Köszönjük, hogy felkereste a nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy a legújabb böngészőverziót használja (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Ezenkívül a folyamatos támogatás biztosítása érdekében ez az oldal nem tartalmaz stílusokat vagy JavaScriptet.
A 3-(antracén-9-il)-2-cianoakriloil-klorid 4 szintont szintetizálták, és különféle nitrogén-nukleofilekkel való reakciója révén számos nagy aktivitású heterociklusos vegyület előállítására használták. Az egyes szintetizált heterociklusos vegyületek szerkezetét spektroszkópiai és elemi analízis segítségével alaposan jellemezték. A tizenhárom új heterociklusos vegyület közül tíz biztató hatékonyságot mutatott a multirezisztens baktériumok (MRSA) ellen. Közülük a 6, 7, 10, 13b és 14 vegyületek mutatták a legnagyobb antibakteriális aktivitást, közel 4 cm-es gátlási zónákkal. A molekuláris dokkolási vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a vegyületek eltérő kötődési affinitással rendelkeznek a penicillin-kötő 2a fehérjéhez (PBP2a), amely az MRSA-rezisztencia kulcsfontosságú célpontja. Egyes vegyületek, például a 7, 10 és 14 nagyobb kötődési affinitást és kölcsönhatási stabilitást mutattak a PBP2a aktív helyén a ko-kristályosított kinazolinon ligandumhoz képest. Ezzel szemben a 6-os és 13b vegyületek alacsonyabb dokkolási pontszámokat mutattak, de továbbra is jelentős antibakteriális aktivitást mutattak, a 6-os vegyület rendelkezett a legalacsonyabb MIC (9,7 μg/100 μL) és MBC (78,125 μg/100 μL) értékekkel. A dokkolási analízis kulcsfontosságú kölcsönhatásokat tárt fel, beleértve a hidrogénkötéseket és a π-stackinget, különösen olyan aminosavakkal, mint a Lys 273, Lys 316 és Arg 298, amelyeket a PBP2a kristályszerkezetében a ko-kristályosodott ligandummal kölcsönhatásba lépőként azonosítottak. Ezek a aminosavak elengedhetetlenek a PBP2a enzimatikus aktivitásához. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a szintetizált vegyületek ígéretes MRSA-ellenes gyógyszerekként szolgálhatnak, kiemelve a molekuláris dokkolás és a biológiai vizsgálatok kombinálásának fontosságát a hatékony terápiás jelöltek azonosítása érdekében.
A század első néhány évében a kutatási erőfeszítések főként új, egyszerű eljárások és módszerek kidolgozására összpontosultak számos innovatív, antimikrobiális aktivitású heterociklusos rendszer szintéziséhez, könnyen hozzáférhető kiindulási anyagok felhasználásával.
Az akrilnitril egységeket fontos kiindulási anyagnak tekintik számos figyelemre méltó heterociklusos rendszer szintéziséhez, mivel ezek nagyon reakcióképes vegyületek. Ezenkívül a 2-cianoakriloil-klorid-származékokat az elmúlt években széles körben használták a farmakológiai alkalmazások területén létfontosságú termékek fejlesztésére és szintézisére, mint például gyógyszer-intermedierek1,2,3, HIV-ellenes, vírusellenes, rákellenes, antibakteriális, antidepresszáns és antioxidáns szerek prekurzorai4,5,6,7,8,9,10. Az utóbbi időben az antracén és származékainak biológiai hatékonysága, beleértve antibiotikus, rákellenes11,12, antibakteriális13,14,15 és rovarölő tulajdonságaikat16,17, nagy figyelmet kapott18,19,20,21. Az akrilnitril és antracén egységeket tartalmazó antimikrobiális vegyületeket az 1. és 2. ábra mutatja.
Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) (2021) szerint az antimikrobiális rezisztencia (AMR) globális veszélyt jelent az egészségre és a fejlődésre22,23,24,25. A betegek nem gyógyíthatók, ami hosszabb kórházi tartózkodást és drágább gyógyszerek iránti igényt, valamint fokozott halálozási és rokkantsági kockázatot eredményez. A hatékony antimikrobiális szerek hiánya gyakran a kezelés kudarcához vezet különböző fertőzések esetén, különösen a kemoterápia és a nagyobb műtétek során.
Az Egészségügyi Világszervezet 2024-es jelentése szerint a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) és az E. coli szerepel a prioritást élvező kórokozók listáján. Mindkét baktérium számos antibiotikummal szemben rezisztens, így nehezen kezelhető és kontrollálható fertőzéseket képviselnek, és sürgősen szükség van új és hatékony antimikrobiális vegyületek kifejlesztésére a probléma megoldása érdekében. Az antracén és származékai jól ismert antimikrobiális szerek, amelyek mind a Gram-pozitív, mind a Gram-negatív baktériumok ellen hatnak. E tanulmány célja egy új származék szintézise, ​​amely képes leküzdeni ezeket az egészségre veszélyes kórokozókat.
Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) jelentése szerint számos bakteriális kórokozó rezisztens több antibiotikummal szemben, beleértve a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureust (MRSA), amely gyakori fertőzési ok a közösségben és az egészségügyi intézményekben. Az MRSA-fertőzésben szenvedő betegek halálozási aránya 64%-kal magasabb, mint a gyógyszerérzékeny fertőzésekben szenvedőké. Ezenkívül az E. coli globális kockázatot jelent, mivel a karbapenem-rezisztens Enterobacteriaceae (azaz az E. coli) elleni utolsó védelmi vonal a kolisztin, de a közelmúltban több országban is jelentettek kolisztin-rezisztens baktériumokat.22,23,24,25
Ezért az Egészségügyi Világszervezet antimikrobiális rezisztenciáról szóló globális cselekvési terve26 szerint sürgősen szükség van új antimikrobiális szerek felfedezésére és szintézisére. Számos publikált cikk kiemelte az antracén és az akrilnitril antibakteriális,27 gombaellenes,28 rákellenes29 és antioxidáns30 hatóanyagként rejlő nagy potenciálját. E tekintetben elmondható, hogy ezek a származékok jó jelöltek a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) elleni alkalmazásra.
Korábbi irodalmi áttekintések ösztönöztek minket új származékok szintézisére ezekben az osztályokban. Ezért a jelenlegi tanulmány célja antracén- és akrilnitril-részeket tartalmazó új heterociklusos rendszerek fejlesztése, antimikrobiális és antibakteriális hatékonyságuk értékelése, valamint a penicillin-kötő 2a fehérjével (PBP2a) való potenciális kötődési kölcsönhatásaik vizsgálata molekuláris dokkolással. A korábbi tanulmányokra építve a jelenlegi tanulmány folytatta a heterociklusos rendszerek szintézisét, biológiai értékelését és számítógépes elemzését, hogy ígéretes antimeticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) szereket azonosítson, amelyek erős PBP2a gátló aktivitással rendelkeznek31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Jelenlegi kutatásunk antracén- és akrilnitril-részeket tartalmazó új heterociklusos vegyületek szintézisére és antimikrobiális hatásának vizsgálatára összpontosít. Előállítottuk a 3-(antracén-9-il)-2-cianoakriloil-kloridot 4, amelyet új heterociklusos rendszerek építéséhez építőelemként használtunk.
A 4-es vegyület szerkezetét spektrális adatok felhasználásával határoztuk meg. Az 1H-NMR spektrum CH= jelenlétét mutatta 9,26 ppm-nél, az IR spektrum karbonilcsoport jelenlétét mutatta 1737 cm−1-nél és cianocsoport jelenlétét 2224 cm−1-nél, és a 13C NMR spektrum szintén megerősítette a javasolt szerkezetet (lásd a kísérleti részt).
A 3-(antracén-9-il)-2-cianoakriloil-klorid 4 szintézisét a 250, 41, 42, 53 aromás csoportok etanolos nátrium-hidroxid-oldattal (10%) történő hidrolízisével végeztük, így a 354, 45, 56 savakat kaptuk, amelyeket ezután vízfürdőn tionil-kloriddal kezeltünk, így magas hozammal (88,5%) kaptuk a 4 akriloil-klorid-származékot, amint az a 3. ábrán látható.
Az elvárt antibakteriális hatékonyságú új heterociklusos vegyületek létrehozása érdekében az acil-klorid 4 reakcióját különböző dinukleofilekkel végezték.
A 4-es savkloridot hidrazin-hidráttal kezeltük 0°C-on egy órán át. Sajnos az 5-ös pirazolont nem kaptuk meg. A termék egy akrilamid-származék volt, amelynek szerkezetét spektrális adatokkal igazoltuk. IR-spektrumában a C=O abszorpciós sávjai láthatók 1720 cm−1-nél, C≡N 2228 cm−1-nél és NH 3424 cm−1-nél. Az 1H-NMR-spektrumban az olefin-protonok és az NH protonok kicserélődési szingulettjele látható 9,3 ppm-nél (lásd a kísérleti részt).
Két mól 4-es savkloridot reagáltattunk egy mól fenilhidrazinnal, így jó hozammal (77%) kaptuk a 7-es N-fenilakriloilhidrazin-származékot (5. ábra). A 7-es vegyület szerkezetét infravörös spektroszkópiai adatokkal igazoltuk, amelyek két C=O csoport abszorpcióját mutatták 1691 és 1671 cm−1-nél, a CN csoport abszorpcióját 2222 cm−1-nél és az NH csoport abszorpcióját 3245 cm−1-nél, az 1H-NMR spektrumban pedig a CH csoport 9,15 és 8,81 ppm-nél, az NH proton pedig 10,88 ppm-nél volt látható (lásd a kísérleti részt).
Ebben a tanulmányban az acil-klorid 4 reakcióját vizsgáltuk 1,3-dinukleofilekkel. Az acil-klorid 4 2-aminopiridinnel való kezelése 1,4-dioxánban, TEA bázis jelenlétében szobahőmérsékleten a 8 akrilamid-származékot eredményezte (5. ábra), amelynek szerkezetét spektrális adatok segítségével azonosítottuk. Az IR-spektrumok ciano-nyújtási sávokat mutattak 2222 cm−1-nél, NH-csoportot 3148 cm−1-nél és karbonilcsoportot 1665 cm−1-nél; az 1H NMR-spektrumok olefin-protonok jelenlétét igazolták 9,14 ppm-nél (lásd a kísérleti részt).
A 4-es vegyület tioureaval reagálva 9-es pirimidinétiont eredményez; a 4-es vegyület tioszemikarbaziddal reagálva 10-es tiopirazol-származékot eredményez (5. ábra). A 9-es és 10-es vegyületek szerkezetét spektrális és elemi analízissel igazoltuk (lásd a kísérleti részt).
A tetrazin-3-tiolt 11 a 4-es vegyület és a tiokarbazid 1,4-dinukleofil reakciójával állítottuk elő (5. ábra), szerkezetét pedig spektroszkópiával és elemanalízissel igazoltuk. Az infravörös spektrumban a C=N kötés 1619 cm−1-nél jelent meg. Ugyanakkor az 1H-NMR spektrumában az aromás protonok többrétegű jelei 7,78–8,66 ppm-nél és az SH protonok 3,31 ppm-nél voltak láthatók (lásd a kísérleti részt).
A 4-es képletű akriloil-klorid 1,2-diaminobenzollal, 2-aminotiofenollal, antranilsavval, 1,2-diaminoetánnal és etanolaminnal reagál 1,4-dinukleofilként, új heterociklusos rendszereket képezve (13–16).
Az újonnan szintetizált vegyületek szerkezetét spektrális és elemanalízissel igazoltuk (lásd a kísérleti részt). A 17-es 2-hidroxifenilakrilamid-származékot 2-aminofenollal dinukleofilként reagáltatva kaptuk (6. ábra), szerkezetét pedig spektrális és elemanalízissel igazoltuk. A 17-es vegyület infravörös spektruma azt mutatta, hogy a C=O és C≡N jelek 1681, illetve 2226 cm−1-nél jelentek meg. Eközben az 1H-NMR spektrumában az olefin proton szingulett jele 9,19 ppm-nél, az OH proton pedig 9,82 ppm-nél jelent meg (lásd a kísérleti részt).
A 4-es savklorid és egy nukleofil (pl. etil-amin, 4-toluidin és 4-metoxi-anilin) ​​reakciója dioxánban oldószerként és TEA katalizátor jelenlétében szobahőmérsékleten zöld kristályos 18, 19a és 19b akrilamid-származékokat eredményezett. A 18, 19a és 19b vegyületek elemi és spektrális adatai megerősítették ezen származékok szerkezetét (lásd a kísérleti részt) (7. ábra).
Különböző szintetikus vegyületek antimikrobiális aktivitásának szűrése után különböző eredményeket kaptunk, amint az az 1. táblázatban és a 8. ábrán látható (lásd az ábrát). Minden vizsgált vegyület eltérő mértékű gátlást mutatott a Gram-pozitív MRSA baktériummal szemben, míg a Gram-negatív Escherichia coli baktérium teljes rezisztenciát mutatott az összes vegyülettel szemben. A vizsgált vegyületek három kategóriába sorolhatók az MRSA elleni gátlási zóna átmérője alapján. Az első kategória volt a legaktívabb, és öt vegyületből állt (6, 7, 10, 13b és 14). Ezen vegyületek gátlási zónájának átmérője közel 4 cm volt; ebben a kategóriában a legaktívabb vegyületek a 6-os és 13b vegyület voltak. A második kategória mérsékelten aktív volt, és további öt vegyületből állt (11, 13a, 15, 18 és 19a). Ezen vegyületek gátlási zónája 3,3 és 3,65 cm között mozgott, a 11-es vegyület mutatta a legnagyobb, 3,65 ± 0,1 cm-es gátlási zónát. Másrészt az utolsó csoport három olyan vegyületet tartalmazott (8, 17 és 19b), amelyek a legalacsonyabb antimikrobiális aktivitással (kevesebb, mint 3 cm) rendelkeztek. A 9. ábra a különböző gátlási zónák eloszlását mutatja.
A tesztelt vegyületek antimikrobiális aktivitásának további vizsgálata során meghatározták az egyes vegyületek MIC és MBC értékeit. Az eredmények kismértékben eltértek (ahogyan azt a 2., 3. táblázat és a 10. ábra mutatja (lásd az ábrát)), a 7, 11, 13a és 15 vegyületeket látszólag a legjobb vegyületek közé sorolták át. Ugyanazokkal a legalacsonyabb MIC és MBC értékekkel rendelkeztek (39,06 μg/100 μL). Bár a 7 és 8 vegyületek alacsonyabb MIC értékekkel rendelkeztek (9,7 μg/100 μL), MBC értékeik magasabbak voltak (78,125 μg/100 μL). Ezért gyengébbnek tekintették őket, mint a korábban említett vegyületeket. Ez a hat vegyület azonban a tesztelt vegyületek közül a leghatékonyabbnak bizonyult, mivel MBC értékeik 100 μg/100 μL alatt voltak.
A (10, 14, 18 és 19b) vegyületek kevésbé voltak aktívak a többi vizsgált vegyülethez képest, mivel MBC-értékeik 156 és 312 μg/100 μL között voltak. Másrészt a (8, 17 és 19a) vegyületek voltak a legkevésbé ígéretesek, mivel ezek rendelkeztek a legmagasabb MBC-értékekkel (625, 625 és 1250 μg/100 μL).
Végül, a 3. táblázatban látható toleranciaszintek alapján a vizsgált vegyületek hatásmechanizmusuk alapján két kategóriába sorolhatók: baktericid hatású vegyületek (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) és antibakteriális hatású vegyületek (6, 13b, 14, 17, 19a). Ezek közül a 7, 11, 13a és 15 vegyületek előnyösek, amelyek nagyon alacsony koncentrációban (39,06 μg/100 μL) is ölő aktivitást mutatnak.
A tizenhárom vizsgált vegyület közül tíz mutatott potenciális hatást az antibiotikum-rezisztens meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) ellen. Ezért további szűrés ajánlott több antibiotikum-rezisztens kórokozóval (különösen a patogén Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokat tartalmazó helyi izolátumokkal) és patogén élesztőgombákkal, valamint minden egyes vegyület citotoxikus vizsgálata a biztonságosságuk felmérése érdekében.
Molekuláris dokkolási vizsgálatokat végeztek a szintetizált vegyületek penicillin-kötő fehérje 2a (PBP2a) inhibitoraként való potenciáljának értékelésére meticillin-rezisztens Staphylococcus aureusban (MRSA). A PBP2a egy kulcsfontosságú enzim, amely részt vesz a bakteriális sejtfal bioszintézisében, és ennek az enzimnek a gátlása zavarja a sejtfalképződést, ami végül bakteriális lízishez és sejthalálhoz vezet1. A dokkolási eredményeket a 4. táblázat tartalmazza, és részletesebben a kiegészítő adatfájlban ismertetjük, és az eredmények azt mutatják, hogy számos vegyület erős kötődési affinitást mutatott a PBP2a iránt, különösen a kulcsfontosságú aktív hely aminosavai, mint például a Lys 273, Lys 316 és Arg 298. A kölcsönhatások, beleértve a hidrogénkötést és a π-stackinget, nagyon hasonlóak voltak a ko-kristályosított kinazolinon ligandum (CCL) kölcsönhatásaihoz, ami arra utal, hogy ezek a vegyületek hatékony inhibitorok.
A molekuláris dokkolási adatok, más számítási paraméterekkel együtt, erősen arra utaltak, hogy a PBP2a gátlása volt a kulcsfontosságú mechanizmus, amely felelős ezen vegyületek megfigyelt antibakteriális aktivitásáért. A dokkolási pontszámok és a négyzetes középérték-eltérés (RMSD) értékei tovább mutatták a kötődési affinitást és stabilitást, alátámasztva ezt a hipotézist. Amint a 4. táblázatban látható, míg számos vegyület jó kötődési affinitást mutatott, egyes vegyületek (pl. a 7, 9, 10 és 14) magasabb dokkolási pontszámot mutattak, mint a ko-kristályosított ligand, ami arra utal, hogy erősebb kölcsönhatásba léphetnek a PBP2a aktív helyének aminosavaival. A legbioaktívabb vegyületek, a 6 és 13b azonban valamivel alacsonyabb dokkolási pontszámokat mutattak (-5,98, illetve -5,63) a többi ligandumhoz képest. Ez arra utal, hogy bár a dokkolási pontszámok felhasználhatók a kötődési affinitás előrejelzésére, más tényezők (pl. a ligand stabilitása és a molekuláris kölcsönhatások a biológiai környezetben) is kulcsszerepet játszanak az antibakteriális aktivitás meghatározásában. Figyelemre méltó, hogy az összes szintetizált vegyület RMSD-értéke 2 Å alatt volt, ami megerősíti, hogy dokkolási pozícióik szerkezetileg összhangban vannak a ko-kristályosított ligandum kötődési konformációjával, tovább alátámasztva potenciális PBP2a-gátló szerepüket.
Bár a dokkolási pontszámok és az RMS-értékek értékes előrejelzéseket adnak, a dokkolási eredmények és az antimikrobiális aktivitás közötti összefüggés első pillantásra nem mindig egyértelmű. Bár a PBP2a gátlását erősen alátámasztják, mint az antimikrobiális aktivitást befolyásoló kulcsfontosságú tényezőt, számos különbség arra utal, hogy más biológiai tulajdonságok is fontos szerepet játszanak. A 6-os és 13b vegyületek mutatták a legnagyobb antimikrobiális aktivitást, mind 4 cm-es gátlási zóna átmérővel, mind a legalacsonyabb MIC (9,7 μg/100 μL) és MBC (78,125 μg/100 μL) értékekkel, annak ellenére, hogy alacsonyabb dokkolási pontszámokat értek el a 7-es, 9-es, 10-es és 14-es vegyületekhez képest. Ez arra utal, hogy bár a PBP2a gátlása hozzájárul az antimikrobiális aktivitáshoz, az olyan tényezők, mint az oldhatóság, a biohasznosulás és a bakteriális környezetben való kölcsönhatási dinamika is befolyásolják az általános aktivitást. A 11. ábra a dokkolási pózokat mutatja, ami azt jelzi, hogy mindkét vegyület, még viszonylag alacsony kötődési pontszámmal is, képes kölcsönhatásba lépni a PBP2a kulcsfontosságú aminosavaival, potenciálisan stabilizálva a gátlási komplexet. Ez rávilágít arra, hogy míg a molekuláris dokkolás fontos betekintést nyújt a PBP2a gátlásába, más biológiai tényezőket is figyelembe kell venni ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük ezen vegyületek valós antimikrobiális hatásait.
A PBP2a kristályszerkezetének (PDB ID: 4CJN) felhasználásával elkészítették a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) penicillin-kötő 2a fehérjéjével (PBP2a) dokkolt legaktívabb vegyületek, a 6 és 13b 2D és 3D kölcsönhatási térképeit. Ezek a térképek összehasonlítják ezen vegyületek kölcsönhatási mintázatait az újra dokkolt, ko-kristályosított kinazolinon ligandummal (CCL), kiemelve a kulcsfontosságú kölcsönhatásokat, mint például a hidrogénkötés, a π-stacking és az ionos kölcsönhatások.
Hasonló mintázatot figyeltek meg a 7-es vegyület esetében, amely viszonylag magas dokkolási pontszámot (-6,32) és hasonló gátlási zóna átmérőt (3,9 cm) mutatott, mint a 10-es vegyület. Azonban a MIC (39,08 μg/100 μL) és MBC (39,06 μg/100 μL) értékei szignifikánsan magasabbak voltak, ami arra utal, hogy az antibakteriális hatás kifejtéséhez magasabb koncentrációkra volt szükség. Ez arra utal, hogy bár a 7-es vegyület erős kötődési affinitást mutatott a dokkolási vizsgálatokban, olyan tényezők, mint a biohasznosulás, a sejtek felvétele vagy más fizikai-kémiai tulajdonságok korlátozhatják biológiai hatékonyságát. Bár a 7-es vegyület baktericid tulajdonságokat mutatott, kevésbé hatékonyan gátolta a baktériumok növekedését a 6-os és 13b vegyületekhez képest.
A 10-es vegyület mutatott drámaibb különbséget a legmagasabb dokkolási pontszámmal (-6,40), ami erős kötődési affinitást jelez a PBP2a-hoz. Gátlási zónájának átmérője (3,9 cm) azonban összehasonlítható volt a 7-es vegyületével, és MBC-je (312 μg/100 μL) szignifikánsan magasabb volt, mint a 6-os, 7-es és 13b vegyületeké, ami gyengébb baktericid aktivitásra utal. Ez arra utal, hogy a jó dokkolási előrejelzések ellenére a 10-es vegyület kevésbé volt hatékony az MRSA elpusztításában egyéb korlátozó tényezők, például az oldhatóság, a stabilitás vagy a baktériummembrán gyenge permeabilitása miatt. Ezek az eredmények alátámasztják azt a megértést, hogy bár a PBP2a gátlása kulcsszerepet játszik az antibakteriális aktivitásban, nem magyarázza meg teljesen a vizsgált vegyületek között megfigyelt biológiai aktivitásbeli különbségeket. Ezek a különbségek arra utalnak, hogy további kísérleti elemzésekre és mélyreható biológiai értékelésekre van szükség az érintett antibakteriális mechanizmusok teljes tisztázásához.
A 4. táblázatban és a kiegészítő adatfájlban látható molekuláris dokkolási eredmények rávilágítanak a dokkolási pontszámok és az antimikrobiális aktivitás közötti összetett kapcsolatra. Bár a 6-os és 13b vegyületek alacsonyabb dokkolási pontszámmal rendelkeznek, mint a 7-es, 9-es, 10-es és 14-es vegyületek, ezek mutatják a legnagyobb antimikrobiális aktivitást. Kölcsönhatási térképeik (a 11. ábrán látható) azt mutatják, hogy alacsonyabb kötődési pontszámuk ellenére továbbra is jelentős hidrogénkötéseket és π-halmozási kölcsönhatásokat képeznek a PBP2a kulcsfontosságú aminosavaival, amelyek biológiailag előnyös módon stabilizálhatják az enzim-inhibitor komplexet. A 6-os és 13b vegyületek viszonylag alacsony dokkolási pontszámai ellenére fokozott antimikrobiális aktivitásuk arra utal, hogy az inhibitor potenciáljának értékelésekor a dokkolási adatokkal együtt más tulajdonságokat, például az oldhatóságot, a stabilitást és a sejtekbe történő felvételt is figyelembe kell venni. Ez kiemeli a dokkolási vizsgálatok kísérleti antimikrobiális elemzéssel való kombinálásának fontosságát az új vegyületek terápiás potenciáljának pontos felmérése érdekében.
Ezek az eredmények rávilágítanak arra, hogy bár a molekuláris dokkolás hatékony eszköz a kötődési affinitás előrejelzésére és a gátlás lehetséges mechanizmusainak azonosítására, nem szabad kizárólag erre hagyatkozni az antimikrobiális hatékonyság meghatározásához. A molekuláris adatok arra utalnak, hogy a PBP2a gátlása kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja az antimikrobiális aktivitást, de a biológiai aktivitás változásai arra utalnak, hogy más fizikai-kémiai és farmakokinetikai tulajdonságokat is optimalizálni kell a terápiás hatékonyság fokozása érdekében. A jövőbeli vizsgálatoknak a 7-es és 10-es vegyületek kémiai szerkezetének optimalizálására kell összpontosítaniuk a biohasznosulás és a sejtek felvételének javítása érdekében, biztosítva, hogy az erős dokkolási kölcsönhatások tényleges antimikrobiális aktivitássá alakuljanak. További vizsgálatok, beleértve a további biológiai vizsgálatokat és a szerkezet-aktivitás összefüggés (SAR) elemzését, kritikus fontosságúak lesznek ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan működnek ezek a vegyületek PBP2a inhibitorokként, és hogy hatékonyabb antimikrobiális szereket fejlesszünk ki.
A 3-(antracén-9-il)-2-cianoakriloil-kloridból 4 szintetizált vegyületek változó mértékű antimikrobiális aktivitást mutattak, számos vegyület jelentős mértékben gátolta a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureust (MRSA). A szerkezet-aktivitás összefüggés (SAR) elemzés feltárta ezen vegyületek antimikrobiális hatékonyságának alapjául szolgáló kulcsfontosságú szerkezeti jellemzőket.
Az akrilnitril- és antracéncsoportok jelenléte kritikusnak bizonyult az antimikrobiális aktivitás fokozása szempontjából. Az akrilnitrilben található, rendkívül reaktív nitrilcsoport szükséges a bakteriális fehérjékkel való kölcsönhatások elősegítéséhez, ezáltal hozzájárulva a vegyület antimikrobiális tulajdonságaihoz. Az akrilnitrilt és antracént is tartalmazó vegyületek következetesen erősebb antimikrobiális hatást mutattak. Az antracéncsoport aromás jellege tovább stabilizálta ezeket a vegyületeket, potenciálisan fokozva biológiai aktivitásukat.
A heterociklusos gyűrűk bevezetése jelentősen javította számos származék antibakteriális hatékonyságát. Különösen a 13b benzotiazol-származék és a 6 akrilhidrazid-származék mutatta a legnagyobb antibakteriális aktivitást, körülbelül 4 cm-es gátlási zónával. Ezek a heterociklusos származékok jelentősebb biológiai hatásokat mutattak, ami arra utal, hogy a heterociklusos szerkezet kulcsszerepet játszik az antibakteriális hatásokban. Hasonlóképpen, a 9-es vegyületben található pirimidin-tion, a 10-es vegyületben található tiopirazol és a 11-es vegyületben található tetrazingyűrű hozzájárult a vegyületek antibakteriális tulajdonságaihoz, ami tovább hangsúlyozza a heterociklusos módosítás fontosságát.
A szintetizált vegyületek közül a 6-os és a 13b kiemelkedett kiváló antibakteriális aktivitásával. A 6-os vegyület minimális gátló koncentrációja (MIC) 9,7 μg/100 μL, minimális baktericid koncentrációja (MBC) pedig 78,125 μg/100 μL volt, ami kiemeli kiváló képességét a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) elpusztítására. Hasonlóképpen, a 13b vegyület 4 cm-es gátlási zónával és alacsony MIC és MBC értékekkel rendelkezett, ami megerősíti erős antibakteriális aktivitását. Ezek az eredmények rávilágítanak az akrilohidrazid és a benzotiazol funkciós csoportok kulcsszerepére ezen vegyületek biohatékonyságának meghatározásában.
Ezzel szemben a 7, 10 és 14 vegyületek mérsékelt antibakteriális aktivitást mutattak, a gátlási zónák 3,65 és 3,9 cm között mozogtak. Ezeknél a vegyületeknél nagyobb koncentrációra volt szükség a baktériumok teljes elpusztításához, amit a viszonylag magas MIC és MBC értékeik is tükröznek. Bár ezek a vegyületek kevésbé voltak aktívak, mint a 6 és 13b vegyületek, mégis jelentős antibakteriális potenciált mutattak, ami arra utal, hogy az akrilnitril és az antracén molekularészek beépülése a heterociklusos gyűrűbe hozzájárul antibakteriális hatásukhoz.
A vegyületek eltérő hatásmechanizmussal rendelkeznek, némelyik baktericid tulajdonságokkal rendelkezik, mások bakteriosztatikus hatást fejtenek ki. A 7-es, 11-es, 13a-as és 15-ös vegyületek baktericid hatásúak, és alacsonyabb koncentrációk szükségesek a baktériumok teljes elpusztításához. Ezzel szemben a 6-os, 13b-es és 14-es vegyületek bakteriosztatikusak, és alacsonyabb koncentrációkban gátolhatják a baktériumok növekedését, de magasabb koncentrációk szükségesek a baktériumok teljes elpusztításához.
Összességében a szerkezet-aktivitás összefüggés elemzése rávilágít az akrilnitril és antracén molekularészek, valamint a heterociklusos szerkezetek bevezetésének fontosságára a jelentős antibakteriális aktivitás elérése érdekében. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy ezen szerkezeti komponensek optimalizálása és a további módosítások vizsgálata az oldhatóság és a membránpermeabilitás javítása érdekében hatékonyabb MRSA-ellenes gyógyszerek kifejlesztéséhez vezethet.
Minden reagenst és oldószert standard eljárások (El Gomhouria, Egyiptom) szerint tisztítottunk és szárítottunk. Az olvadáspontokat GallenKamp elektronikus olvadáspontmérő készülékkel határoztuk meg, és korrekció nélkül adjuk meg. Az infravörös (IR) spektrumokat (cm⁻1) az Ain Shams Egyetem Természettudományi Karának Kémiai Tanszékén vettük fel kálium-bromid (KBr) pelletek felhasználásával Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrométeren (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
Az 1H NMR spektrumokat 300 MHz-en vettük fel GEMINI NMR spektrométerrel (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) és BRUKER 300 MHz NMR spektrométerrel (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Belső standardként tetrametil-szilánt (TMS) használtunk deuterált dimetil-szulfoxiddal (DMSO-d₆). Az NMR méréseket a Kairói Egyetem Természettudományi Karán végeztük Gízában, Egyiptomban. Az elemanalízist (CHN) Perkin-Elmer 2400 elemanalizátorral végeztük, és a kapott eredmények jó egyezést mutatnak a számított értékekkel.
A 3-as sav (5 mmol) és tionil-klorid (5 ml) elegyét 65 °C-os vízfürdőben 4 órán át melegítettük. A feleslegben lévő tionil-kloridot csökkentett nyomáson desztillálással eltávolítottuk. A kapott vörös szilárd anyagot összegyűjtöttük és további tisztítás nélkül felhasználtuk. Olvadáspont: 200-202 °C, hozam: 88,5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27-8,57 (m, 9H, heteroaromatizáció). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH3antracén), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Elemző: Számított C18H10ClNO (291,73) képletre: C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Talált: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
0°C-on a 4-es vegyületet (2 mmol, 0,7 g) vízmentes dioxánban (20 ml) oldottuk, majd cseppenként hozzáadtunk hidrazin-hidrátot (2 mmol, 0,16 ml, 80%), és 1 órán át kevertük. A kicsapódott szilárd anyagot szűréssel összegyűjtöttük, majd etanolból átkristályosítottuk, így kaptuk a 6-os vegyületet.
Zöld kristályok, olvadáspont: 190-192 °C, hozam: 69,36%; IR (KBr) ν = 3424 (NH₃), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (széles s, H, NH₃, kicserélhető), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromás), 9,16 (s, 1H, CH₃), 8,54 (s, 1H, CH₃); Számított érték a C₃H₂₁N₃O (475,53) képletre: C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Talált: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Oldjon fel a 4-es vegyületet (2 mmol, 0,7 g) 20 ml vízmentes dioxánoldatban (amely néhány csepp trietil-amint tartalmaz), adjon hozzá fenilhidrazint/2-aminopiridint (2 mmol), és keverje szobahőmérsékleten 1, illetve 2 órán át. Öntse a reakcióelegyet jégre vagy vízre, és savanyítsa híg sósavval. Szűrje le a kiváló szilárd anyagot, és kristályosítsa át etanolból, így kapja a 7-es vegyületet, majd benzolból kristályosítsa át, így kapja a 8-as vegyületet.
Zöld kristályok, olvadáspont: 160-162 °C, hozam: 77%; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, kicserélhető), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromás); Számított érték a C42H26N4O2 (618,68) összegképletre: C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Talált: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
A 4-es vegyületet (2 mmol, 0,7 g) 20 ml vízmentes dioxánoldatban oldottuk (amely néhány csepp trietil-amint tartalmazott), hozzáadtunk 2-aminopiridint (2 mmol, 0,25 g), és az elegyet szobahőmérsékleten 2 órán át kevertük. A reakcióelegyet jeges vízbe öntöttük, és híg sósavval megsavanyítottuk. A képződött csapadékot leszűrtük, és benzolból átkristályosítottuk, így a 8-as vegyület zöld kristályait kaptuk, olvadáspontja 146-148 °C, hozama 82,5%; infravörös spektrum (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, kicserélhető), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatizáció); Számított érték a C23H15N3O (348,38) képletre: C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Talált: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
A 4-es vegyületet (2 mmol, 0,7 g) 20 ml száraz dioxánban oldottuk (ami néhány csepp trietil-amint és 2 mmol tiourea/szemikarbazidot tartalmazott), és 2 órán át visszafolyató hűtő alatt melegítettük. Az oldószert vákuumban elpárologtattuk. A maradékot dioxánból átkristályosítottuk, így egy keveréket kaptunk.