Изучение антимикробной активности некоторых производных альгиновой кислоты Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 615.076:665.939.358

ИЗУЧЕНИЕ

АНТИМИКРОБНОЙ

АКТИВНОСТИ

НЕКОТОРЫХ

ПРОИЗВОДНЫХ

АЛЬГИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Серебренникова Е.С. (аспирант)*, Давыдова В.Л. (студент), Гурина С.В. (доцент кафедры), Иозеп А.А. (профессор кафедры)

Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия, Санкт-Петербург, Россия

© Коллектив авторов, 2013

Изучена антимикробная активность некоторых производных альгиновой кислоты - аналогов химиотерапевтических препаратов ряда нитрофуранов: 5-нитрофурфурилиден- и 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропенилиденгидразидов сульфатирован-ной, карбоксиметилированной и исходной альгиновой кислот.

Ключевые слова: альгиновая кислота, антимикробная активность, ацилгидразоны, карбоксиметилированная кислота, суль-фатированная кислота

STUDYING OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF SOME DERIVATIVES OF ALGINIC ACID

Serebrennikova E.S. (postgraduate student), Davydova V.L. (student), Gurina S.V. (lecturer of the chair), Iozep A.A. (professor of the chair)

St. Petersburgs State Chemical Pharmaceutical Academy, St. Petersburg, Russia

© Collective of authors, 2013

Antimicrobial activity of some derivatives of alginic acid -analogues of chemotherapeutic drugs in the series of nitrofurans: 5-nitrofurfuriliden- and 3-(5-nitro-2-furyl)propenilidenhydrazides of sulfated, carboxymethylated and original alginic acid has been studied.

Key words: acylhydrazone, alginic acid, antimicrobial activity, carboxymethyl acid, sulfated acid

Контактное лицо: Серебренникова Екатерина Сергеевна, тел.: (812) 234-19-38

ВВЕДЕНИЕ

Создание полимерных аналогов противомикроб-ных веществ является одним из путей преодоления возникающей резистентности микроорганизмов к действию существующих лекарственных препаратов. Это позволяет повысить локальную концентрацию и устойчивость действующего вещества к ферментам бактерий и грибов, а также снизить его токсичность и увеличить длительность действия. Среди веществ, обладающих противомикробной, противоопухолевой и другими видами биологической активности, нередко называют соединения, представляющие собой гидразоны альдегидов [1]. В связи с этим синтез полимерных гидразонов представляет большой интерес при создании новых и совершенствовании уже известных лекарственных веществ. По данным Платэ Н.А., Васильева А.Е. (1986), модификация лекарственных субстанций полимерами может привести как к сохранению, так и к частичной или полной потере биологической активности в зависимости от типа носителя и его связи с введённым фрагментом.

Цель работы - изучить противомикробную активность полимерных производных некоторых биологически активных альдегидов, синтезированных на основе сульфатированной, карбоксиметилиро-ванной и исходной альгиновой кислот.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектами микробиологического исследования были синтезированные нами производные сульфати-рованной альгиновой кислоты (АКС), карбоксиметилированной кислоты (КМАК) и исходной альгиновой кислоты (АК): гидразиды, 5-нитрофурфурилиден- и 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропенилиденгидразиды.

[C5H;03(OH);(CCO(Ja)1.ln(CONHNHI)m.1,(COtJHN=CHAri)11 [C5HsO!(OH}M,(OSO!NaX(CaDNa)1fl, <ООН»ЩЦ,

РзВДШКь (ОС Н:ССШа)^, (<X H:CONHNH;L (COCNaft,

[С5НА(ШЬь!ОСН2СО^

Сульфатирование альгиновой кислоты проводили хлорсульфоновой кислотой в системе растворителей 1,2-дихлорэтан (ДХЭ) - формамид [2], а также растворами сульфотриоксида в ДХЭ [3]. Карбокси-метилирование альгината натрия осуществляли избытком хлоруксусной кислоты в изопропиловом спирте в присутствии раствора гидроксида натрия [4]. Н-формы сульфатированной и карбоксиметили-рованной альгиновой кислот получали с использо-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МИКОЛОГИЯ

ванием трихлоруксусной кислоты и ионообменной хроматографии либо в процессе сульфатирования полисахарида с выделением продукта без использования основания. Этерификацию полученных образцов проводили в избытке этилового спирта в условиях автокатализа или в присутствии кислого катализатора [4, 5]. Гидразиды синтезированных поликислот получали, нагревая Н-формы сульфатированной и исходной альгиновой кислоты с гидразингидратом (ГАКС, ГАК), и реакцией этилового эфира карбокси-метилальгиновой кислоты (ГКМАК) с гидразингидратом при комнатной температуре [6].

Ацилгидразоны альдегидов получали, добавляя к натриевой соли соответствующего гидразида в 0.2 н. растворе уксусной кислоты равный объем этаноль-ного раствора альдегида и выдерживая при комнатной температуре 20 часов [6].

Противомикробную активность определяли методом двукратных серийных разведений полученных полимерных производных в жидких питательных средах. Для исследования антибактериального действия применяли мясопептонный бульон, а для изучения противогрибкового действия - среду Сабуро. В качестве тест-культур использовали грамположитель-ные и грамотрицательные бактерии - Staphylococcus aureus, Escherichia coli и дрожжевые грибы Candida albicans. Микробная нагрузка составляла 105 КОЕ на мл, время инкубации для S. aureus, E. coli - 18-24 ч при 37 °С, для C. albicans - при 24 °С. Наличие или отсутствие роста тест-микроорганизмов оценивали визуально по помутнению среды. Для определения микробоцидного и микробостатического действий проводили высев на плотные питательные среды. За минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) принимали наименьшую концентрацию препарата, вызывающего задержку размножения (МИКст) или гибель тест-культуры (МИКц). Активность производных альгиновой кислоты выражали в пересчёте на содержание введённого фрагмента.

В качестве образца сравнения был использован химиотерапевтическое средство ряда производных нитрофурана - фурацилин.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно полученным данным, исходные полисахариды (ГАК, ГАКС, ГКМАК) были малоактивны в отношении выбранных микробных культур. Гидра-зиды карбоксиметилальгиновой кислоты (таблица, соединения 2) не подавляют рост выбранных тест-культур, а гидразиды сульфатированной и исходной альгиновой кислоты (таблица, соединения 3) оказывают слабое статическое действие на S. aureus и C. albicans в концентрации 500 мкг/мл.

Введение в молекулы полимеров 5-нитро-2-фурильного фрагмента привело к появлению у них антимикробной активности и, прежде всего, микро-бостатического действия в отношении культур тест-микроорганизмов.

Таблица

Результаты определения противомикробной активности производных альгиновой кислоты

Название и номер исследуемого образца Штамм микроорганизма МИК по отно низмам, мк ф шению к микроогра-г/мл (в пересчете на /рацилин)

Статическая Цидная

1 Фурацилин S. aureus 4.38 8,75

E. coli - 8,75

C. albicans 500 -

2 Гидразиды КМАК Не активны в отношении выбранных тест-культур

3 Гидразиды АК, АКС S. aureus 500 -

C. albicans 500 -

4 5-нитрофурфурил-иден-гидразид Ак S. aureus 3,21 -

E. coli 25,69 51,37

C. albicans 51,37 -

5 5-нитрофурфурил-иден-гидразид КМАК №1 S. aureus 9,28 -

E.coli 18,54 74,25

C. albicans 37,12 -

6 5-нитрофурфурил-иден-гидразид КМАК №2 S. aureus 3,94 -

E. coli 15,77 63,07

C. albicans 31,54 -

7 5-нитрофурфурил-иден-гидразид АКС №1 S. aureus 2,01 -

E. coli 32,21 -

C. albicans 32,21 -

8 5-нитрофурфурил-иден-гидразид АКС №2 S. aureus 0,30 -

E.coli 19,16 38,32

C. albicans 38,32 -

9 3-(5-нитро-2-фу-рил)-2-пропенил-иденгидразид АК S. aureus 3,47 27,73

E.coli 6,93 13,86

C. albicans 13,86 27,73

10 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропе-нилиденгидразид КМАК №1 S. aureus 10,88 43,50

E. coli - 43,50

C. albicans 21,75 -

11 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропе-нилиденгидразид КМАК №2 S. aureus 2,22 35,56

E.coli 4,45 8,89

C. albicans 17,78 71,12

12 3-(5-нитро-2-фурил)-2- пропе-нилиденгидразид АКС S. aureus 0,49 7,81

E. coli 3,90 7,81

C. albicans 3,90 7,81

Изучаемые ацилгидразоны 5-нитрофурфурола и 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропеналя проявляли выраженный бактериостатический эффект в отношении S. aureus, за исключением соединений 5 и 10 (таблица) - их противостафилококковое действие превышало активность фурацилина, а производные суль-фатированной альгиновой кислоты (таблица, соединения 12 и 8) были активнее фурацилина, более чем в 9 и 15 раз соответственно.

Все ацилгидразоны 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропеналя, помимо бактериостатического, оказывали и бактерицидное действие на S. aureus, но их бактерицидная активность была в 3-5 раз ниже, чем у препарата сравнения, за исключением Ы-3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропенилиденгидразида сульфатирован-ной альгиновой кислоты (таблица, соединение 12), противостафилококковый эффект которого сопоставим с активностью фурацилина.

Грамотрицательные бактерии E. coli оказались менее чувствительными к исследуемым соединениям. Полимерные ацилгидразоны 5-нитрофурфурола проявляли примерно в 4-8 раз меньшее антимикробное действие в отношении E. coli, чем вещество сравнения. Однако бактерицидная активность производных 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропеналя (таблица,

соединения 9,11,12), за исключением соединения 10, сопоставима с активностью фурацилина.

Все синтезированные полимерные ацилгидра-зоны проявляли противогрибковое действие. Их фунгистатическая активность была на 1-2 порядка выше, чем фурацилина, а ацилгидразоны 3-(5-нитро-2-фурил)пропеналя (таблица, соединения 9,11,12), в отличие от фурацилина, проявили и фунгицидную активность. Наиболее выраженным противогрибковым действием обладал Ы-3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропенилиденгидразид сульфатированной альги-новой кислоты (таблица, соединение 12), который оказывал ингибирующее действие на C. albicans при МИКст 3,9 мкг/мл, МИКц - 7,8 мкг/мл.

При сравнении антимикробного действия синтезированных веществ выявили, что полимерные производные 3-(5-нитро-2-фурил)-2-пропеналя имели более высокую активность, чем ацилгидразоны 5-ни-трофурфурола. Вполне вероятно, что повышение противогрибкового эффекта связано с увеличением размера вставки (углеродной цепи) между полимером и нитрофурановым фрагментом.

Также установили, что вещества, синтезированные на основе сульфатированной альгиновой кислоты, обладали большей антимикробной активностью, чем производные альгиновой и карбоксиметилиро-ванной альгиновой кислот.

Ранее полимерные ацилгидразоны 5-нитрофур-фурола были получены на основе карбоксиметилхи-тина [7]. При сравнении наших результатов с данными из научной литературы, обнаружили, что в случае арилиденгидразидов карбоксиметилхитина также имеет место некоторое снижение активности в отношении бактерий S. aureus и E.coli и усиливается

противогрибковый эффект по сравнению с фураци-лином.

Таким образом, конструирование полимерных аналогов лекарственных средств ряда 5-нитрофу-рана по предложенной химической схеме на основе природной, сульфатированной и карбоксиметилиро-ванной альгиновой кислот представляет интерес для дальнейших исследований, так как от полученных веществ можно ожидать не только высокую биологическую активность, но и снижение токсичности, и повышение продолжительности действия, как у модифицированных полисахаридов.

ВЫВОДЫ

1. Альгиновая кислота, а также её сульфатирован-ные и карбоксиметилированные производные в качестве носителя препаратов нитрофуранового ряда, в целом, не снижают противомикробный эффект, а, в ряде случаев, увеличивают его в 10-100 раз.

2. Все исследуемые полимерные производные 5-нитрофурана проявляют фунгицидный и фунги-статический эффекты в отношении C. albicans.

3. Ацилгидразоны, синтезированные на основе сульфатированной альгиновой кислоты, обладают большей антимикробной активностью, чем производные альгиновой и карбоксиметилированной альги-новой кислот.

4. С помощью разработанной схемы синтеза полимерных аналогов лекарственных средств ряда 5-нитрофурана на основе природной, сульфатиро-ванной и карбоксиметилированной альгиновой кислот можно конструировать биологически активные полимеры, обладающие антимикробной активностью.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Sevim Rollas, S. Guniz Kucukzugel. Biological activities of hydrazone derivatives //Molecules. - 2007. - Vol. 12. - P. 19101939.

2. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сульфатирование альгиновой кислоты хлорсульфоновой кислотой в среде фор-мамида и 1,2-дихлорэтана // Журнал общей химии. - 2012. - Т. 82, №2. - С. 340-342.

3. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сульфатирование альгиновой кислоты раствором серного ангидрида в 1,2-дихло-рэтане // Химическая промышленность. - 2011. - Т. 88, №6. - С. 277-280.

4. Серебренникова Е.С., Коломина Е.О., Иозеп А.А. Карбоксиметилальгиновая кислота и ее реакции со спиртами // Бутлеровские сообщения. - 2012. - Т. 30, №6. - С. 57-62.

5. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сложные эфиры сульфатированной альгиновой кислоты // Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 28, №19. - С. 41-44.

6. Серебренникова Е.С., Щенникова О.Б., Иозеп А.А. Гидразиды и бензилиденгидразиды сульфатированной альгиновой кислоты // Химическая промышленность. - 2012. - Т. 89, №2. - С. 80-85.

7. Дударев В.Г., Тихомирова О.М., Иозеп А.А. Синтез и противомикробная активность производных карбоксиметилхитина // Хим.фарм. журнал. - 2013. - Т. 47, №1. - С. 32-35.

Поступила в редакцию журнала 16.10.2013

Рецензент: Н.П. Блинов