АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ БИСФОСФОНАТЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРОТИВОХОЛЕРНЫЕ СРЕДСТВА
ИН Коперник1 (kopernik1 at ua dot fm), ДН Година1, ЛА Метелица1, ВН Благодатный2, ОВ Петренко2, ОМ Царева3, НБ Выдайко4
1 Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины. 2 Национальная медицинская академия последипломного образования. 3 Институт эпидемиологии и инфекционных заболеваний. 4 Центральная санитарно - эпидемиологическая станция МОЗ Украины
DOI
http://dx.doi.org/10.13070/rs.ru.2.1291
Дата
2015-01-08
Цитировать как
Research ru 2015;2:1291
лицензия
ВСТУПЛЕНИЕ

Проблема борьбы с холерой – опасной эпидемической болезнью, причиной смертности людей во многих странах, не перестает быть актуальной.

Трудности в борьбе с этой инфекцией вызваны не только недостаточным количеством диагностических экспресс-тестов для выявления холерных вибрионов и своевременного принятия мер, но и растущей антибиотикорезистентностью микроорганизмов, что определяет необходимость дальнейших научных исследований в этой области, в том числе по разработке новых противохолерных средств [1] [2].

В процессе эволюции возбудителя холеры в пределах вида образовалось три эпидемически опасных варианта с разным сочетанием генов патогенности и иммуногенности: холерные вибрионы 01-серогруппы классического биовара сероваров Огава и Инаба; холерные вибрионы 01-серогруппы биовара эльтор сероваров Инаба и Огава и внезапно появившиеся в 1992г. высоковирулентные штаммы Vibrio cholerae 0139 серогруппы [3].

На ряду с вибрионами V. cholerae 01 особого внимания заслуживают и холероподобные вибрионы V. cholerae non 01 - неагглютинирующиеся типовой холерной сывороткой 01.

Распространение таких штаммов обычно не приводит к возникновению эпидемий, но они могут обуславливать тяжелые патологические процессы. Поэтому, нехолерные штаммы V. cholerae заслуживают внимания в связи с опасностью для здоровья людей и материальными затратами на проведение соответствующих лечебных и санитарно-гигиенических мероприятий. Более того, установлено, что условно-патогенные формы вибриона могут трансформироваться в холерные вибрионы - классический и Эль-Тор [4] [5].

Таким образом, интерес к заболеваниям, вызванным нехолерным вибрионами продиктован тем, что у больных с признаками диареи разной степени тяжести и из объектов внешней среды выделяются штаммы холерных вибрионов не только 01, но и non 01, которые способны вызвать заболевания у людей и проявлять признаки вирулентности на лабораторных моделях.

Многолетние наблюдения за эволюцией микроорганизмов рода Vibrio свидетельствуют об увеличении спектра антибиотикорезистентных штаммов

V. cholerae, которые характеризуются появлением у вибрионов одновременно до 5 различных маркеров резистентности, что обуславливает необходимость использования антибактериальных препаратов для лечения заболеваний, вызванных этими вибрионами, четко в соответствии к полученным результатам антибиотикограмм возбудителя и своевременной заменой препаратов на более эффективные антибиотики [6] [7].

Поэтому, потребность в более эффективных противохолерных средствах и расширение их арсенала за счет новых классов соединений, к которым вибрионы ещё не сформировали устойчивость, является актуальной.

В свете вышесказанного особый интерес, наш взгляд, представляет класс азотсодержащих бисфосфонатов (АБФ). Это класс химических соединений, которые являются аналогами неорганических дифосфатов, синтетическими производными фосфоновых кислот, отличающиеся в своей химической структуре заменой атома кислорода в фосфатной группе на атом углерода [8]. Являясь миметиками природных фосфатов, АБФ могут существенно влиять на биологические процессы, связанные с функционированием фосфатов живой клетки [9].

Известно, что АБФ как алеандронат, памидронат, ризедронат, ибандронат, а также золедроновая кислота применяются в медицинской практике для лечения костной резорбции [10] [11]. Однако установлено, что АБФ обладают более широким спектром биологического действия. Эти соединения являются стимуляторами Т-клеток иммунной системы [12]. Их применяют в иммунотерапии метастазов, для лечения некоторых онкологических заболеваний [13]. Также они проявляют выраженное антипаразитарное действие [14].

На основе разработанной нами ранее QSAR модели была предсказана активность ряда ингибиторов ФДС. Пять АБФ с предсказанной активностью были синтезированы и протестированы против Candida albicans М 885 (ATCC 10231). Три наиболее активных фунгистатика были рекомендованы нами для дальнейшего изучения как потенциальные антикандидозные средства [15].

Принимая во внимание установленную высокую активность АБФ по отношению к таким одноклеточным эукариотам как простейшие [14] и грибы [15], мы посчитали целесообразным оценить антибактериальные свойства этих 5 соединений против Vibrio choleraе non 01 как патогена- прокариота.

Цель работы – оценка бактериостатических свойств ряда азотсодержащих бисфосфонатов как потенциальных противохолерных средств.

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ БИСФОСФОНАТЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРОТИВОХОЛЕРНЫЕ СРЕДСТВА Рисунок 1
Рисунок 1. Структурные формулы исследуемых азотсодержащих бисфосфанатов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Синтез и оценка фунгистатических свойств исследуемых АБФ (1 - 5) описаны ранее [15].

Антибактериальную активность АБФ определяли диско-диффузионным методом на щелочном агаре, выражали в диаметрах зон задержки роста (мм) бактериальной культуры. Суточную культуру Vibrio choleraе non 01 выращивали на протяжении 18 час., при 37° ± 0,5 С. Микробная нагрузка составляла 1∙105КОЕ/мл бактериальной культуры. В качестве референс-препарата использовали рифампицин [16].

Содержание на соответствующем диске соединений и референс-препарата составляло 1·10-8 М.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования приведены в таблице 1.

Соединения Содержание на диске
1·10-8 M
Диаметры зон задержки роста культуры Vibrio choleraе non 01 (мм)
13,025,6±0,8
23,019,7±0,5
33,00
43,00
53,021,2±0,6
Рифампицин3,031,3±0,3
Табл 1. Вибриостатическая активность исследованных АБФ.

Данные, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что соединения 1, 2 и 5, сформировавшие зоны задержки роста культуры Vibrio choleraе non 01 25,6, 19,7 и 21,2 мм соответственно, продемонстрировали значительный вибриостатический эффект. Несмотря на то, что уровень активности этих соединений уступает вибриоцидному действию референс-препарата, полученные данные являются, безусловно, перспективными для дальнейшего изучения молекулярных механизмов вибриостатического действия АБФ.

Интересным является и тот факт, что АБФ 1, 2 и 5 по результатам QSAR прогнозирования, проявили активность против Candida albicans как ингибиторы ФДС. Поэтому, с высокой долей вероятности можно предположить, что молекулярный механизм вибриостатического действия АБФ может быть связан также с ингибированием ФДС.

Таким образом, нами впервые экспериментально установлена вибриоцидная активность ряда азотсодержащих бисфосфонатов против культуры штамма Vibrio cholerae non 01.

Приведенные экспериментальные данные в совокупности с результатами QSAR моделирования биологической активности ингибиторов ФДС являются перспективной основой для дальнейшего изучения молекулярного механизма действия АБФ как нового класса потенциальных вибриоцидных средств.

Авторы выражают благодарность сотрудникам Института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины проф. В.Д. Романенко и к.х.н. М.В. Шевчуку за предоставленные для исследования образцы соединений.

Ссылки
  1. Maheshwari M, Nelapati K, Kiranmayi B. Vibrio cholera – a review. Vet. World. 2011;4(9):423-8.
  2. Murray PR. Manual of clinical microbiology. 6th ed., Baron EJ, Pfaller MA, Tenover FC, Yolken RH, editors. Washington, DC: ASM Press; 1995. 1482 p.
  3. Villeneuve S, Boutonnier A, Mulard L, Fournier J. Immunochemical characterization of an Ogawa-Inaba common antigenic determinant of Vibrio cholerae O1. Microbiology. 1999;145:2477-84 pubmed
  4. Bidinost C, Saka H, Aliendro O, Sola C, Panzetta-Duttari G, Carranza P, et al. Virulence factors of non-O1 non-O139 Vibrio cholerae isolated in Córdoba, Argentina. Rev Argent Microbiol. 2004;36:158-63 pubmed
  5. Faruque S, Asadulghani -, Saha M, Alim A, Albert M, Islam K, et al. Analysis of clinical and environmental strains of nontoxigenic Vibrio cholerae for susceptibility to CTXPhi: molecular basis for origination of new strains with epidemic potential. Infect Immun. 1998;66:5819-25 pubmed
  6. Mwansa J, Mwaba J, Lukwesa C, Bhuiyan N, Ansaruzzaman M, Ramamurthy T, et al. Multiply antibiotic-resistant Vibrio cholerae O1 biotype El Tor strains emerge during cholera outbreaks in Zambia. Epidemiol Infect. 2007;135:847-53 pubmed
  7. Khan A.U. Current trends in antibiotic resistance in infectious diseases. New Delhi: I.K. International Pub. House; 2009. 280 p.
  8. Reszka A, Rodan G. Nitrogen-containing bisphosphonate mechanism of action. Mini Rev Med Chem. 2004;4:711-9 pubmed
  9. Stachnik A, Yuen T, Iqbal J, Sgobba M, Gupta Y, Lu P, et al. Repurposing of bisphosphonates for the prevention and therapy of nonsmall cell lung and breast cancer. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111:17995-8000 pubmed
  10. Friedman PA. Goodman & Gilman's the pharmacological basis of therapeutics. Brunton LL, Chabner BA, Knollman BC, eds. 12th ed. New York: McGraw-Hill; 2011. 1895 p.
  11. Tanvetyanon T, Stiff P. Management of the adverse effects associated with intravenous bisphosphonates. Ann Oncol. 2006;17:897-907 pubmed
  12. Woo S, Hellstein J, Kalmar J. Narrative [corrected] review: bisphosphonates and osteonecrosis of the jaws. Ann Intern Med. 2006;144:753-61 pubmed
  13. Van Poznak C. The use of bisphosphonates in patients with breast cancer. Cancer Control. 2002;9:480-9 pubmed
  14. Jordão F, Saito A, Miguel D, de Jesus Peres V, Kimura E, Katzin A. In vitro and in vivo antiplasmodial activities of risedronate and its interference with protein prenylation in Plasmodium falciparum. Antimicrob Agents Chemother. 2011;55:2026-31 pubmed
  15. Prokopenko V, Kovalishyn V, Shevchuk M, Kopernyk I, Metelytsia L, Romanenko V, et al. Design and synthesis of new potent inhibitors of farnesyl pyrophosphate synthase. Curr Drug Discov Technol. 2014;11:133-44 pubmed
  16. Centers for disease control and prevention. Laboratory methods for the diagnosis of Vibrio cholerae, Atlanta, GA, USA. 1994. Available from: www.cdc.gov/cholera/Laboratory.html
ISSN : 2334-1009