CC BY
83
S. В. Akhmetova, R. I. Jalmakhanbetova, R. M. Aksartov, G. A. Atazhanova, S. M. Adekenov
ANTIMICROBIAL AND ANTIFUNGAL ACTIVITY OF ARGLABIN AND ITS ANALOGUES
Institute of Phytochemistry MES RK, Karaganda, Kazakhstan
ABSTRACT
The purpose of this work was to study the antimicrobial and antifungal activity of sesquiterpene lactones and their derivatives. As result of the studies we established for the first time the antimicrobial and antifungal activity of sesquiterpene lactones and their derivatives. Bromocarbene derivative of Arglabin inhibits Вас. subtilis strains at low doses affecting peptidoglycan in thin-walled strains of gram-negative bacilli. Arglabin and its analogues inhibits grows of pathogenic fungi (Aspergillus flavus, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Microsporum canis).
Key words: sesquiterpene lactone, antimicrobial activity, antifungal activity, strains.
С. Б. Ахметова, P. И. Джалмаханбетова, P. М. Аксартов, Г. А. Атажанова, С. М. Адекеное
АНТИМИКРОБНАЯ И ПРОТИВОГРИБКОВАЯ АКТИВНОСТЬ АРГЛАБИНА И ЕГО АНАЛОГОВ
Институт фитохимии МОН РК, г. Караганда, Казахстан
РЕЗЮМЕ
Впервые установлена антимикробная и противогрибковая активность сесквитерпенового лактона арглабин и его аналогов. Рассмотрена взаимосвязь между строением и биологической активностью изучаемых сесквитер-пеновых лактонов. Бромкарбенпроизводное арглабина ингибирует штаммы Вас. subtilis в малых дозах, действуя на пептидогликан тонкостенных штаммов грамположительных палочек. Арглабин и его аналоги обладают способностью подавлять рост патогенных грибов (Aspergillus flavus, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Microsporum canis).
Ключевые слова: сесквитерпеновый лактон, антимикробная активность, противогрибковая активность, штаммы.
ВВЕДЕНИЕ
Сесквитерпеновые лактоны представляют интерес как потенциальный источник для поиска и создания новых антимикробных и противогрибковых препаратов [1; 2; 5; 8].
К сесквитерпеновым лактонам относят группу природных соединений, часто встречающихся в растительном мире и обладающих широким спектром биологической активности, который включает противоопухолевый, антималярийный, антимикробный, противовоспалительный и антивирусный эффекты. Биологическая активность сесквитерпеновых лактонов обусловлена в основном наличием а,р-ненасы-щенного лактонного цикла [2, 3].
К. Н. Lee et al сделали попытку определить взаимосвязь строения сесквитерпеновых лактонов с их антимикробной активностью [2, 7]. Изучение антимикробной активности сесквитерпеновых лактонов показало, что эти соединения исключительно активны в отношении грамположительных бактерий, таких, как S. aureus, В. subtilis. При этом обнаружено,
что наличие а,|3-ненасыщенного циклопентанового кольца в молекуле, участвующего в реакции присоединения по Михаэлю к сульфгидрильным группам ферментов, способствует такому антибактериальному действию [4-6].
Целью настоящей работы явилось изучение антимикробной и противогрибковой активности сесквитерпенового лактона арглабина (1) и его аналогов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Прогнозирование биологической активности арглабина и его аналогов, проведенное методом математического моделирования с использованием программы PASS, установило, что все полученные производные арглабина (1) в той или иной степени потенциально обладают антибактериальной активностью. На наличие антимикробной активности в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий в эксперименте исследовались 1.3 образцов сесквитерпеновых лактонов: арглабин (1), метилиодид
48
АРГЛАБИН
диметиламино- (2), метилиодид диэтиламино- (3), ди-этилфосфонатное (4), тетрабромкарбен- (5), дибром-карбен- (6), тетрахлоркарбенпроизводное арглабина (7), эстафиатин (8), эпоксиэстафиатин (9), диметилфо-сфонат- (10), диэтилфосфонат- (11), дипропилфосфо-нат- (12) и дибутилфосфонат эстафиатина (13).
•N1CH,),
HCI
Изучение антимикробной активности вышеуказанных образцов проводилось по отношению к тест-штаммам S. aureus, В. subtilis, E. coli методом диффузии в агар (метод лунок). Исследуемые образцы растворяли в 96%-ном этиловом спирте в концентрации 1 мг/мл. Определялась чувствительность микроорганизмов к исследуемому веществу методом серийных разведений в жидкой питательной среде. При определении минимальной бактерицидной и бактериостатической концентрации исследуемого вещества для микроорганизмов как грамположительного, так и грамотрицательно-го спектра антимикробная активность изучалась в кратных разведениях препарата в жидкой питательной среде с 2 сериями контролей — вещества и питательной среды. Для культивирования S. aureus, В. subtilis, E. coli готовили мясопептонный бульон. Препараты сравнения линкомицина гидрохлорид, гентамицин и испытуемые вещества в дозировке 10 мкл, проявившие антимикробную активность, тестировались аналогично.
Прогноз биологической активности арглабина и его аналогов, проведенный методом математического моделирования с использованием программы PASS (В. В. Поройков, Д. А. Филимонов), указывает на наличие у них антигрибковой активности. В эксперименте изучали антигрибковую активность 5 образцов: (1), (2), (5), (8), (14) в отношении грибов Aspergillus flavus, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Microsporum canis методом 2-кратных серийных раз-ведений в жидкой питательной среде Сабуро, в качестве препарата сравнения использовали нистатин.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследования антимикробной активности исследуемых соединений показали, что для диэти-
ламино-, диметиламиноарглабина, тетрабромкарбен-, дибромкарбен-, тетрахлоркарбен-производных арглабина характерны слабая и умеренно выраженная антибактериальная активность в отношении грамположи-тельных и грамотрицательных бактерий. Эстафиатин проявил умеренно выраженную активность только в отношении В. subtilis.
Диметилфосфонат эстафиатина, диэтилфосфонат эстафиатина не проявили антимикробную активность, в то время как все остальные вещества подавляли рост микроорганизмов in vitro для всего спектра тест-штаммов. Дибромкарбенпроизводное арглабина в результате скрининга проявило умеренно выраженную активность в отношении штаммов В. subtilis с минимальной бактерицидной концентрацией
0,1 мкл (табл. 1).
Таблица 1
Антимикробная активность сесквитерпенового лактона арглабина и его аналогов
Наименование образцов S. aureus B.subtilus Ecoli
Арглабин (1) — 15,0±0,1 —
Метилиодид диметиламиноарглабина (2) К0±0,1 13,0±0,2 1б,0±0,2
Метилиодид диэтиламиноарглабина (3) 13,0±0,1 14,0±0,2 15,0±0,3
Диэтнлфосфонатное производное арглабина (4) 14,0±0,2 — —
Тетрабромкарбенпроизводное арглабина (5) 13,0±0,2 1б,0±0,1 —
Дибромкарбенпроизводное арглабина (б) 17,0±0,1 20,0±0,1 1б,0±0,2
Тетрахлоркарбен арглабин (7) 15,0±0,2 15,0±0,1 13,0±0,1
Эстафиатин (8) — 15,0±0,1 —
Диметилфосфонат эстафиатина (10) — —
Диэтилфосфонат эстафиатина (11) — — —
Дипропилфосфонат эстафиатина (12) 14,0±0,2 — —
Дибутилфосфонат эстафиатина (13) — 1б,0±0,1 1б,0±0,1
Линкомицина гидрохлорид 25,0±0,3 24,0±0,2 22,0±0,1
Гентамицин 2б,0±0,1 24,0±0,1 23,0±0,1
Примечание*.«—»—зона задержки роста отсутствует; диаметры зон задержки роста меньше 10 мм и сплошной рост в чашке оценивали как отсутствие антибактериальной аетивно-сти; 10-15 мм — слабая активность; 15-20 мм —умеренно выраженная активность; свыше 20 мм — в
Установлено, что арглабин (1), выделенный из надземной части полыни гладкой {Artemisia glabella Kar. et Kir.), обладает способностью подавлять рост патогенных грибов (Aspergillus flavus, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Microsporum canis) в концентрации 3,9-7,8 мкг/мл, что сравнимо с препаратом нистатин (табл. 2).
При оценке влияния структурных особенностей молекул сесквитерпеновых лактонов на их антибактериальную и противогрибковую активность А. А. Семенов и соавт. пришли к выводу, что причина фармакологического действия данных веществ многозначна и не может быть объяснена лишь структурным фактором. Немаловажную роль играет также различная доступность SH-группы белков микроорганизмов и их аффинитет к соответствующим лакто-нам [3; 8; 9].
Таблица 2
Антигрибковая активность сесквитерпенового лактона арглабина и его аналогов
Название Aspergillus flavus TrichophytQi mentagpphyta Trichophyton rubrum Microsporum canis
Арглабин (1) 1/7,8 1/3,9 1/7,8 1/3,9
Гидрохлорид диметиламиноарглабина (14) Не изучалась 1/125 1/15,6 1/62,5
Тетрабромпроизводное арглабина (5) 1/3,9 1/7,8 1/7,8 Не изучалась
Метилиодид диметиламиноарглабина (2) 1/7,8 1/3,9 1/7,8 Не изучалась
Эстафиатин (8) Не изучалась 1/250 1/3,9 1/62,5
Нистатин 1/250 1/250 1/7,8 1/7,8
ВЫВОДЫ
В результате изучения антимикробной и противогрибковой активности сесквитерпенового лактона гвайанового типа арглабина и его аналогов можно сделать следующие выводы:
— введение в молекулу арглабина и эстафиатина различных функциональных групп приводит к изменению антимикробной активности полученных производных в отношении S. aureus, В. subtilis, E. coli;
— введение в молекулу арглабина галогенциклоп-ропанового фрагмента повышает антимикробное действие, а присоединение атома брома или хлора по двойной связи при СЗ-С4, наоборот, приводит к снижению активности;
— метилиодид диметиламино- и диэтиламинопро-изводные арглабина за счет алкилиодидов показывают антимикробную активность в отношении вышеприведенных штаммов;
— введение диалкилфосфонатной группы по экзо-метиленной двойной связи у-лактонного цикла снижает антимикробную активность. Диэтилфосфонатное производное арглабина и дипропилфосфонатное производное эстафиатина показали слабое действие в отношении S. aureus;
— в соответствии со значениями минимальной ингибирующей концентрации (3,9-7,8 мкг/мл) антигрибковая активность арглабина превосходит эффект пре-
парата сравнения нистатин. Производные арглабина: гидрохлорид диметиламиноарглабина, тетрабромкар-бенпроизводное арглабина, метилиодид диметиламиноарглабина и эстафиатин по способности подавлять рост патогенных грибов уступают исходному соединению и сопоставимы с препаратом сравнения.
Таким образом, в результате проведенного исследования впервые установлена антимикробная и антигрибковая активность арглабина и его аналогов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адекенов С. М. Арглабин — противоопухолевое средство из полыни гладкой (Artemisia glabella Kar. et Kir) // Российский биотерапевтический журнал. — 2002, —Т. 1,№2. — С. 25.
2. Вичканова С. А., Адгина В. В., Изосимова С. Б. Антибактериальные и антифунгальные свойства природных сесквитерпеновых лактонов // Растительные ресурсы. — 1977. — Т. XX, вып. 3. — С. 428-435.
3. Семенов А. А. Очерк химии природных соединений. — Новосибирск: Наука, 2000. — С. 664.
4. Цыганов В. А. Химиотерапевтическое изучение противогрибковых препаратов // Тр. Ленинградского научно-исследовательского института антибиотиков.
— 1997. — С. 442.
5. Шамьянов И. Д. Модификация сесквитерпеновых лактонов и противомикробная активность полученных производных // Химия природ, соед. —1997.
— №5, —С. 714-717.
6. Gören N., Woerdenbag H., Bozok-Johansson C. Cytotoxic and antibacterial activities of sesquiterpene lactones isolated from Tanacetum praeterium subsp. praeteri-um // Planta Med. — 1996. — Vol. 62. — P. 419-422.
7. Lee K. H., Ibuka Т., Wu R.-J., Geissman T. A. Structure antimicrobial active relationships among the sesquiterpene lactones and related compounds // Phytochemistry. — 1977. — Vol. 16. — P. 1177-1181.
8. Pieman A. K. Biological Activities of Sesquiterpene Lactones // Biological Systematics and Ecology. — 1986. — Vol. 14, No. 3. — P. 225-281.
9. Adekenov S. M., Kulyyasov A. T. Synthesis of sesquiterpenoides substituted in the lactone ring. In: Selected methods for synthesis and modification of heterocycles / Ed. by prof. V. G. Kartsev. — IBS Press, 2003. Vol. 2. P. 7-23.
10. Villarreal M. L., Alvarez L., Alonso D., Navarro V., Garcia P., Delgado G. Cytotoxic and antimicrobial screening of selected terpenoids from Asteraceae species // J. Ethnopharmacol. — 1994. — Vol. 42, No. 1. — P. 25-29.
