Ученые синтезировали производные кумарина для борьбы с биопленками бактерий

Синтез и исследование производных кумарина на подавление ими роста бактерий и биопленок, которые снижают эффективность антибиотиков, выполнил коллектив ученых Томского политехнического университета (ТПУ) и Харбинского политехнического университета (Китай), 2 июня сообщила пресс-служба ТПУ.

Исследования полученных учеными производных кумарина показали, что эти вещества обладают антибактериальным действием, подавляя рост болезнетворных бактерий уже при концентрации 20–80 мкг/мл. Разработка данных соединений может стать основой при создании новых антимикробных покрытий медицинских устройств и средств борьбы с устойчивыми к антибиотикам штаммами бактерий.

Результаты работы ученые представили в статье «Синтез и противообрастающие свойства производных гидроксикумарина и нитрогидроксикумарина» (Synthesis and anti-biofouling properties of hydroxycoumarin and nitrohydroxycoumarin derivatives), опубликованной в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (Q2, IF: 5,4).

Проблемами современной медицины стали образование опасными бактериями биопленок и их устойчивость к антибиотикам. Биопленки таких бактерий, когда они образуются, например, на медицинских имплантатах, снижают эффективность антимикробной защиты и в целом действия антибиотиков.

Перспективной основой для новых антибактериальных средств в настоящее время считается кумарин. Это органическое вещество получило свое название от французского слова, обозначающего бобы тонка, из которых его выделили, однако кумарин встречается в природе в различных растениях.

Кумарин и его производные достаточно широко используются в промышленности и медицине. Но такой аспект, как влияние изменения в структуре молекулы кумарина на ее антибактериальную активность, до сих пор изучен не до конца.

Этот пробел ликвидирует исследование ученых Томского политеха, которые совместно с китайскими коллегами изучили влияние модификации структуры кумарина на его способность подавлять рост бактерий и образование биопленок.

Для этого ими были синтезированы два нитропроизводных 7-гидрокси-4-метилкумарина: 6-нитро-7-гидрокси-4-метилкумарин и 8-нитро-7-гидрокси-4-метилкумарин. Их антибактериальные свойства ученые проверили на двух патогенных бактериях — золотистом стафилококке и синегнойной палочке.

Исследователи анализировали изменения зоны подавления роста бактерий, устанавливали, какие минимальные концентрации этих веществ подавляют рост биопленок и разрушают их.

Один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории плазменных гибридных систем Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Глеб Дубиненко пояснил:

«Мы впервые системно подошли к исследованиям влияния положения нитрогруппы в структуре производных кумарина на биологическую активность, изучали, как вещество подавляет образование биопленок и разрушает уже сформированные биопленки. Серия тестов показала, что нитрогруппа в структуре 7-гидрокси-4-метилкумарина может усиливать антибактериальный эффект соединения, связанный с разрушением биопленок».

Ученые объясняют этот эффект тем, что наличие нитрогруппы изменяет в молекуле распределение электронной плотности, облегчая образование активных форм кислорода при взаимодействии с бактериями. Активные формы кислорода повреждают бактерии и разрушают ранее сформированные биопленки.

Исследование показало, что значительное усиление антибактериального действия кумарина происходит при комбинации в производных гидроксильной группы, находящейся в 7-м положении, и нитрогруппы в 6-м и 8-м положениях. При этом концентрации 20–80 мкг/мл этих веществ достаточно для подавления роста биопленок.

Самый же хороший результат оказался у соединения с нитрогруппой в 8-м положении: его минимальные концентрации, предотвращающие образование биопленки и разрушения уже сформированной, составляют лишь 50–60 мкг/мл.

Соединение кумарина без нитрогруппы также показало сильную антибактериальную активность. Всего около 20 мкг/мл этого вещества достаточно для подавления роста обеих бактерий. Соединения с нитрогруппой в 6-м и 8-м положении, имея умеренную антибактериальную активность против планктонных бактерий, обладают повышенной способностью предотвращать рост и разрушать сформированные биопленки.

Ученые будут продолжать исследования этих соединений, изучать их воздействие на бактериальные ферменты и клеточные сисследователей проверка возможности комбинаций соединения кумарина с другими антимикробными веществами с целью усиления защитного эффекта.