Мікробіологічне обґрунтування нових підходів до лікування та профілактики стафілококових інфекцій на основі дослідження протимікробних властивостей похідних тіазолідину, фурану, хіноліну, акридину і біологічно активних речовин природного походження

Анотація

Куцик Р.В. Мікробіологічне обгрунтування нових підходів до лікування та профілактики стафілококових інфекцій на основі дослідження протимікробних властивостей похідних тіазолідину, фурану, хіноліну, акридину і біологічно активних речовин природного походження. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеню доктора медичних наук за спеціальністю 03.00.07 - мікробіологія. - ДУ «Інститут мікробіології та імунології ім. І.І.Мечникова АМН України», Харків, 2008.

Дисертація є експериментальним дослiдженням, яке охоплює епідеміологічний аналіз поширення метіцилінрезистентних стафілококів у Прикарпатському регіоні в 1990-2006 рр., докладну мікробіологічну характеристику виділених штамів із визначенням їх профілів та детермінант антибіотикорезистентності і присвячене пошуку нових ефективних засобів для боротьби із сучасними поліантибіотикорезистентними стафілококами серед синтетичних гетероциклічних сполук - похідних тіазолідину, тіазолу, фурану, хіноліну і акридину та біологічно активних речовин природного походження.

Запропоновано стратегію пошуку нових протимікробних сполук серед 4-азолідонів та споріднених гетероциклічних систем, яка включає комбінаторний підхід до синтезу з комп'ютерною систематизацією даних, поєднання традиційного та віртуального скринінгу і дизайну, QSAR-аналіз. Ідентифіковано нові класи сполук із значною протимікробною активністю відносно метіцилінрезистентних стафілококів - 5-[2-(арилметилокси)-5-нітрофеніл]метиліден-2-тіоксотіазолідин-4-они та 2,4,5-тризаміщені 4-спіранові похідні тіазолідин-2-ону з піразолобензоксазиновим фрагментом, активність яких пов'язана з блокуванням ферментів біосинтезу пептидоглікану MurC і MurB.

Експериментально обгрунтовано концепцію комбінованої хіміотерапії інфекцій, спричинених поліантибіотикорезистентними штамами стафілококів, з використанням модифікаторів антибіотикорезистентності бактерій синтетичного і природного походження, здатних відновлювати чутливість метіцилінрезистентних стафілококів до -лактамних антибіотиків, нейтралізувати ефлюксні механізми їх асоційованої резистентності до фторхінолонів (NorA), макролідів (MsrA) і тетрациклінів (TetK). Розроблено технологію одержання екстракту з фармакопейної лікарської сировини - бруньок берези бородавчастої Betula verrucosa Ehrh. (Gemmae Betulae), яка дозволяє забезпечити максимальний вихід сполук із прямою протимікробною активністю відносно стафілококів (включаючи метіцилінрезистентні ізоляти) та компонентів з властивостями модифікаторів антибіотикорезистентності бактерій.

Ключові слова: стафілококи, антибіотикорезистентність, антимікробна активність, гетероциклічні сполуки, лікарські рослини, модифікатори антибіотикорезистентності бактерій, інгібітори ефлюксних помп.

Аннотация

Куцык Р.В. Микробиологическое обоснование новых подходов к лечению и профилактике стафилококковых инфекций на основе исследования противомикробных свойств производных тиазолидина, фурана, хинолина, акридина и биологически активных веществ природного происхождения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук по специальности 03.00.07 - микробиология. - ГУ «Институт микробиологии и иммунологии им. И.И.Мечникова АМН Украины», Харьков, 2008.

Диссертация представляет собой экспериментальное исследование, которое охватывает эпидемиологический анализ распространения метициллинрезистентных стафилококков (MRS) в Ивано-Франковском регионе в 1990-2006 гг. (в лечебных учреждениях и среди нестационарных пациентов), подробную микробиологическую характеристику выделенных штаммов с определением их профилей и детерминант антибиотикорезистентности и посвящено поиску новых эффективных средств для борьбы с современными полиантибиотикорезистентными стафилококками среди синтетических гетероциклических соединений - производных тиазолидина, тиазола, фурана, хинолина и акридина, а также биологически активных веществ природного происхождения.

Установлено, что в общей структуре изолятов стафилококков - возбудителей оппортунистических и госпитальных инфекций, доля метициллинрезистентных штаммов S. aureus (MRSA) составляет 27,0%, метициллинрезистентных коагулазо-отрицательных стафилококков (MR-CNS) - 22,7%. Частота выделения MRS от нестационарных пациентов значительно ниже - 4,9-8,8%. Кроме значительной резистентности к цефалоспоринам, региональные штаммы MRS характеризуются високой частотой ассоциированной резистентности к аминогликозидам, макролидам, линкозамидам, тетрациклинам, нитрофуранам. Лишь 33,3-57,2% изолятов MRS сохраняют чувствительность к рифампицину и фузидину. За 16-летний период наблюдения (1990-2006 гг.) обнаружена стабильная тенденция к прогрессирующему приобретению клиническими штаммами стафилококков резистентности к фторхинолонам. Сниженной чувствительностью и резистентностью к ванкомицину характеризуются 1,93% штаммов MRSA и 18,0% штаммов MR-CNS.

Изучена чувствительность клинических штаммов стафилококков к современным антисептическим и дезинфицирующим средствам. Раработана новая лекарственная композиция этония и амизона, иммобилизированная на силларде-П с противомикробными, противовоспалительными и иммуномодулирующими свойствами (Патент Украины UA №19175) для местного лечения при хроническом генерализованном пародонтите и других гнойно-воспалительных процессах.

На основе целенаправленного поиска и отбора сформированы репрезентативные панели современных клинических штаммов стафилококков с фенотипически идентифицированными детерминантами антибиотикорезистентности: пенициллинсвязывающим белком PBP2, еффлюксными насосами резистентности к фторхинолонам (NorA), макролидам (MsrA), тетрациклинам (TetK). Эти штаммы депонированы в Национальных коллекциях микроорганизмов и могут использоваться при разработке новых противомикробных препаратов.

Предложена стратегия поиска новых противомикробных соединений среди 4-азолидонов и родственных гетероциклических систем, которая включает комбинаторный подход к синтезу с компьютерной систематизацией данных, сочетание традиционного и виртуального скрининга и дизайна, QSAR-анализ. Определены структурные требования к молекулярному дизайну антимикробных 4-азолидонов. Идентифицированы новые классы соединений со значительной противомикробной активностью относительно метициллинрезистентных стафилококков - 5-[2-(арилметилокси)-5-нитрофенил]метилиден-2-тиоксотиазолидин-4-оны и 2,4,5-тризамещенные 4-спирановые производные тиазолидин-2-она с пиразолобензоксазиновым фрагментом, активность которых очевидно связана с блокированием ферментов биосинтеза пептидогликана MurC и MurB. Эффективность метода 2D-QSAR прогнозирования противомикробной активности подтверждена экспериментальными исследованиями теоретически смоделированных структур - производных 6-оксо-5,6-дигидро[1,3]тиазоло[2,3-b][1,2,4] триазол-6-она. Впервые обнаружен синергизм противомикробного действия производных 4-азолидонов и оксациллина относительно MRSA.

Установлена также высокая противомикробная активность относительно MRS 2-(5-арил-2-фурил)-4-хинолинкарбоновых кислот (Патент Украины UA №23769), производных 1-оксо-3,3-диметил-10-R-фенил-1,2,3,4-тетрагидробензо[j]акридиния, 1,8-диоксо-3,3,6,6-тетраметил-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-декагидроакридина и четвертичных солей N-бензил-6-(4-R-бензилиден)циклопента[с]хинолиния.

Среди лекарственных растений флоры Украины выполнен поиск природных источников соединений с противомикробной активностью относительно MRS для создания новых лекарственных средств (слоевище цетрари исландской Cetraria islandica (L.) Ach. и эвернии сливовой Evernia prunastri (L.) Ach., почки березы бородавчатой Betula verrucosa Ehrh. и тополя черного Populus nigra L., травы и соцветий гринделии растопыренной Grindelia squarrosa (Pursh) Dun., листья толокнянки обыкновенной Arctostaphylos uva-ursi (L.) Spreng., корневища горца змеиного Polygonum bistorta L., кермека Мейера Limonium meyeri (Boiss.) O. Kuntze и кермека южнобугского Limonium hypanicum Klok. и др.). Биологически активные соединения этих растительных экстрактов проявляют также антиадгезивные, противовоспалительные и иммуномодулирующие свойства.

В работе экспериментально обоснована концепция комбинированной химиотерапии инфекций, вызываемых полиантибиотикорезистентными штаммами стафилококков, с использованием модификаторов антибиотикорезистентности бактерий синтетического и природного происхождения. Оптимизированы методологические подходы к стратегии целенаправленного поиска в растительном сырье соединений, способных восстанавливать чувствительность метициллинрезистентных стафилококков к -лактамным антибиотикам, нейтрализовать эффлюксные механизмы их ассоциированной резистентности к фторхинолонам (NorA), макролидам (MsrA) и тетрациклинам (TetK). Разработана методика скринингового исследования синергизма противомикробной активности противомикробных препаратов (Патент Украины UA №27939). Разработана технология получения экстракта из фармакопейного лекарственного сырья - почек березы бородавчатой Betula verrucosa Ehrh. (Gemmae Betulae), которая позволяет обеспечить максимальный выход соединений с прямой противомикробной активностью относительно стафилококков (включая метициллинрезистентные изоляты) и компонентов со свойствами модификаторов антибиотикорезистентности бактерий (Патент Украины UA №27940).

Ключевые слова: стафилококки, антибиотикорезистентность, антимикробная активность, гетероциклические соединения, лекарственные растения, модификаторы антибиотикорезистентности бактерий, ингибиторы эффлюксных насосов.

Summary

Kutsyk R.V. A new arrpoaches to the treatment and prevention of staphylococcal infections on the basis of thiazolidine, furane, quinoline and acridine derivatives and biologically active compounds of natural origin antimicrobial activity investigations. - Manuscript.

The thesis for the medical science doctor's degree in speciality 03.00.07 - Microbiology. - State institution Metchnikov's Institute of microbiology and immunology of Ukrainian Medical Science Academy, Kharkiv, 2008.

The thesis represents an experimental research, which includes the epidemiological analysis of methicillin-resistant staphylococci distribution in Ivano-Frankіvsk region in 1990-2006 (in medical establishments and among out-patients), detailed microbiological characteristics of isolated strains with antibiotic resistance profiles and determinant estimation. It is devoted to the search of new effective drugs against current multidrug resistant staphylococci among synthetic heterocyclic compounds - thiazolidine, thiazole, furane, quinoline, acridine derivatives and biologically active substances of a natural origin as well.

The strategy of search of new antimicrobial compounds among 4-azolidones and related heterocycles is suggested including combinatorial approach to the synthesis with computer data systematization, combination of both traditional and virtual screening, and design, QSAR-analysis. The structural requirements for molecular design of antimicrobial 4-azolidones and related heterocycles are defined. The new classes of compounds with significant antimicrobial activity against methicillin-resistant staphylococci are identified. The antistaphylococcal activity of 5-[2-(arylmethoxy)-5-nitrophenyl]methylidene-2-thioxothiazolidine-4-ones and 2,4,5-trisubstituted 4-spirane derivatives of thiazolidine-2-one with pyrazolobenzoxazine fragment is obviously associated with inhibition of MurC and MurB enzymes of peptidoglycan biosynthesis.

The concept of combined chemotherapy of infections caused by multidrug resistant staphylococci with application of resistance modifying agents of synthetic and natural origin is experimentally substantiated. The methodological approaches to the strategy of directed search of compounds wich restore the sensitivity of methicillin-resistant staphylococci to -lactams and inhibit efflux mechanisms of associated resistance to fluoroquinolones (NorA), macrolides (MsrA) and tetracyclines (TetK) in plant crude drugs are optimized. The extractoin technology of pharmacopeial crude drug - common birch (Betula verrucosa Ehrh.) buds (Gemmae Betulae), which allows to get a maximum yield of compounds with direct antimicrobial activity against staphylococci (including methicillin-resistant isolates) and resistance modifying agents is developed.

Key words: staphylococci, antibiotic resistance, antimicrobial activity, heterocyclic compounds, medicinal plants, resistance modifying agents, efflux pumps inhibitors.

Размещено на Allbest.ru