Производные кумарина показали эффективность против бактериальных биопленок

Бактериальные биопленки — одна из серьезных проблем современной медицины. Они образуются на поверхностях медицинских имплантатов, устойчивы к действию антибиотиков и служат резервуаром для хронических инфекций. Поиск новых соединений, способных подавлять их рост и разрушать уже сформированные пленки, ведется во многих лабораториях мира.

Кумарин: природное соединение с потенциалом

Кумарин — органическое соединение, встречающееся в растениях, например в бобах тонка. Ранее было известно, что его производные обладают антибактериальной активностью, однако влияние конкретных структурных модификаций оставалось не до конца изученным. Ученые ТПУ совместно с китайскими коллегами решили восполнить этот пробел.

Для экспериментов они синтезировали два нитропроизводных 7-гидрокси-4-метилкумарина: 6-нитро-7-гидрокси-4-метилкумарин и 8-нитро-7-гидрокси-4-метилкумарин. Эффективность веществ проверяли на двух опасных бактериях — золотистом стафилококке и синегнойной палочке. Анализировали зоны подавления роста, определяли минимальные концентрации для предотвращения образования биопленок и их разрушения.

Роль нитрогруппы: усиление антибактериального эффекта

«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», — пояснил научный сотрудник лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Глеб Дубиненко.

Серия тестов показала, что нитрогруппа изменяет распределение электронной плотности в молекуле и облегчает образование активных форм кислорода, которые повреждают бактерии и помогают разрушать биопленки. Комбинация гидроксильной группы в седьмом положении и нитрогруппы в шестом или восьмом положении значительно усиливает антибактериальное действие.

Для подавления роста биопленок оказалось достаточно концентрации 20–80 микрограммов на миллилитр. Наилучший результат продемонстрировало соединение с нитрогруппой в восьмом положении: минимальные концентрации для предотвращения образования и разрушения уже сформированной биопленки составили 50–60 мкг/мл.

Соединение кумарина без нитрогруппы показало сильную антибактериальную активность (минимальная ингибирующая концентрация — около 20 мкг/мл против обеих бактерий), но более слабую способность воздействовать на биопленки. Соединения с нитрогруппой хотя и обладали умеренной активностью против планктонных бактерий, зато превосходили исходное вещество по предотвращению роста и разрушению биопленок.

В будущем ученые планируют изучить механизм действия на уровне бактериальных ферментов и клеточных структур, оценить токсичность и биосовместимость, а также проверить возможность комбинирования с другими антимикробными агентами. Разработка может лечь в основу новых антимикробных покрытий для медицинских устройств и средств против устойчивых штаммов бактерий.