CC BY
21
УДК 574.24.,632,63 ББК 28.072
ВОЗДЕЙСТВИЕ БРОМИДОВ И ИОДИДОВ 2,3-ДИГИДРООКСАЗОЛО[3,2-a]ПИРИДИНИЯ И 3,4-ДИГИДРО-2Н-ПИРИДО[2,1-Ь][1,3]ОКСАЗИНИЯ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ГРУПП МИКРО- И
МАКРООРГАНИЗМОВ
КОРЛЯКОВ К.А.1, МАЛЕВА А.А.1, ПОЯРКОВА Т.С.1, КАЛИТА Е.В.2, КИМ Д.Г.2 1 ФГБОУВО ЧелГУ, г. Челябинск, Россия 2 ФГАОУВО ЮУрГУ (НИУ) , г. Челябинск, Россия e-mail: korfish@mail.ru
Аннотация
Изучено влияние бромидов и иодидов на бактерии, грибы, растения, ракообразных и рыб. Выявлены различной степени эффекты подавления роста бактерий, ракообразных, нейтральный эффект наблюдался на рыбах и растениях. Невысокие концентрации иодидов стимулировали развитие ряски (Lemna minor). В отношении грибов рода Candida выявлен стимулирующий эффект. Также установлено для ряда веществ их проникновение внутрь клеток.
Ключевые слова: бромиды, иодиды, галогенсодержащие соединения, стимуляция, подавление, рост и гибель микроорганизмов и гидробионтов.
Актуальность. Производные пиридина в виде различных модифицированных
составляющих присутствуют в живых системах, и в качестве лекарственных средств могут быть использованы для лечения самых разнообразных болезней [14]. Синтетические вещества с пиридиновым фрагментом обладают высокой биологической активностью. Так, витамин Вз (РР) - 3-пиридинкарбоновая (никотиновая) кислота участвует во многих окислительно-восстановительных реакциях, образовании ферментов и обмене липидов и углеводов в живых клетках [8]; диэтиламид никотиновой кислоты (кордиамин) применяется для лечения нарушений кровообращения; амиды 3-гидроксиникотиновой кислоты являются эффективными препаратами против СПИДа [15], гидразины и тиоамиды
пиридинкарбоновых кислот обладают противотуберкулезными свойствами;
пиридинальдоксимные антидоты эффективны в лечении отравлений фосфорорганическими отравляющими веществами и пестицидами. На основе производных пиридина получены нейролептики, спазмолитики,
антигипертензивные и антигистаминные препараты. В настоящее время ведутся непрерывные поиски новейших, более эффективных и безопасных лекарственных веществ с пиридиновой основой [10, 12]
Оксазины и их производные являются ключевыми структурными элементами многих биоактивных молекул и обладают антимикробной, противогрибковой,
противовирусной, противоопухолевой,
седативной, иммуномодулирующей
активностью [15, 16].
В то же время галогениды 2,3-дигидрооксазоло^^^пиридиния и 3,4-дигидро-2#-пиридо[2,1 -6][1,3] оксазиния практически не исследованы, поэтому изучение воздействия данных систем на организмы является актуальной задачей.
Материалы, вещества и методика. Тестирование веществ на микроорганизмах проводилось согласно общепринятым методикам [1, 7, 9]. Культивирование производилось на питательных средах с использованием мясо-пептонногоагара.
Вещества тестировали на культуре Staphylococcus aureus и Escherichia coli [13]. В первом эксперименте вещества капали на питательную среду, после чего наблюдали за развитием колоний. Во втором эксперименте уже на выросшие колонии наносили органические вещества. Также изучался рост колоний бактерий и грибов из почвенных вытяжек и ила донных отложений для изучения влияние веществ на отдельные группы организмов в поликультуре. Биотестирование проводилось на Daphnia magna согласно
общепринятой методике [3]. Изучалась реакция поведения дафний при различных концентрациях вещества. Все тесты проводились в трех повторностях. Также изучалось развитие дрожжей (Candida albicans) при добавлении данных веществ в культуру по таким критериям, как количественное развитие газовых пузырьков, формирование трехмерных колоний и изменение размера и морфометрии клеток. Также изучалось прямое воздействие путем введения инъекций рыбам (Carassius gibelio). Соединения, содержащие иод
исследовались на предмет стимулирующего эффекта на ряске (Lemna minor) и вольвии (Wolffia arrhiza) - макрофитах характеризующихся быстрым ростом и накоплением иода в тканях. Для чего в миниатюрные контейнеры добавлялся набор различных концентраций, после чего изучалось развитие по продукции и размеру листовых пластинок.
В настоящей работе были исследованы следующие вещества, приведенные в табл. 1.
Таблица 1
Исследованные галогениды 2,3-дигидрооксазоло[3,2-а]пиридиния и 3,4-дигидро-2Н-пиридо[2,1-
э][1,3]оксазиния
Шифр соединения Структура соединения Название соединения
KDG Трииодид 2-иодметил-2,3-дигидрооксазоло [3,2-я]пиридиния
KE-85 О- N х0 Мгснз / Трииодид 2 -метил-2 -иодметил-2, 3 -дигидрооксазоло [3,2-я]пиридиния
KE-160 а N 0 Вг К^К^Вг Бромид 2-бромметил-3,4-дигидро-2^-пиридо [2,1-й][1,3]оксазиния
KE-198 0!Nvx N 0 Трииодид 2-иодметил-7-нитро-3,4-дигидро-2^-пиридо [2,1-й][1,3]оксазиния
KE-197 N^O Br k^^Br Бромид 2-бромметил-7-нитро-3,4-дигидро-2^-пиридо [2,1-й][1,3]оксазиния
КЕ-14 N ° Br LJ<CH3 Br Бромид 3 -бром-2,2-диметил-7-нитро-3,4-дигидро-2^-пиридо[2,1-й] [1,3]оксазиния
KE-177 <4 Трииодид 2-иодметилен-6-нитро-2,3-дигидро-оксазоло[3,2-я]пиридиния
KE-133 а в; У^СНз Вг Бромид 3 -бром-2,2-диметил-3,4-дигидро-2^-пиридо [2,1-Ь][1,3]оксазиния
KE-183 - N о сн Трииодид 2,2-диметил-7-нитро-3, 4 -дигидро -2Я-пиридо [2,1 -b ][1,3] оксазиния
KE-13 а 1 Иодид 3 -иод-2,2-диметил-3,4-дигидро-2^-пиридо [2,1-Ь][1,3]оксазиния
KE-106 СН3 НзС^ф^о Трииодид 8 -циано -2 -иодметил-5,7-диметил-2,3-дигидрооксазоло [3,2-а]пиридиния
KE-174 Мгснз Вг ) Вг Бромид 2 -метил-2 -бромметил- 2,3-дигидрооксазоло- [3,2-а]пиридиния
KE-185 N^o Вг > Вг Бромид 2-бромметилен-6-нитро-2,3-дигидрооксазоло [3,2-а] пиридиния
Галогениды 2,3-дигидрооксазоло[3,2-
а]пиридиния и 3,4-дигидро-2#-пиридо[2,1-¿][1,3]оксазиния были синтезированы реакцией электрофильнойгетероциклизацииК-алкенильных и К-пропаргильного производных 2-пиридона, 5-нитро-2-пиридона и 3-циано-4,6-диметил-2-пиридона под действием брома и иода по методуике [5,6].
Результаты исследований.
Микроорганизмы. Бактерии. На
бактериальные культуры весь ряд веществ оказывает угнетающее воздействие,
выраженное в большей или меньшей степени в зависимости от культуры бактерий (табл. 2). Это проявлялось в отсутствии роста колоний в местах внесения вещества в питательную среду, снижении плотности колоний, увеличении размера и плотности колоний, что свидетельствует об увеличении слоя межклеточного матрикса ограничивающего попадание веществ из окружающей среды в
культуру клеток. Тем не менее, эффекта, разрушающего бактериальные колонии и биопленки не обнаружено. Межклеточный матрикс колоний справляется с изоляцией исследованных веществ и блокирует их попадание внутрь колонии. Подавляют рост различных бактериальных колоний по степени убывания следующие вещества в ряду КЕ-197 -KE-14 - КЕ-133, что, по-видимому, связано с тем, что свободный ион брома, являясь токсикантом, адсорбируется и проникает сквозь клеточную мембрану. Данный механизм можно рассматривать в качестве доставки. Тем не менее, значимой антибактериальной активности выявлено не было. Так по данным Пантюхина А.А., Першиной Н.Н., Михайловского А.Г. и др., (2012) соединения с близкими по структуре группами 3-(2-бромфенил) и 3-бензил-4,5,6,7-тетрагидроиндазола гидрохлорид проявляли выраженное ингибирующее действие относительно штаммов золотистого
стафилококка и тормозили их рост в концентрациях соответственно 15,6 и 31,2 мкг/мл. Кроме того, данные соединения тормозили рост грибка Candida albicans в концентрациях 62,5 и 125 мкг/мл и вызывают гибель этого штамма в концентрациях соответственно 250 и 500 мкг/мл. Тогда как в нашем случае рост грибка тормозился при концентрациях десятки и сотни тысяч мкг/мл. Схожие концентрации антибактериальной активности были получены для 7-ацетокси-3-(n-бромфенил)-иминометилхромона [4]. Что в последнем случае вполне объяснимо присутствием полицикличной группы в соединении, являющейся наиболее токсичной для ряда живых организмов. Однако, следует предположить, что при тестировании данных веществ в жидкой питательной среде концентрация антибактериальной активности может уменьшится, так как в нашем случае, как отмечено выше воздействие производилось на колонии клеток защищенные полисахаридным матриксом, а именно разрушение колоний бактерий является наиболее актуальным с современной биотехнологии.
Грибы. В свою очередь данные вещества стимулируют развитие грибов (Zygomycota), однако данное тенденция требует дополнительных специальных исследований. Споры грибов могли просто попасть в вещество при их неоднократном использовании и дать начало роста колоний. Однако, наибольший рост гиф и интенсивное покрытие площадей занятых большинством веществ нанесенных на питательную среду свидетельствует о косвенной стимуляции роста (табл. 2).
На культуре Candida albicans были получены следующие результаты. Наибольшей токсичностью отличались КЕ-185 и КЕ-106. На рисунках 1 и 2 показан рост концентрации метаболитов выделяемых культурой Candida albicans при увеличении доли соединения по отношению к питательной среде. Следует отметить, что КЕ-185 при более низкой концентрации (3/10) по сравнению с КЕ-106 (4/10) подавляет развитие клеток. Начиная с данных концентраций деление клеток наблюдается только в колониях. При концентрациях 2/10 наблюдаются сбои метаболизма выраженные в газовых секретах метаболитов. Проникновение брома через клеточную мембрану подтверждается в экспериментах с КЕ-14, где при соприкосновении соединения с клетками, они
окрашиваются в оранжевый цвет. Для КЕ-85 при концентрации 3/10 и соединении вещества с клетками последние приобретают черный цвет. При этом вещество, попадая в структуру колоний, начинает их разрушать, что в первую очередь наблюдается в разрушении воздушных пузырьков являющихся следствием
метаболизма дрожжей. Разрушение
межклеточного матрикса является важным следствием оказываемого эффекта,
свидетельствующего о специфике химического взаимодействия.
Таблица 2
Стимуляция и подавление роста различных таксономических групп живых организмов.
Тестиру Вызываемый биологический эффект.
емое Стимул Токсично Стимул Подавлен
соедине яция сть на яция ие роста
ние роста дафниях роста бактериал
растени (концентр грибов, ьных
й, (+ -) ации, мкл/мл) (+ -) колоний, (+ -)
KDG-1 + * + -
КЕ-183 - 13/10 + -
КЕ-185 - 3/10 + -
КЕ-106 - 6/10 + -
КЕ-133 - 2/10 + +
КЕ-197 - * + -
RDG-2 - * + -
RDG-3 - * + -
КЕ-85 - * + -
КЕ-174 - 1/10 + -
NA-13 - 23/10 + -
КЕ -14 - * + +
* - отсутствие экспериментальных данных
Макроорганизмы. Макрофиты.
Соединение KDG-1 при концентрации 5 мг на 5 г питательной среды стимулировало рост и развитие ряски (Lemna L.). Прибавление в росте наблюдалось в количестве 3±1 листовых пластинок. Более высокие концентрации - 10 и 15 мг на 5 г питательной среды соответственно для KDG-2 и KDG-3 уже не оказывали стимулирующего эффекта на растение. На вольфии (Wolffia arrhiza) подобный эффект не выявлен. Следует отметить, что ряска характеризуется избыточным накоплением иода. Другими исследователями в отношении подсолнечника был выявлен схожий стимулирующий эффект [2]. По всей видимости, метаболические пути аккумулирующие ион иода в иодфенильных соединениях у всех высших растений сходны.
Дафнии. В отношении тест-объекта дафнии магна (Daphnia magna) бромсодержащие
вещества оказались более токсичными по сравнению с иодсодержащими (рис. 3). Далее токсичность соединений повышается с содержанием нитро- и метильных групп. Токсический эффект проявлялся во всплывании к поверхности воды и круговых движениях рачков.
Рыбы. Далее на рыбах подтвердилась диффузия вещества через клетки и ткани выявленная на дрожжах. Эксперименты на серебряном карасе (Carassius gibelio) продемонстрировали отсутствие токсического эффекта и диффундирование в окружающую среду препаратов ^^ КЕ-185, КЕ-106, КЕ-174, КЕ-133. Препараты, введенные в мышечную ткань рыб в составе дистиллированной воды в течении 1,5-2 часов выделялись из тела рыбы, что сопровождалось характерной окраской в месте укола. То есть для внесения изученных соединений в мышечную ткань необходим дополнительный фиксатор, задерживающий вещество внутри клеток и тканей.
л
а
^
_Q 0s
* 1
CD СО
5 Н
I- 5
* Ю
о Го с &
® 1
0 2
1 о
м
CD ¥
Я ° а- а.
1= ^
100
80
60
40
20
10 20 30
Концентрация КЕ-106 в среде, %
40
Рис. 1. Зависимость выделения метаболитов культурой дрожжей в зависимости от концентрации вещества в среде обитания.
.о
CP ^
Ü5 ;
с;
CD
3 °
CD
CD
£
° I 1= ^
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
Концентрация КЕ-185 в среде, % Рис. 2. Зависимость выделения метаболитов культурой дрожжей в зависимости от концентрации вещества в среде обитания
Рис. 3. Концентрации начальной стадии токсичности на Daphnia magna в ряду веществ.
0
0
Список литературы
1. Асонов Н.Р. Практикум по микробиологии /Н.Р. Асонов - М.: Агропромиздат, 1988. - 155 с.
2. Дмитриева И.Г. Применение 2-[n-(2 -иодфенил) карбоксоамидо]-3-амино-4,6-диметилтиено[2,3-Ь]пиридина в качестве стимулятора прорастания семян подсолнечника. / И.Г. Дмитриева и др. Патент России. - C07D495/04. -Опубликовано 27.05.2006.
3. Жмур Н. С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний ФР.1.39.2007.03222. /Н.С. Жмур. -М.: АКВАРОС, 2007. - 52 с.
4. Икоева Л.П. 7-ацетоксu-3-(n-бромфенuл)-uмuнометuлхромон, обладающий антибактериальной активностью. / Л.П. Икоева, О.Э. Хаева, Н.И. Лютин. Патент России. - C07D311/22. - Опубликовано 10.08.2002.
5. Калита Е.В. Синтез и галогенциклизация алкенильных производных 5-нитро-2-пиридона. /Е.В. Калита и др. //ЖОрХ. - 2016. - Т. 52, №8. - С. 1157-1161.
6. Ким Д.Г. Синтез 2-галогенметилоксазолино[3,2-а]пиридиний галогенидов /Д.Г. Ким, Н.П. Алалыкина, Е.И. Согрина //ЖОрХ. - 1985. - Т. 21. - С. 2022-2023.
7. Кузнецов С. И. Методы изучения водных микроорганизмов / С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. -М: Наука, 1989. - 287 с.
8. Малая медицинская энциклопедия. -М. 1991. - Том. - С. 330-337.
9. Определитель бактерий Берджи. Т. 2. - М. Издательство Мир, 1997. - 368 с.
10. Основы органической химии лекарственных веществ /А.Т. Солдатенков и др. -М.: Химия, 2001. - 192 с.
11. Пантюхин А.А. 3-(2-бромфенил) и 3-бензил-4,5,6,7-тетрагидроиндазола гидрохлориды, противомикробное средство на их основе /А.А. Пантюхин и др. Патент России. - C07D231/56. - Опубликовано 10.12.2012.
12. Патент 3409630 США. Водорастворимые соли нитро-3-пиридолов. - С07Д213/65.
13. Першин Г.Н. Методы экспериментальной химиотерапии /Г.Н. Першин. -М.: Медицина, 1971. - 109 с. 14 Фаляхов И. Ф. Синтез биологически активных веществ на основе производных пиридинового ряда /И.Ф. Фаляхов и др. //Вестник Каз. технол. ун-та. - 2012. - Вып. 16, т. 15. - С. 186-187.
15. Федоров Б.С. Ингибиторы метастазов и средства повышающие химиотерапевтическую активность противоопухолевых препаратов. /Б.С. Федоров и др. Патент России. - С07Д213/65. - Опубликовано 24.06.2005 г.
16. Chylinska J.B. Antibacterial activity of dihydro-1,3-oxazine derivatives condensed with aromatic rings in positions 5, 6. / J.B. Chylinska, M. Janowiec, T. Urbanski. //Br. J. Pharm. - 1971. - 43(3). - 649pp.
17. Czarnik A.W. Guest Editorial. / A.W. Czarnik //Acc. Chem. Res. - 1996. - 29. - P.112-113.
THE IMPACT OF BROMIDE AND IODIDE AND 2,3-DIHYDROOXAZOLO[3,2-a]PYRIDINE
AND 3,4-DIHYDRO-2H-PIRIDO[2,1-b][1,3]OXAZINE ON THE PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF DIFFERENT TAXONOMIC GROUPS OF MICRO - ORGANISMS*
KORLYAKOV K.A.1, MALEVA A.A.1, POYARKOVA T.S.1, KALITA E.V.2, KIM D.G.2 1FSBEI HE ChelSU, Chelyabinsk, Russia 3 FSAEIHE SUSU (NRU), Chelyabinsk, Russia e-mail: korfish@mail.ru
Abstract
The influence of bromides and iodides on bacteria, fungi, plants, crustaceans and fish. Revealed varying degrees the effects of inhibiting the growth of bacteria, crustaceans, neutral effect was observed on the fish and plants. Low concentrations of iodide stimulated the development of duckweed (Lemna minor). Against fungi of the genus Candida revealed a stimulating effect. Also set for a number of substances, their penetration into cells.
Keywords: bromides, iodides, and halogen-containing compounds, stimulation, suppression, growth and death of micro-organisms and aquatic organisms.
* Статья выполнена при поддержке правительства РФ (Постановление от 16.03.2013 №211), соглашение №02.А03.21.0011 и в рамках гос. задания №2017130-Г3 БЧ.
