Оценка антимикобактериальной активности вновь синтезированных производных пиримидина в отношении Mycobacterium tuberculosis

Актуальность. Современная тенденция растущей антибиотикорезистентности среди патогенных микроорганизмов остаётся одной из актуальных и значимых проблем человечества. Постоянное распространение резистентных штаммов микроорганизмов требует разработки инновационных методов и поиска лекарственных соединений с высокоэффективным механизмом действия. Одним из подобных мультирезистентных патогенов, трудно поддающихся лечению, является возбудитель туберкулёза Mycobactеrium tuberculоsis.

Цель. Изучить влияние вновь синтезированных производных пиримидина на рост культуры Mycobactеrium tuberculоsis и на структурные изменения клеток.

Материал и методы. В ходе работы для оценки влияния ряда производных пиримидина на рост культуры M.tuberculоsis проводили скрининг 6 образцов 5-(арилметилен) гексагидропиримидин-2,4,6-трионов (ТАГ1 — ТАГ6), 7 образцов 5-гетарилметилиден-2,4,6-трионов (ТАГ7 — ТАГ13) и 2 новых образцов 3-(2-Бензилокси-2-оксоэтил)хиназолин-4(3Н)-он и 3-[2-(1-Нафтил)-2-оксоэтил]хиназолин-4(3Н)-он под лабораторными шифрами VMA-13-03 и VMA-13-04. В качестве тест-культуры M.tuberculosis использовали штамм H37RV, предоставленный бактериологической лабораторией Областной инфекционной клинической больницы им. А. М. Ничоги. Для приготовления взвеси микобактерий использовали 4-недельную культуру M.tuberculosis, синхронизированную холодом (+4°С) в течение 72 ч. Количество микобактерий в суспензии определяли по стандарту мутности McFarland 0,5. В каждую пробирку ряда последовательных разведений изучаемых веществ, включая контроль, вносили по 0,2 мл рабочей взвеси M.tuberculosis. Исследование проводили в 4 сериях повторных экспериментов. Определяли минимальную бактерицидную концентрацию соединений, при которой не обнаруживалось роста колоний и минимальную подавляющую концентрацию, при которой наблюдалась задержка роста микобактерий на 50% по сравнению с контролем. Из осадка готовили мазки для окрашивания по методу Циля–Нильсена для определения наличия кислотоустойчивых и некислотоустойчивых форм микобактерий, а также для изучения влияния пиримидинов и препарата сравнения на структурные изменения клеток M.tuberculosis.

Результаты. В ходе исследования максимально приближенную антибактериальную активность к препарату сравнения изониазиду по показателю задержки роста микобактерий проявили соединения ТАГ4, ТАГ6 и ТАГ8. Наибольшая бактерицидная активность в отношении M.tuberculosis отмечалась у ТАГ4, ТАГ7 и VMA-13-04. Остальные соединения проявили минимальное ингибирующее влияние на рост M.tuberculosis. Микроскопические исследования показали, что под влиянием ТАГ3, ТАГ4, ТАГ7, ТАГ12, VMA-13-03 и VMA-13-04 основные структурные компоненты клеток M.tuberculosis подвергаются фрагментации и изменению морфологических особенностей по сравнению с клетками микобактерий без воздействия.

Заключение. В результате проведённого исследования установлено, что все изучаемые соединения обладают антимикобактериальной активностью. По характеру ингибирующего воздействия на рост M.tuberculosis соединения под лабораторными шифрами ТАГ1, ТАГ4, ТАГ7 и ТАГ13 были сопоставимы с изониазидом, а производное ТАГ3 даже несколько превосходило действие препарата сравнения. Наименее выраженным противотуберкулёзным действием обладали соединения под лабораторными шифрами VMA-13-03 и VMA-13-04, вещества под лабораторными шифрами ТАГ5, ТАГ6, ТАГ11 и ТАГ12 — меньшей степенью фармакологического эффекта.

1. Bhusnure O.G., Shinde M.C., Vijayendra S.S., Gholve S.B., Giram P.S., Birajdar M.J. Phytopharmaceuticals: An emerging platform for innovation and development of new drugs from botanicals. Journal of Drug Delivery and Therapeutics. 2019; 9 (3-s): 1046–1057. doi: 10.22270/jddt.v9i3-s.2940.

2. Jean S.S., Gould I.M., Lee W.S., Hsueh P.R. New drugs for multidrug-resistant Gram-negative organisms: time for stewardship. Drugs. 2019; 79 (7): 705–714. doi: 10.1007/s40265-019-01112-1.

3. Kaplancikli A..Z., Yurttas L., Turan–Zitouni G., A-zdemir A., Goger G., D emirci F., Abu Mohsen U. Synthesis and antimicrobial activity of new pyrimidine-hydrazones. Letters in Drug Design & Discovery. 2014; 11 (1):76–81. doi: 10.2174/15701808113109990037

4. Старшинова А.А., Павлова М.В., Яблонский П.К., Сапожникова Н. В., Виноградова Т.И., Чернохаева И.В., Беляева Е.Н. Эволюция фтизиатрии — это поиск новых методов и препаратов, эффективных при лечении туберкулеза. Практическая медицина. 2014; 83 (7): 1–189.

5. Bloom B.R., Atun R., Cohen T. et al. Tuberculosis. In: Major Infectious Diseases. 2017. doi: 10.1596/978-1-4648-0524-0_ch11.

6. Усов К.И., Юшков Г.Г., Машанов А.В. Острая токсичность противотуберкулёзных препаратов, содержащих и не содержащих пиридоксина гидрохлорид (экспериментальное исследование). Туберкулёз и болезни лёгких. 2014; 12: 3–86.

7. Шикова Ю. В., Ивакина С.Н,. Кадыров А.Р, Елова Е.В., Зайцева О.Е., Лиходед Т.А. Анализ ассортимента лекарственных препаратов для выявления и разработки нового комбинированного противотуберкулёзного препарата. Медицинский вестник Башкортостана. 2016; 11 (5): 56–60.

8. Rybniker J., Vocat A., Sala, Busso P., Pojer F., Benjak A., Cole S.T. Lansoprazole is an antituberculous prodrug targeting cytochrome bc 1. Nat Commun. 2015; 6: 7659. doi: 10.1038/ncomms8659.

9. Гельберг И.С., Вольф С.Б., Алексо Е.Н., Авласенко В.С., Коломиец В.М., Коноркина Е.А. Факторы риска развития туберкулёза с множественной лекарственной устойчивостью возбудителя. Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». 2015; 1: 1–129.

10. Desai N.C., Kotadiya G.M., Trivedi A.R. Studies on molecular properties prediction, antitubercular and antimicrobial activities of novel quinoline based pyrimidine motifs. Bioorg Med Chem Lett. 2014; 24 (14): 3126–3130. doi: 10.1016/j.bmcl.2014.05.002.

11. Barry C.E., Blanchard J.S. The chemical biology of new drugs in development for tuberculosis. Curr Opin Chem Biol. 2010; 14 (4): 456–466. doi: 10.1016/j.cbpa.2010.04.008.

12. Darby C.M., Nathan C.F. Killing of non-replicating Mycobacterium tuberculosis by 8-hydroxyquinoline. J Antimicrob Chemother. 2010; 65 (7): 1424–1427. doi:10.1093/jac/dkq145.

13. Villela A.D., Sánchez-Quitian Z.A., Ducati R.G., Santos D.S., Basso L.A. Pyrimidine salvage pathway in Mycobacterium tuberculosis. Curr Med Chem. 2011; 18: 1286–1298. doi: 10.2174/092986711795029555.

14. Ramalho T.C., Caetano M.S., Josa D., Luz G.P., Freitas E.A., Cunha E.F.F. Molecular modeling of Mycobacterium tuberculosis dutpase: docking and catalytic mechanism studies. J Biomol Struct Dyn. 2011; 28: 907–918. doi: 10.1080/07391102.2011.10508617

15. Нитритредуктаза в качестве потенциальной мишени против туберкулёза и способ обнаружения степени тяжести туберкулёза. Патент России №2671688 (2013). Заявка: 27.02.2013, опубликовано 06.11.2018.

16. Kumar М., Singh S.К., Singh P.P., Singh V.К., Rai A.С., Srivastava A.К., Shukla L., Kesawat M.S., Jaiswal A.K., Chung S.M., Kumar A. Potential anti-mycobacterium tuberculosis activity of plant secondary metabolites: insight with molecular docking interactions. Antioxidants. 2021; 10: 1–25. doi: 10.3390/antiox10121990.

17. Jamaati H., Mortaz E., Pajouhi Z., Folkerts G., Movassaghi M., Moloudizargari M., Adcock I.M., Garssen J. Nitric oxide in the pathogenesis and treatment of tuberculosis. Front Microbiol. 2017; 8: 1–11. doi: 0.3389fmicb.2017.02008. eCollection 2017.

18. Santhi N., Aishwarya S. Insights from the molecular docking of withanolidederivatives to the target protein PknG from Mycobacterium tuberculosis. Bioinformatics. 2011; 7 (1):: 1–4. doi: 10.6026/97320630007001. Epub 2011 Aug 20.

19. Lambert N., Abdalla A.E., Duan X., Xie J. Emerging drugs and drug targets against tuberculosis. J Drug Target. 2017; 25 (4): 296–306. doi: 10.1080/1061186X.2016.1258705.

20. Khedr M.A., Pillay M., Chandrashekharappa S., Chopra D., Aldhubiab B.E., Attimarad M., Alwassil O.I., Mlisana K., Odhav B., Venugopala K.N. Molecular modeling studies and anti-TB activity of trisubstituted indolizine analogues; Molecular docking and dynamic inputs. J Biomol Struct Dyn. 2018. 36 (8): 2163–2178. doi: 10.1080/07391102.2017.1345325.

21. Ginsberg A.M. Drugs in Development for Tuberculosis. Drugs. 2010; 70 (17): 2201–2214. doi: 10.2165/11538170-000000000-00000.

22. Singh V., Somvanshi P. Homology modelling of 3-oxoacyl-acyl carrier protein synthase II from Mycobacterium tuberculosis H37Rv and molecular docking for exploration of drugs. J Mol Model. 2009; 15: 453–460.doi: 10.1007/s00894-008-0426-5.

23. Das N., Jena, P.K., Pradhan S.K. Arabinosyltransferase C enzyme of Mycobacterium tuberculosis, a potential drug target: An insight from molecular docking study. Heliyon. 2019; 5: 1–6. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02693.

24. Гариб Ф.Ю., Ризопулу А.П. Взаимодействия патогенных бактерий с врождёнными иммунными реакциями хозяина. Инфекция и иммунитет. 2012; 2 (3): 581–596.

25. Sundar S., Thangamani L., Manivel G., Kumar P., Piramanayagam S. Molecular docking, molecular dynamics and MM/PBSA studies of FDA approved drugs for protein kinase a of Mycobacterium tuberculosis; Aapplication insights of drug repurposing. Informatics in Medicine Unlocked. 2019; 16: 1–5. doi:10.1016/j.imu.2019.100210.

26. Vianna C.P., Jr W.F. Identification of new potential Mycobacterium tuberculosis shikimate kinase inhibitors through molecular docking simulations. J Mol Model. 2012; 18: 755–764. doi: 10.1007/s00894-011-1113-5.

27. Foo C.S., Pethe K., Lupien A. Oxidative phosphorylation — an update on a new, essential target space for drug discovery in Mycobacterium tuberculosis. App Sci. 2020; 10: 1–33. doi:10.3390/app10072339.

28. Rani J., Kumar S., Saini M., Mundlia J., Verma, P. K. Biological potential of pyrimidine derivatives in a new era. Research on Chemical Intermediates. 2016; 42 (9): 6777–6804. doi:10.1007/s11164-016-2525-8

29. Al-Abdullah E. S., Al-Turkistani A. A., Al-Deeb O. A., El-Brollosy N. R., Habib E. E., El-Emam A.A. Pyrimidine-5-carbonitriles II: synthesis and antimicrobial activity of novel 6-alkyl-2, 4-disubstituted pyrimidine-5-carbonitriles. Drug Res. 2014; 64 (01): 31–39. doi: 10.1055/s-0033-1351315. Epub 2013 Aug 15.

30. Самотруева М.А, Цибизова А.А, Ясенявская А.Л., Озеров А.А., Тюренков И.Н.Фармакологическая активность производных пиримидинов. Астраханский медицинский журнал. 2015; 10 (1): 1–108.

31. Coen N., Duraffour S., Topalis D., Snoeck R., Andrei G. Spectrum of activity and mechanisms of resistance of various nucleoside derivatives against γ-herpesviruses. Antimicrob Agents Chemother. 2014; 58 (12): 7312–7323. doi: 10.1128/AAC.03957-14.

32. McBryde E.S., Meehan M.T., Doan T.N., Ragonnet R., Marais B.J., Guernier V., Trauer J.M. The risk of global epidemic replacement with drug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains. Intern J Infect Dis. 2017; 56: 14–20. doi: 10.1016/j.ijid.2017.01.031. Epub 2017 Feb 2. 33. Навашин С.М., Фомина И.П. Справочник по антибиотикам. М.: Медицина, 1974; 54. [Navashin S.M., Fomina I.P. Spravochnik po antibiotikam. Moscow: Meditsina, 1974; 54. (in Russian)]

33. Малая медицинская энциклопедия. М.: Медицина, 1991–1996 гг.

34. Бреннан П.Дж., Дрепер Ф. Ультраструктура микобактерий туберкулёза. Туберкулёз, патогенез, защита, контроль. Под. ред. Б. Р. Блума; М.: Медицина, 2002; 294–306.

35. Овчинников Н.М., Делекторский Н.М. Электронная микроскопия некоторых представителей рода трепонем, рода нейссерия и трихомонад. М.: Медицина, 1974; 129.

36. Дюбо Р. Бактериальная клеткаю М.: Медгиз, 1948; 525.

37. Модель Л.М. Биология туберкулёзных микобактерий и иммунология туберкулёза. М.: 1958; 315.

38. Пашинян А. Г. Терапия инфекций мочевыводящих. Медицинский совет. 2011; 3–4: 46–47.

39. Cohen A.T., Dye C., Fraser H., Gomez G. B., Knight G., Murray M., Nardell E., Rubin E., Salomon J., Vassall A., Volchenkov G., White R., Wilson D., Yadav P. The International Bank for reconstruction and development. The World Bank, 2017.