гетэрацыклічных структур для дасягнення значнай антыбактэрыйнай актыўнасці. Гэтыя вынікі сведчаць аб тым, што аптымізацыя гэтых структурных кампанентаў і вывучэнне далейшых мадыфікацый для паляпшэння растваральнасці і пранікальнасці мембран могуць прывесці да распрацоўкі больш эфектыўных прэпаратаў супраць MRSA.
Усе рэагенты і растваральнікі былі ачышчаны і высушаны з выкарыстаннем стандартных працэдур (Эль-Гомхурыя, Егіпет). Тэмпературы плаўлення былі вызначаны з дапамогай электроннага прыбора для вызначэння тэмпературы плаўлення GallenKamp і пададзены без карэкцыі. Інфрачырвоныя (ІЧ) спектры (см⁻1) былі запісаны на кафедры хіміі факультэта прыродазнаўчых навук Універсітэта Айн-Шамс з выкарыстаннем таблетак броміду калію (KBr) на спектрометры Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR (Thermo Fisher Scientific, Уолтэм, Масачусэтс, ЗША).
Спектры 1H ЯМР былі атрыманы пры 300 МГц з выкарыстаннем ЯМР-спектрометра GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Анахайм, Каліфорнія, ЗША) і ЯМР-спектрометра BRUKER 300 МГц (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Тэтраметылсілан (TMS) выкарыстоўваўся ў якасці ўнутранага стандарту з дэйтэрыраваным дыметылсульфаксідам (DMSO-d₆). Вымярэнні ЯМР былі праведзены на факультэце прыродазнаўчых навук Каірскага ўніверсітэта, Гіза, Егіпет. Элементны аналіз (CHN) быў праведзены з выкарыстаннем элементнага аналізатара Perkin-Elmer 2400, і атрыманыя вынікі добра адпавядаюць разліковым значэнням.
Сумесь кіслаты 3 (5 ммоль) і тыянілхларыду (5 мл) награвалі на вадзяной лазні пры тэмпературы 65 °C на працягу 4 гадзін. Лішак тыянілхларыду выдалялі перагонкай пры паніжаным ціску. Атрыманае чырвонае цвёрдае рэчыва збіралі і выкарыстоўвалі без дадатковай ачысткі. Тэмпература плаўлення: 200-202 °C, выхад: 88,5%. ІЧ (KBr, ν, см−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 9,26 (с, 1H, CH=), 7,27-8,57 (м, 9H, гетэраараматызацыя). 13C ЯМР (75 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₄ антрацэн), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Аналітык. Разлічана для C18H10ClNO (291,73): C 74,11; H 3,46; N 4,80. Атрыманыя значэнні: C 74,41; H 3,34; N 4,66%.
Пры тэмпературы 0°C злучэнне 4 (2 ммоль, 0,7 г) растваралі ў бязводным дыяксане (20 мл) і па кроплях дадавалі гідразінгідрат (2 ммоль, 0,16 мл, 80%) і перамешвалі на працягу 1 гадзіны. Асадак адфільтроўвалі і перакрышталізавалі з этанолу, атрымліваючы злучэнне 6.
Зялёныя крышталі, тэмпература плаўлення 190-192℃, выхад 69,36%; ІЧ (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) см−1. 1H-ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 9,3 (шырокі с, H, NH, абменны), 7,69-8,51 (м, 18H, гетэраараматычны), 9,16 (с, 1H, CH=), 8,54 (с, 1H, CH=); Разліковае значэнне для C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Атрыманыя: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Растварыце 4 (2 ммоль, 0,7 г) у 20 мл бязводнага раствора дыяксану (які змяшчае некалькі кропель трыэтыламіну), дадайце фенілгідразін/2-амінапірыдын (2 ммоль) і змешвайце пры пакаёвай тэмпературы на працягу 1 і 2 гадзін адпаведна. Выліце рэакцыйную сумесь у лёд або ваду і падкісліце разведзенай салянай кіслатой. Адфільтруйце выдзеленае цвёрдае рэчыва і перакрышталізуйце з этанолу, каб атрымаць 7, і перакрышталізуйце з бензолу, каб атрымаць 8.
Зялёныя крышталі, тэмпература плаўлення 160-162℃, выхад 77%; ІЧ (KBr, ν, см−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) см−1. 1H-ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6): δ (м.д.): 10,88 (с, 1H, NH, абменны), 9,15 (с, 1H, CH=), 8,81 (с, 1H, CH=), 6,78-8,58 (м, 23H, гетэраараматычны); Разліковае значэнне для C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Атрыманыя: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 ммоль, 0,7 г) растваралі ў 20 мл бязводнага раствора дыяксану (які змяшчае некалькі кропель трыэтыламіну), дадавалі 2-амінапірыдын (2 ммоль, 0,25 г) і сумесь перамешвалі пры пакаёвай тэмпературы на працягу 2 гадзін. Рэакцыйную сумесь вылівалі ў ледзяную ваду і падкіслялі разведзенай салянай кіслатой. Утвораны асадак адфільтроўвалі і перакрышталізавалі з бензолу, у выніку чаго атрымлівалі зялёныя крышталі 8 з тэмпературай плаўлення 146-148 °C і выхадам 82,5%; інфрачырвоны спектр (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) см−1. 1H ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6): δ (м.д.): 8,78 (с, H, NH, абменны), 9,14 (с, 1H, CH=), 7,36-8,55 (м, 13H, гетэраараматызацыя); Разлічана для C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Атрыманыя: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Злучэнне 4 (2 ммоль, 0,7 г) растваралі ў 20 мл сухога дыяксану (які змяшчае некалькі кропель трыэтыламіну і 2 ммоль тыямачавіны/семікарбазіду) і награвалі з зваротным халадзільнікам на працягу 2 гадзін. Растваральнік выпарвалі ў вакууме. Рэшту перакрышталізавалі з дыяксану, атрымаўшы сумесь.