Исследование бактерицидных и противогрибковых свойств новых пиридиниевых производных на основе фенольных оснований Манниха Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

БИОМЕДИЦИНА I T.18*№3*2020 / BIOMEDICINE I VOM8*№3*2020

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ I ORIGINAL ARTICLES

DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

Исследование бактерицидных и противогрибковых свойств новых пиридиниевых производных на основе фенольных оснований Манниха

ГА.Гулиева1, Г.М.Аскарова2, А.М.Магеррамов2, М.Р.Байрамов2, М.А.Агаева2

Феспуликанская Санитарно-Карантинная Инспекция, г. Баку, Азербайджан; 2Бакинский Государственный Университет, г. Баку, Азербайджан

Резюме: Целью исследования было изучение синтезированных соединений с целью определения их чувствительности к грамположительным и грамотрицательным микроорганизмам, а также их способности подавлять рост грибковой микрофлоры, диффундирующей с пропитанных ими бумажных дисков в питательную агаровую среду. Исследования проводились по методике: "Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам". В работе использовали штаммы культур S. aureus ATCC®25923; изоляты S. aureus ATCC®25923; E.coli ATCC®25922, C.albicans ATCC® 90028 и A. niger, выделенные из питьевой воды и пищевых продуктов. Культуральные среды BD - Mueller Hinton broth, Mueller Hinton aqar, Saburo aqar, BBLTL Coagulase Mannitol aqar, Endo aqar. В ходе проведенных исследований выявлены различия в действии морфолинометилфенокситетраметиленпиридиния бромида и пиперидинометилфенокситри-метиленпиридиния бромида на рост и размножение штаммов микроорганизмов E. coli, S. aureus, C. albicans, A. niger а также доказали свои антибактериальные и фунгицидные свойства. Антибактериальная активность при использовании метода серийных разведений начинается с концентрации 0,001 мкг/мл, что является минимальной ингибирующей концентрацией для грамотрицательных (E. coli) и грамположительных (S. aureus) бактерий. Ключевые слова: пиридиниевые производные, фенольные основания Манниха.

Для цитирования: Гулиева Г.А., Аскарова Г.М., Магеррамов А.М., Байрамов М.Р., Агаева М.А. Исследование бактерицидных и противогрибковых свойств новых пиридиниевых производных на основе фенольных оснований Манниха. Биомедицина (Баку). 2020;18(3):16-20. DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

Поступила в редакцию: 17.06.2020. Принята в печать: 28.08.2020.

Research of bactericidal and antifungal properties of new pyridium derivatives based on Mannich phenolic bases

Guliyeva G.A.1, Askarova G.M.2, Maharramov A.M.2, Bayramov M.R.2, Agayeva M.A.2

1Repulican Sanitary and Quarantine Inspection, Baku, Azerbaijan; 2Baku State University, Baku, Azerbaijan

Abstract: The aim of research was study the synthesized compounds to determine their sensitivity to gram-positive and gram-negative microorganisms, as well as their ability to inhibit the growth of fungal microflora, diffusing from paper disks soaked in them into a nutrient agar medium. The investigations were carried out according to the method: "Determination of the sensitivity of microorganisms to antibacterial drugs".The work used the strains of the cultures of S. aureus ATCC®25923; E.coli ATCC®25922, C.albicansATCC®90028, and A. niger mold isolates isolated from drinking water and food.BD culture media - Mueller Hinton broth, Mueller Hinton aqar, Saburo aqar, BBLTL Coagulase Mannitol aqar, Endo aqar. In the course of the studies carried out, differences in the effect of morpholinomethyl-phenoxytetramethylenepyridinium bromide and piperidinomethylphenoxytrimethylenepyridini-um bromide on the growth and reproduction of strains of microorganisms E. coli, S. aureus, C. albicans, A. niger, and also proved their antibacterial and fungicidal properties. Antibacterial activity by the serial dilution method begins at a concentration of 0.001 mkg/ml, which is the minimum inhibitory concentration for gram-negative (E. coli) and gram-positive (S. aureus) bacteria. Key words: pyridium derivatives, Mannich phenolic bases.

For citation: Guliyeva G.A., Askarova G.M., Maharramov A.M., Bayramov M.R., Agayeva M.A. Research of bactericidal and antifungal properties of new pyridium derivatives based on Mannich phenolic bases. Biomedicine (Baku). 2020;18(3): 16-20. DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

Received: 17.06.2020. Accepted: 28.08.2020.

Для корреспонденции: Г.А.Гулиева

Доктор философии по биологии, зав. отделом микробиологии, Респуликанская санитарно-карантинная инспекция, г. Баку, Азербайджан. E-mail: laboratoriyarskm@rambler.ru

Corresponding author: Guliyeva G.A.

PhD in biology, Head of Microbiology Department, Repulican Sanitary and Quarantine Inspection, Baku, Azerbaijan. E-mail: laboratoriyarskm@rambler.ru

_БИОМЕДИЦИНА I Т.18«№3«2020 / BIOMEDICINE | voL18«№3«2020

DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813 ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ / ORIGINAL ARTICLES

Проведение целенаправленных исследований по синтезу новых органических соединений, обладающих биологической активностью, является одним из приоритетных направлений химической науки [1-4].

Несмотря на то, что за последние десятилетия были синтезированы различные соединения с высокой противоопухолевой, антибактериальной и противогрибковой активностью и на их основе даже созданы медицинские препараты, поиск более эффективных веществ, содержащих в структурах фармакофорные группы, в частности, пиридиние-вое или хинолиновое кольцо, продолжается [5-8].

Среди подобных веществ особое место занимают производные фенолов, которые по биологическим свойствам, приближаются к модифицированным природным, например, к аминометилиро-ванным флавоноидам [9].

В настоящей статье приводятся результаты наших исследований по изучению антимикробных и противогрибковых свойств двух соединений: мор-фолинометил-фенокситетраметиленпиридиния бромида и пиперидинометилфенокситриметилен-пиридиний бромида, структурные формулы которых приведены в рисунке 1.

Соединения были получены тройной конденсацией на основе продуктов: фенола, формальдегида и циклического амина (морфолина и пиперидина соответственно); их реакциями с симметричными С3-С4-дибромалканами и пиридином (по Манниху).

Обе группы синтезируемых соединений - интенсивно окрашеные кристаллические вещества (от ярко желтого до темно красного), хорошо растворимые в воде.

Целью данной работы явилось исследование синтезируемых соединений для определения чувствительности по отношению к грамположи-тельным и к грамотрицательным микроорганиз-

мам, а также их способность угнетать рост грибной микрофлоры, диффундируя из пропитанных ими бумажных дисков в питательную агаризован-ную среду. Работу проводили по методике: "Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам" [10].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ. В работе использовали штаммы культур S.aureus ATCC®25923; E.coli ATCC® 25922, C.albicansATCC®90028, а также изоляты плесневых грибов A.niger, выделенные из питьевой воды и пищевых продуктов. Питательные среды компании BD - Mueller Hinton broth, Mueller Hinton aqar, Saburo aqar, BBLTL Coagulase Mannitol aqar, Endo aqar.

На первом этапе исследования антибактериальных свойств синтезируемых соединений использовали метод серийных разведений в жидких средах (или иначе суспензионный метод) позволяющий установить минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) препарата для выделенного штамма микроорганизма. Наблюдение вели при различном времени экспозиции: 30 мин, 60 мин, 120мин, 240мин. На основании полученных результатов, выраженных в КОЕ/мл, проводилась оценка ингибирующей активности анализируемого препарата. Были приготовлены растворы 100 мкг/мл (без разведения) и в разведениях 1:10 (10 мкг/мл), 1:100 (1 мкг/мл), 1:1000 (0,1 мкг/мл), 1:10000 (0,01 мкг/мл) по отношению к штаммам E.coli, S.aures, C.albicans и A.niger.

На втором этапе был использован диско-диффузный метод на селективных средах для каждого возбудителя. Основная навеска 1 мг/мл (1000 мкг), с последующими разведениями (100 мкг, 10 мкг, 1 мкг, 0,1 мкг).

Равные объемы микробной флоры (по 1 мл) наслаивались на чашки Петри с селективной средой, используя стандартный инокулюм. Приоткрытые чашки подсушивали в боксе при комнатной температуре в течение 15 минут. Затем в лабораторных условиях готовились стерильные диски с различной концентрацией. Чашки инкубировали в термостате в течение 24 часов при 37°С. Степень чувствительности испытуемого микроорганизма к синтезируемому веществу определяли по ширине задержки роста в мм.

Рис. 1. Структурные формулы морфолинометил-фенокситетраметиленпиридиния бромида (I) и пиперидинометилфенокситриметиленпиридиния бромида (II)

БИОМЕДИЦИНА | т.18«№3«2020 / BIOMEDICINE | УОМ8«№3«2020_

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ / ORIGINAL ARTICLES DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

Рис. 2. График биологической активности Рис. 3. График биологической активности

пробы I пробы II

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ. На рисунках представлены результаты проведенного исследования эффективности синтезируемых проб I и II в разведениях 1:10; 1:100; 1:1000 и 1:10000 по отношению к штаммам E.coli, S.aureus, C.albicans и A.niger.

Следует отметить, что наиболее подвержен действию биологической активности синтезируемых проб на S.aureus (представитель грамполо-жительных микроорганизмов).

Наблюдаемая тенденция связана из-за различий в строении клеточных стенок грамположи-тельных по сравнению с грамотрицательными бактериями. В клеточной стенке грамположитель-ных бактерий содержится гораздо большее количество пептидогликана и муреина, делающее ее отрицательно заряженной, что в конечном итоге помогает проникновению в клетку соединения.

Рассматривая и анализируя результаты в жидких средах, можно предположить, в что различных разведениях через 120 минут происходила гибель микроорганизма. Эффективность действия по отношению к S.aureus в разведении 1:1000 через 120 минут составила 40% от начала контакта, к E.coli составила - около 20%, по отношению к C. albicans - около 30% от начала контакта, A.niger -35% соответственно. Наблюдался микробостати-ческий эффект (т.е. задержка роста числа колоний) по отношению ко всем штаммам исследуемых микроорганизмов. Однако с течением времени все-таки наблюдалось постепенное снижение количества живых клеток, свидетельствующее об ингиби-рующей активности растворов концентрации 0,01 мкг/мл (рис. 2 и рис. 3).

При проведении последующего разведения (концентрация 0,001 мкг/мл) микроорганизмы C.albicans и A.niger уже не подавлялись концентрацией вещества, обладающего антибактериальными свойствами: наблюдался микробостатический эф-

фект, проявлявшийся в задержке роста с последующим его возобновлением. Это говорит об устойчивости грибов к данному разведению растворов исследуемых препаратов. Таким образом, проанализировав полученные в ходе исследования данные, сделали вывод, что проявляется антимикробная активность наших соединений, начиная с концентрации 0,001 мкг/мл, которая является минимальной ингибирующей (бактеристатической) концентрацией для грамотрицательных (Е.соН) и грамположительных ^.аигеш) бактерий. В отличие от них, штаммы плесневых грибов A.шger и дрожжей С.аШсаш более эффективно подавляются концентрацией 0,01мкг/мл.

На втором этапе для исследования фунгицид-ных свойств, нами был использован диско-диффузный метод, результаты которого даны в таблицах 1 и 2.

Как видно из таблицы, в обоих соединениях в разведениях 1:1000 (0,001 мг) по отношению к Е.соН 6-7 мм; по отношению S.aureus 8-10 мм (соответственно) показали результат по задержке роста. В разведении 1:100 зона подавления роста, как грамположительных, так и грамотрицательных микроорганизмов увеличивается и т.д.

Как видно из таблицы в разведении 1:1000 штаммы плесневых грибов A.niger и дрожжей С.аШсаш не проявили биологической активности в обоих синтезируемых соединениях.

ВЫВОДЫ. Таким образом, в ходе проведенных исследований выявили различия в воздействии морфолинометил-фенокситетраметиленпи-ридиния бромида (I) и пиперидинометилфенокси-триметиленпиридиний бромида (II) на рост и размножение штаммов микроорганизмов Е.соН, S.aureus, С.аШсаш, A.niger, а также доказали их антибактериальные и фунгицидные свойства. Антибактериальная активность методом серийных разведений начинается с концентрации 0,001

БИОМЕДИЦИНА | Т.18«№3«2020 / BIOMEDICINE | VOl.18*№3*2020

DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813 ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ / ORIGINAL ARTICLES

Таблица 1. Зона подавления роста микроорганизмов диско-диффузным методом

Соединение ^^^ ^^Микроорганизмы Зона подавления роста Навеска в мг.

E.coli (г-) S. aureus (г+)

Соединение I 16 мм 20мм 1,0

10 мм 15мм 0,1

8 мм 12мм 0,01

6 мм 10 мм 0,001

Соединение П 17 мм 18 мм 1,0

12 мм 14мм 0,1

9 мм 10 мм 0,01

7 мм 8 мм 0,001

Таблица 2. Фунгицидная активность C.albicans и A.niger диско-диффузным методом

Соединение ^^Микроорганизмы Зона подавления роста Навеска в мг.

С. albicans A. niger

Соединение I 18 мм 16мм 1,0

14 мм 13 мм 0,1

10 мм 11 мм 0,01

- - 0,001

Соединение П 15 мм 10 мм 1,0

12 мм 8 мм 0,1

9 мм 6 мм 0,01

- - 0,001

мкг/мл, которая является минимальной ингибиру-ющей концентрацией для грамотрицательных (E.coli) и грамположительных (S.aureus) бактерий.

На втором этапе для исследования фунгицид-ных свойств был использован диско-диффузный ме-тод,который показал, что соединение (I) проявило более выраженную чувствительность к плесневым

грибам A.niger и дрожжам С.аШюаш, чем соединение (II) при минимальном разведении 0,01 мг/мл, что составило 10-11 мм против 6-9 мм соответственно. Однако в целом какой-либо определенной закономерности между фунгицидным действием и типом синтезируемых соединений не наблюдалось, что и является дальнейшей целью наших исследований.

Литература

1. Yamali C., Tugrak M., Gul H.I., et al. The inhibitory effects of phenolic Mannich bases on carbonic anhydrase I and II isoenzymes. Journal of enzyme inhibition and medicinal chemistry. 2016;31(6):1678-1681. DOI: 10.3109/14756366.2015. 1126715.

2. Babaev E.R. Aminomethyl derivatives of 2, 4-di-a-methylbenzylphenol as multifunctional additives for lubricating oils. Petroleum Chemistry. 2006;46(3):206-208. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965544106030133

3. Dai J.L., Shao N.Q., Zhang J., et al. Cu(II)-Catalyzed ortho-Selective Aminomethylation of Phenols. J Am Chem Soc. 2017;139(36):12390-12393. DOI: 10.1021/jacs.7b06785

4. Nassar E. Synthesis, (in vitro) Antitumor and Antimicrobial Activity of some Pyrazoline, Pyridine, and Pyrimidine Derivatives Linked to Indole Moiety. Journal of American Science. 2010;6:338-347. Available at: https://www.jofamerican-science.org/journals/am-sci/am0608/43_3332am0608_338_347.pdf

5. Rezaeivala M., Keypour H. Schiff base and non-Schiff base macrocyclic ligands and complexes incorporating the pyridine moiety - The first 50 years. Coordination Chemistry Reviews. 2014;280:203-253. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.06.007.

6. Lu X., Xu C., Wang J., He Y., Hu H. Chiral Camphor-Based 1,3- and 1,4-Amino Alcohols and Aminodiols as Ligands for Diethylzinc Addition to Aldehydes. Tetrahedron Lett. 2002;43:8367-8369. DOI: 10.1016/S0040-4039(02)01985-8.

7. Михайлов И.В., Колодина А.А., Душенко Г.А. Синтез и строение 5,7-ди(трет-бутил)-2-(8-метилсульфонилокси-хинолин-2-ил)-1,3-трополона. ДАН (Россия). 2016;468:652-655. DOI: 10.7868/S086956521618016X

8. Андрияшин В.В., Бахтиярова Ю.Н., Черкасов Р.А. и др. Синтез четвертичных фосфониевых солей на основе фосфорилированных пространственно-затрудненных фенолов. Журн. орг. хим. 2012:48(12):1574-1575. DOI:

БИОМЕДИЦИНА | Т.18*№3*2020 / BIOMEDICINE | voU8«N53«2020

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ / ORIGINAL ARTICLES DOI: 10.24411/1815-3917-2020-11813

10.1134/S1070428012120159

9. Мосюров С.Е., Кухарева Т.С., Коротеев М.П., и др. Реакции электрофильного и нуклеофиль ного замещения в ряду флавоноидов с участием амино кислот и их производных. Доклады АН. 2018;470(4):426-429. DOI: 10.7868/S0869565218160090

10. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам. МУК 4.2. 1890-04. Методические указания. Утверждены Г.Г.Онищенко 04.03.2004 г. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/ 1200038583

References

1. Yamali C., Tugrak M., Gul H.I., et al. The inhibitory effects of phenolic Mannich bases on carbonic anhydrase I and II isoenzymes. Journal of enzyme inhibition and medicinal chemistry. 2016;31(6):1678-1681. DOI: 10.3109/14756366.2015.1126715.

2. Babaev E.R. Aminomethyl derivatives of 2, 4-di-a-methylbenzylphenol as multifunctional additives for lubricating oils. Petroleum Chemistry. 2006;46(3):206-208. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965544106030133

3. Dai J.L., Shao N.Q., Zhang J., et al. Cu(II)-Catalyzed ortho-Selective Aminomethylation of Phenols. J Am Chem Soc. 2017;139(36):12390-12393. DOI: 10.1021/jacs.7b06785

4. Nassar E. Synthesis, (in vitro) Antitumor and Antimicrobial Activity of some Pyrazoline, Pyridine, and Pyrimidine Derivatives Linked to Indole Moiety. Journal of American Science. 2010;6:338-347. Available at: https://www.jofamerican-science.org/journals/am-sci/am0608/43_3332am0608_338_347.pdf

5. Rezaeivala M., Keypour H. Schiff base and non-Schiff base macrocyclic ligands and complexes incorporating the pyridine moiety - The first 50 years. Coordination Chemistry Reviews. 2014;280:203-253. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.06.007.

6. Lu X., Xu C., Wang J., He Y., Hu H. Chiral Camphor-Based 1,3- and 1,4-Amino Alcohols and Aminodiols as Ligands for Diethylzinc Addition to Aldehydes. Tetrahedron Lett. 2002;43:8367-8369. DOI: 10.1016/S0040-4039(02)01985-8.

7. Mikhailov I.V, Kolodina A.A., Dushenko G.A. Sintez i stroenie 5,7-di(tret-butil)-2-(8-metilsulfoniloksikhinolin-2-il)-1,3-tropolona. DAN (Russia). 2016;468:652-655. DOI: 10.7868/S086956521618016X. (In Russian).

8. Andriyashin VV, Bakhtiyarova Yu.V, Cherkasov R.A., et al. Synthesis of Quaternary Phosphonium Salts from Phosphorylated Sterically Hindered Phenols. Russ. Journal of Organic Chemistry. 2012:48(12):1574-1575. DOI: 10.1134/S1070428012120159. (In Russian).

9. Mosyurov, S.E., Kukhareva, T.S., Koroteev, M.P. et al. Reactions of Electrophilic and Nucleophilic Substitution in Flavonoid Series Involving Amino Acids and Their Derivatives. Dokl Chem. 2018;470(4):426-429. DOI: 10.7868/S0869565218160090. (In Russian).

10. Opredelenie chuvstvitelnosti mikroorganizmov k antibakterialnym preparatam. MUK 4.2. 1890-04. Metodicheskie ukazaniya. Approved Onishchenko G.G. 04.03.2004. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200038583. (In Russian).

Информация о соавторах: Г.М.Аскарова

Докторант, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории "Химии алкенилфенолов", Бакинский Государственный Университет, г. Баку, Азербайджан. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8571-2792 А. М. Магеррамов

Академик, зав. кафедрой "органической химии", Бакинский Государственный Университет, г. Баку, Азербайджан. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1882-7519 М.Р.Байрамов

Профессор, доктор химических наук, зав. кафедрой "Нефтехимии и химической технологии", Бакинский Государственный Университет, г. Баку, Азербайджан. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1640-3392 М.А.Агаева

Доктор философии по химии, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории "Химии алкенилфе-нолов", Бакинский Государственный Университет, г. Баку, Азербайджан.

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0908-3693

Information about co-authors: Askarova G.M.

Doctorate Student, Researcher, "Chemistry of Alkenylphenols"

Research Laboratory,

Baku State University, Baku, Azerbaijan.

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8571-2792

Maharramov A.M.

Academician, Head of Organic Chemistry Chair, Baku State University, Baku, Azerbaijan. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1882-7519 Bayramov M.R.

Professor, Doctor of Sciences in Chemistry, Head of Petrochemistry and Chemical Technology Chair, Baku State University, Baku, Azerbaijan. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1640-3392 Agayeva M.A.

PhD in Chemistry, Leading Researcher, "Chemistry of Alkenylphenols" Research Laboratory, Baku State University, Baku, Azerbaijan.

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0908-3693