pharmjournalРазработка и регистрация лекарственных средствDrug development & registration2305-20662658-5049LLC «CPHA»10.33380/2305-2066-2022-11-2-65-72pharmjournal-1218Research ArticleПОИСК И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВRESEARCH AND DEVELOPMENT OF NEW DRUG PRODUCTSПротивомикробная активность соединений полифенольной природыAntimicrobial Activity of Polyphenolic Compoundshttps://orcid.org/0000-0002-6312-2027ЛужанинВ. Г.LuzhaninV. G.

614990, г. Пермь, ул. Екатерининская, д. 110

110, Ekaterininskaya str., Perm, 614015

https://orcid.org/0000-0002-4847-5924УэйлиА. К.WhaleyA. K.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022, Russia

https://orcid.org/0000-0003-4879-9336ПонкратоваА. О.PonkratovaA. O.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022, Russia

anastasiya.ponkratova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4475-4421НовиковаВ. В.NovikovaV. V.

614990, г. Пермь, ул. Екатерининская, д. 110

110, Ekaterininskaya str., Perm, 614015

https://orcid.org/0000-0001-7699-5719БезверхняяЕ. А.BezverkhniaiaE. A.

634050, г.  Томск, Московский тракт, д. 2

2, Moskovsky tract, Tomsk, 634050

ФГБОУ ВО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО ПГФА Минздрава России)Perm State Pharmaceutical AcademyФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России)St. Petersburg State Chemical and Pharmaceutical UniversityНаучно-образовательная лаборатория Химико-фармацевтических исследований ФГБOУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет»Scientific and Educational Laboratory of Chemical and Pharmaceutical Research of Siberian State Medical University2022290520221126572Copyright © Лужанин В.Г., Уэйли А.К., Понкратова А.О., Новикова В.В., Безверхняя Е.А., 20222022Лужанин В.Г., Уэйли А.К., Понкратова А.О., Новикова В.В., Безверхняя Е.А.Luzhanin V.G., Whaley A.K., Ponkratova A.O., Novikova V.V., Bezverkhniaia E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmjournal.ru/jour/article/view/1218Введение

Введение. Возникновение новых штаммов микроорганизмов, обладающих множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ), является одной из самых актуальных проблем современной медицины. В настоящее время для борьбы с МЛУ предпринимаются активные попытки получения новых биологически активных веществ природного (микробного, растительного, животного) происхождения. Ранее, коллективом авторов было выделено 32 индивидуальных соединения из надземной части Iris laclea Pall., листьев Rubus chameamorus L., побегов Empetrum nigrum L., травы Ononis arvensis L. и травы Solidago canadensis L. и еще 2 соединения синтезированы по ранее опубликованным методикам. Исследование противомикробной активности соединений полифенольной природы представляет собой актуальную задачу для поиска потенциальных средств для борьбы с МЛУ.

Цель

Цель. Изучение противомикробной активности индивидуальных выделенных и синтезированных веществ, в отношении Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Candida albicans.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для изучения противомикробной активности использовали субстанции 34 соединений, получены в результате предыдущих исследований, структура которых была установлена с использованием методов ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Противогрибковую и антибактериальную активность соединений определяли микрометодом двукратных серийных разведений в жидкой питательной среде в 96-луночных планшетах в двух повторах. Скрининг противомикробной активности осуществляли в отношении референтных (типовых) штаммов Staphylococcus aureus ATCC 6538-P, Escherichia coli ATCC 25922, Candida albicans NCTC 885-653.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. В группе флавоноидов, О- и С-гликозидов противогрибковая активность всех исследованных соединений значительно не отличалась, но следует отметить незначительно более выраженную антибактериальную активность С-гликозидов апигенина и О-гликозидов изофлавоноидов в сравнении с О-гликозидами флавонолов. Наибольшую противомикробную активность среди группы халконов проявили непосредственно сами халконы – халкон, 2’,4’-дигидроксихалкон и 2’-гидрокси-4’-метоксихалкон. Среди дигидрохалконов наибольшая противомикробная активность была выявлена у 2’,4’-дигидроксидигидрохалкона, которая по своей величине сравнима с противомикробной активностью непосредственно самих халконов. Интересная особенность дигидрохалконов заключается в том, что метилирование фенольных гидроксильных групп в 2’ и 4’ положениях изменяет противомикробную активность в сторону ее уменьшения. Противомикробная активность 9,10-дигидрофенантренов, как и в случае дигидрохалконов, имела зависимость от количества метокси-групп в молекуле. Наименьшие значения МИК проявил 4,7-дигидрокси-2,3-диметокси-9,10-дигидрофенантрен, содержащий всего две метоксигруппы. Для бибензилов наблюдалось обратная зависимость антимикробной активности от количества метоксигрупп – наилучшую активность среди бибензилов против исследуемых штаммов проявил 1-(3-гидроксифенил)-2-(3-гидрокси-4,5-диметоксифенил)этан, содержащий в своей структуре две метоксигруппы.

Заключение

Заключение. Полифенольные вторичные метаболиты растительного происхождения, относящиеся к исследуемым группам: флавоноиды и О-, С-гликозиды, халконы, 9,10-дигидрофенантрены и бибензилы не проявили значимую противомикробную активность по отношению к изученным штаммам микроорганизмов – S. aureus (6538Р АТСС), E. coli (25922 АТСС) и С. albicans (885-653 NCTC). Не смотря на этот факт, была выявлена определенная вариация противомикробной активности в зависимости от структуры исследуемого вещества.

Introduction

Introduction. The emergence of new strains of microorganisms with multidrug resistance (MDR) is one of the most pressing problems of modern medicine. Currently, to combat MDR, active attempts are being made to obtain new biologically active substances of natural (microbial, plant, animal) origin. Earlier, 32 individual compounds were isolated by the authors from the aerial part of Iris laclea Pall., Rubus chameamorus L. leaves, Empetrum nigrum L. shoots, Ononis arvensis L. aerial part and Solidago canadensis L. aerial part, and 2 more compounds were synthesized according to previously published methods. The study of the antimicrobial activity of compounds of these classes is an urgent problem for finding potential agents for combating MDR.

Aim

Aim. Studying of the antimicrobial activity of the isolated and synthesized substances in an individual form against Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans.

Materials and methods

Materials and methods. To test the antimicrobial activity, substances of 34 compounds were used, which were obtained as a result of previous research, the structure of which were established using NMR spectroscopy and high-resolution mass spectrometry. The antifungal and antibacterial activity of the compounds were determined through the micromethod of two-fold serial dilutions in liquid nutrient medium in 96-well plates in duplicate. Screening for antimicrobial activity was carried out against reference (type) strains of Staphylococcus aureus ATCC 6538-P, Escherichia coli ATCC 25922, Candida albicans NCTC 885-653.

Results and discussion

Results and discussion. In the group of flavonoids and O-, C-glycosides, the antifungal activity of all studied compounds did not differ significantly, but it should be noted that the antibacterial activity of apigenin C-glycosides and isoflavonoid O-glycosides was slightly greater in comparison to O-glycosides of flavonols. The greatest antimicrobial activity among the group of chalcones was shown directly by the chalcones themselves – chalcone, 2’, 4’-dihydroxychalcone, and 2’-hydroxy-4’-methoxychalcone. Among the dihydrochalcones, the highest antimicrobial activity was found for 2‘, 4’-dihydroxyhydrochalcone, which was comparable in magnitude to the antimicrobial activity of the chalcones themselves. An interesting feature of dihydrochalcones is that methylation of phenolic hydroxyl groups in the 2‘ and 4’ positions decreases the antimicrobial activity. The antimicrobial activity of 9,10-dihydrophenanthrenes, as in the case of dihydrochalcones, depended on the number of methoxy groups in the molecule. The lowest MIC values were exhibited by 4,7-dihydroxy-2,3-dimethoxy-9,10-dihydrophenanthrene containing only two methoxy groups. For bibenzyls, an inverse dependence of antimicrobial activity on the number of methoxy groups was observed – the best activity among bibenzyls against the studied strains was shown by 1-(3-hydroxyphenyl)-2-(3-hydroxy-4,5-dimethoxyphenyl)ethane, which contains two methoxy groups in its structure.

Conclusion

Conclusion. Polyphenolic secondary metabolites of plant origin belonging to the studied groups: flavonoids and O-, C-glycosides, chalcones, 9,10-dihydrophenanthrenes and bibenzyls did not show significant antimicrobial activity against the studied strains of microorganisms – S. aureus (6538 EP ATCC), E. coli (25922 ATCC) and C. albicans (885-653 NCTC). Despite this fact, a certain variation in antimicrobial activity was revealed depending on the structure of the tested substances.

противомикробная активностьприродные соединенияIris lacteaRubus chamaemorusEmpetrum nigrumOnonis arvensisSolidago canadednsisantimicrobial activitynatural compoundsIris lacteaRubus chamaemorusEmpetrum nigrumOnonis arvensisSolidago canadednsisReferencesУэйли А. К., Понкратова А. О., Теслов Л. С., Лужанин В. Г. Обзор вторичных метаболитов морошки и их биологической активности. Медико-фармацевтический журнал Пульс. 2020;22(7):50–59. DOI: 10.26787/nydha-2686-6838-2020-22-7-50-59.Whaley A. K., Ponkratova A. O., Teslov L. S., Luzhanin V. G. Review of cloudberry secondary metabolites and their biological activity. Medical & pharmaceutical journal «Pulse». 2020;22(7):50–59. (In Russ.) DOI: 10.26787/nydha-2686-6838-2020-22-7-50-59.Лужанин В. Г., Понкратова А. О., Уэйли А. К., Гришукова Е. А., Яковлев Г. П. Стальник полевой (Ononis arvensis L.) – перспективный источник веществ с различной биологической активностью. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2020;23(11):3–9. DOI: 10.29296/25877313-2020-11-01.Luzhanin V. G., Ponkratova A. O., Whaley A. K., Grishukova E. A., Yakovlev G. P. Field restharrow (Ononis arvensis L.) – promising source of substances with different biological activity. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2020;23(11):46–52. (In Russ.) DOI: 10.29296/25877313-2020-11-00.Bezverkhniaia E. A, Ermilova E. V., Kadyrova T. V., Krasnov E. A., Brazovskii K. S., Ponkratova A. O., Luzhanin V. G., Belousov M. V. Phytochemistry, ethnopharmacology and pharmacology of the genus Empetrum: a review. Advances in Traditional Medicine. 2021:1–14. DOI: 10.1007/s13596-021-00612-4.Bezverkhniaia E. A, Ermilova E. V., Kadyrova T. V., Krasnov E. A., Brazovskii K. S., Ponkratova A. O., Luzhanin V. G., Belousov M. V. Phytochemistry, ethnopharmacology and pharmacology of the genus Empetrum: a review. Advances in Traditional Medicine. 2021:1–14. DOI: 10.1007/s13596-021-00612-4.Лужанин В. Г., Уэйли А. К., Понкратова А. О., Жохова Е. В., Зингалюк М. А., Пряхина Н. И. Касатик молочно-белый (Iris lactea Pall.) – перспективный источник биологически активных веществ. Химия растительного сырья. 2021;3:5–17. DOI: 10.14258/jcprm.2021038890.Luzhanin V. G., Whaley A. K., Ponkratova A. O., Zhokhova E. V., Zingalyuk M. A., Pryaknina N. I. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya, 2021;3:5–17. (In Russ.) DOI: 10.14258/jcprm.2021038890.Górniak I., Bartoszewski R., Króliczewski J. Comprehensive review of antimicrobial activities of plant flavonoids. Phytochemistry reviews. 2019;18:241–272. DOI: 10.1007/s11101-018-9591-z.Górniak I., Bartoszewski R., Króliczewski J. Comprehensive review of antimicrobial activities of plant flavonoids. Phytochemistry reviews. 2019;18:241–272. DOI: 10.1007/s11101-018-9591-z.Yuan G., Guan Y., Yi H, Lai S., Sun Y., Cao S. Antibacterial activity and mechanism of plant flavonoids to gram-positive bacteria predicted from their lipophilicities. Scientific reports. 2021;11:10471. DOI: 10.1038/s41598-021-90035-7.Yuan G., Guan Y., Yi H, Lai S., Sun Y., Cao S. Antibacterial activity and mechanism of plant flavonoids to gram-positive bacteria predicted from their lipophilicities. Scientific reports. 2021;11:10471. DOI: 10.1038/s41598-021-90035-7.Boger D. L., Mitscher L. A., Mullican M. D., Drake S. D., Kitos P. Antimicrobial and antitumor properties of 9,10-dihydrophenanthrenes: structure activity studies on juncusol. Journal of Medicinal Chemistry. 1985;28(10):1543–1547. DOI: 10.1021/jm00148a031.Boger D. L., Mitscher L. A., Mullican M. D., Drake S. D., Kitos P. Antimicrobial and antitumor properties of 9,10-dihydrophenanthrenes: structure activity studies on juncusol. Journal of Medicinal Chemistry. 1985;28(10):1543–1547. DOI: 10.1021/jm00148a031.Jiang S., Wan K., Lou H. Y., Yi P., Zhang N., Zhou M., Song Z. Q., Wang W., Wu M. K., Pan W. D. Antibacterial bibenzyl derivatives from the tubers of Bletilla striata. Phytochemistry. 2019;162:216–223. DOI: 10.1016/j.phytochem.2019.03.022.Jiang S., Wan K., Lou H. Y., Yi P., Zhang N., Zhou M., Song Z. Q., Wang W., Wu M. K., Pan W. D. Antibacterial bibenzyl derivatives from the tubers of Bletilla striata. Phytochemistry. 2019;162:216–223. DOI: 10.1016/j.phytochem.2019.03.022.Cretton S., Oyarzún A., Righi D., Sahib L., Kaiser M., Christen P., Fajardo V. A new antifungal and antiprotozoal bibenzyl derivative from Gavilea lutea. Natural Product Research. 2017;32(6):695–701. DOI: 10.1080/14786419.2017.1338287.Cretton S., Oyarzún A., Righi D., Sahib L., Kaiser M., Christen P., Fajardo V. A new antifungal and antiprotozoal bibenzyl derivative from Gavilea lutea. Natural Product Research. 2017;32(6):695–701. DOI: 10.1080/14786419.2017.1338287.Scalbert A. Antimicrobial properties of tannins. Phytochemistry. 1991;30(12):3875–3883. DOI: 10.1016/0031-9422(91)83426-l.Scalbert A. Antimicrobial properties of tannins. Phytochemistry. 1991;30(12):3875–3883. DOI: 10.1016/0031-9422(91)83426-l.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Balabas O. A., Smirnov S. N., Proksch P., Luzhanin V. G. A new bibenzyl and 9,10-dihydrophenanthrene derivative from aerial parts of crowberry (Empetrum nigrum L.). Phytochemistry letters. 2021;42:15–17. DOI: 10.1016/j.phytol.2021.01.001.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Balabas O. A., Smirnov S. N., Proksch P., Luzhanin V. G. A new bibenzyl and 9,10-dihydrophenanthrene derivative from aerial parts of crowberry (Empetrum nigrum L.). Phytochemistry letters. 2021;42:15–17. DOI: 10.1016/j.phytol.2021.01.001.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Proksch P., Luzhanin V. G. A new dimethoxy dihydrochalcone isolated from the shoots of Empetrum nigrum L. Natural Products Research. 2021:1–6. DOI: 10.1080/14786419.2021.1920584.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Proksch P., Luzhanin V. G. A new dimethoxy dihydrochalcone isolated from the shoots of Empetrum nigrum L. Natural Products Research. 2021:1–6. DOI: 10.1080/14786419.2021.1920584.Лужанин В. Г., Уэйли А. К., Понкратова А. О., Гришукова Е. А., Сулоев И. С., Смирнов С. Н., Серебряков Е. Б. Выделение индивидуальных соединений из надземной части стальника полевого (Ononis arvensis L.) и золотарника канадского (Solidago canadensis L.). Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(1):83–89. DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-1-83-89.Luzhanin V. G., Whaley A. K., Ponkratova A. O., Grishukova E. A., Suloev I. S., Smirnov S. N., Serebryakov E. B. Isolation of individual compounds from the terrestrial parts of Ononis arvensis L. and Solidago canadensis L. Drug development & registration. 2021;10(1):83–89. (In Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-1-83-89.Уэйли А. К., Понкратова А. О., Орлова А. А., Серебряков Е. Б., Смирнов С. Н., Прокш П., Ионов Н. С., Поройков В. В., Лужанин В. Г. Фитохимический анализ вторичных метаболитов полифенольной природы в листьях морошки обыкновенной (Rubus chamaemorus L.). Химико-фармацевтический журнал. 2021;55(3):22–27. DOI: 10.30906/0023-1134-2021-55-3-22-27.Whaley A. K., Ponkratova A. O., Orlova A. A., Serebryakov E. B., Smirnov S. N., Proksh P., Ionov N. S., Poroikov V. V., Luzhanin V. G. Phytochemical analysis of polyphenol secondary metabolites in the leaves of cloudberry (Rubus chamaemorus L.). Pharmaceutical Chemistry Journal. 2021;55(3):22–27. (In Russ.) DOI: 10.30906/0023-1134-2021-55-3-22-27.Понкратова А. О., Уэйли А. К., Орлова А. А., Смирнов С. Н., Серебряков С. Н., Лужанин В. Г. Выделение и установление структуры трех димерных проантоцианидинов типа А из надземной части Empetrum nigrum L. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(2):80–86. DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-2-80-86.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Luzhanin V. G. Isolation and structure elucidation of three dimeric A-type proanthocyanidins from Empetrum nigrum L. Drug development & registration. 2021;10(2):80–86. (In Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-2-80-86.Уэйли А. К., Понкратова А. О., Орлова А. А., Серебряков Е. Б., Селиванов С. И., Кривощеков С. В., Белоусов М. В., Прокш П., Лужанин В. Г. Анализ С-гликозидов флавонов и продуктов ступенчатого гидролиза из ацетатов в листья Rubus Chamaemorus L. Химия растительного сырья. 2021;2:257–265. DOI: 10.14258/jcprm.2021029185s.Whaley A. K., Ponkratova A. O., Orlova A. A., Serebryakov E. B., Selivanov S. I., Krivoshchekov S. V., Belousov M. V., Proksch P., Luzhanin V. G. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya. 2021;2:257–265. (In Russ.) DOI: 10.14258/jcprm.2021029185.Whaley A. K., Ebrahim W., El-Neketi M., Ancheeva E. New acetylated flavone C-glycosides from Iris lactea. Tetrahedron Letters. 2017;58(22):2171–2173. DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.04.080.Whaley A. K., Ebrahim W., El-Neketi M., Ancheeva E. New acetylated flavone C-glycosides from Iris lactea. Tetrahedron Letters. 2017;58(22):2171–2173. DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.04.080.Kohler E. P., Chadwell H. M. Benzalacetophenone. Organic syntheses. 1922;2:1. DOI: 10.15227/orgsyn.002.0001.Kohler E. P., Chadwell H. M. Benzalacetophenone. Organic syntheses. 1922;2:1. DOI: 10.15227/orgsyn.002.0001.Миронов А. Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. М.: Гриф и К; 2012. 944 с.Mironov A. N. Guidelines for conducting preclinical studies of medicinal products. Moscow: Grif i K; 2012. 944 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.