Исследование вирулицидной активности производных пиридина и гемина и создание на их основе композиций с антисептическим действием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.06, кандидат биологических наук Желтухин, Сергей Леонидович

• Желтухин, Сергей Леонидович
• кандидат биологических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Желтухин, Сергей Леонидович

Использованные сокращения.

Введение.

Часть I. Обзор литературных данных

1.1. Вирулицидное действие дезинфицирующих средств и антисептиков.

1.2.Антисептики, обладающие вирулицидными свойствами.

1.3. Механизмы антимикробного действия ПАВ.

1.4. Искусственные нуклеазы как основа создания вирулицидных препаратов.

1.5. Методология испытаний дезинфицирующих средств и антисептиков.

1.6. Цели и задачи работы.

Часть II. Собственные данные

Глава 1. Материалы и методы.

1.1. Тест-вирусы.

1.2. Клеточные культуры.

1.3. ДВ, композиции и коммерческие препараты.

1.4. Тест-объекты.

1.5. Методика исследования нуклеолитической активности производных гемина по отношению к плазмидной ДНК.

1.6 Определение целостности ДНК методом ПЦР.

1.7. Структура вирусологического исследования.

1.8. Методы изучения и оценки токсичности и статистическая обработка данных.

Глава 2. Изучение вирулицидной активности производных пиридина и композиций на их основе.

2.1. Краткое введение

2.2. Получение производных пиридина.

2.3. Свойства соединения ДОПД.

2.4. Изучение вирулицидных свойств пиридинсодержащего соединения ДОПД гидрохлорида.

2.5. Создание композиций на основе производного пиридина.

2.6. Краткое обсуждение.

Глава 3. Изучение вирулицидной активности производных гемина.

3.1. Краткое введение.

3.2. Схемы получения производных гемина.

3.3. Пути целенаправленного молекулярного дизайна производных гемина.

3.4. Свойства соединений.

3.5. Изучение вирулицидных свойств производных гемина.

3.6. Исследование нуклеолитической активности производных гемина.

3.7. Описание взаимосвязи между структурой и функцией, выбор наиболее активного соединения.

3.8. Рекомендации по дальнейшему развитию исследованных соединений и созданию композиций на их основе.

3.9. Краткое обсуждение.

Часть III.

Обсуждение результатов.

1.1. возможные механизмы вирулицидного действия производного пиридина ДОПД и композиции на его основе.

1.2. механизмы вирулицидного действия производных гемина

1.3. взаимосвязь между структурой и активностью в ряду исследованных производных гемина.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование вирулицидной активности производных пиридина и гемина и создание на их основе композиций с антисептическим действием»

Несомненны успехи медицинской науки и практики в ликвидации и снижении в десятки и сотни раз заболеваемости от многих инфекций. Однако инфекционные болезни не отошли на второй план и являются актуальной проблемой здравоохранения. По данным Всемирной организации здравоохранения, из 50 млн. человек, ежегодно умирающих в мире, у более чем 16 млн. причиной смерти являются инфекционные заболевания.

Инфекционные заболевания находятся на первом месте в структуре общей заболеваемости нашей планеты, так как примерно 70% регистрируемых заболеваний имеют инфекционные признаки.

Доказано, что отдельные раковые, сердечно-сосудистые заболевания, а также заболевания органов пищеварения имеют инфекционное происхождение.

Человечеству в 20 веке удалось ликвидировать только одну инфекцию - натуральную оспу и получить тридцать шесть новых инфекционных болезней. В силу многих причин, в мире количество населения, страдающего от инфекционных заболевании увеличивается, а не уменьшается.

Огромное число микроорганизмов, населяющих наш организм, находится с ним в различных отношениях - от взаимовыгодных до антагонистических. Около трех с половиной тысяч видов микробов при попадании в организм могут вызывать патологический процесс, который проявляется в виде инфекционной болезни; при этом не все микроорганизмы изучены.

Возбудителями до 90% инфекционных заболеваний, часто носящих эпидемический и даже пандемический характер, являются именно вирусы. Трудность разработки этиологических средств лечения и ограниченность выбора эффективных противовирусных препаратов заставляет обратить особое внимание на разработку средств, обладающих способностью уничтожать или инактивировать вирусы в окружающей среде, препятствуя распространению инфекций. Поэтому разработка эффективных дезинфицирующих и антисептических препаратов, обладающих вирулицидными свойствами, является важным и необходимым элементом в борьбе с вирусными инфекциями [1].

При выборе дезинфекционных технологий существенным является то, что разные объекты характеризуются различными уровнями вирусной контаминации, и при этом микроорганизмы различных групп и видов обладают различающейся устойчивостью к тем или иным дезинфектантам и антисептикам.

Главной задачей дезинфекционных технологий является предотвращение попадания или инактивация патогенного микроорганизма на этапе его проникновения в организм человека, а именно антисептическая обработка, т.е. система мер быстрого подавления микроорганизмов на коже и слизистых оболочках человека. Основным ее методом является обработка щадящими дезинфицирующими веществами с учетом спектра их антимикробной активности и чувствительности конкретных возбудителей.

Быстрая и эффективная дезинфекция инвазивных и операционных поверхностей на теле пациентов, обработка рук хирургов, слизистых полостей рта и гениталий была и остается одной из первостепенных задач в этой области.

В связи с появлением сложных и дорогих влаго- и хемо-чувствительных многокомпонентных устройств, предназначенных для введения внутрь организма, асептика и антисептика разнообразных медицинских устройств также является одной из самых острых проблем современной дезинфектологии.

Актуальна также проблема обработки ран в условиях ЧС, для решения которой необходим подбор высокоэффективных ДВ и приемлемой формы применения для экстремальных условий (салфетки, распылители и др.).

В настоящее время в нашей стране разрешено к применению около 450 дезинфицирующих средств - химических препаратов, многие из которых обладают лишь слабой, недостаточной вирулицидной активностью или вовсе вирулицидами не являются [2]. При этом более 35% дезинфицирующих средств относится к группе ПАВ-ЧАС. Обладая целым рядом ценных качеств (малая токсичность и экологическая безопасность, наличие моющих свойств, достаточная бактерицидность и др.), такие дезинфицирующие средства характеризуются недостаточной вирулицидной активностью, что ограничивает сферу их применения в современных условиях эпидемиологического неблагополучия и существующей угрозы биотерроризма.

В связи с дополнительными специфическими требованиями, предъявляемыми к антисептикам с вирулицидным действием[1], их выбор еще более ограничен, а так как потребность в них очень велика, то разработке вирулицидных антисептиков уделяется особое внимание.

Целью настоящей работы явился поиск новых соединений -потенциальных ДВ, обладающих высокой вирулицидной активностью, и создание на их основе новых низкотоксичных и высокоэффективных композиций дезинфектантов и кожных антисептиков.

Часть I. Обзор литературных данных

Заключение диссертации по теме «Вирусология», Желтухин, Сергей Леонидович

95 Выводы

1. Изучены свойства и показана вирулицидная активность производного пиридина «ДОПД».

2. Создана новая композиция антисептического средства на основе «ДОПД», обладающая широким спектром вирулицидной активности при низкой концентрации ДВ (0,01%).

3. С применением целенаправленного молекулярного дизайна получена группа синтетических производных гемина, обладающих высокой вирулицидной активностью.

4. Изучены и отобраны производные гемина, обладающие оптимальными для дезинфектанта свойствами: вирулицидностью, водорастворимостью, устойчивостью, прогнозируемой низкой токсичностью, биосовместимостью и биодеградируемостыо.

5. Установлена способность исследованных производных гемина расщеплять вирусную ДНК.

6. Предложены механизмы вирулицидного действия исследованных производных гемина, заключающиеся в способности катализировать окисление ПНЖК мембран и деструктировать НК вируса.

7. На основе выявленной взаимосвязи между структурой, физикохимическими свойствами и вирулицидной активностью предложены основы рационального конструирования более совершенных вирулицидных агентов данного ряда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Желтухин, Сергей Леонидович, 2007 год

1. Носик Н.Н., Носик Д.Н. / Вирусные инфекции и дезинфекция// РЭТ-инфо, 2006, №3, с.13-17.

2. М.Г. Шандала /Оценка вирулицидной активности дезинфицирующих средств и проблемы ее тестирования// Дезинфекционное дело, 2004, №3, с. 41-43.

3. Красилышков А.П., Справочник по антисептике, Минск, изд-во «Высшая школа», 1995.4. «Handbuch der Antiseptic», 1987, т. II, часть 3.

4. Л.Б. Борисов //Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. /М., «Медицинское информационное агенство», 2005.

5. М.Д. Машковский. //Лекарственные средства. Пособие для врачей. / М., «Новая Волна», 2005.

6. Merianos J.J. /Quaternary ammonium antimicrobial compounds// Jn: Desinfection, sterilization and preservation. Block S.S., editor. Philadelphia: Lea and Febirger; 1991, p. 225-55.

7. Фрейдлин Л.А., Голубко М.Н. и др. / Глутаровый альдегид.//, М., НИИТЭХИМ, 1983.

8. Шандала М.Г. «Дезинфекционные средства», ч.1 М., 2001;12. «Химическая энциклопедия.» М., «Советская энциклопедия», 1988, т.1, с. 528.

9. В. Halliwell, J. М.С. Gutteridge / Free radicals in biology and medicine.// Third edition, Oxford, Univ. Press, 1999.

10. C.E. Thomas, S.D. Aust / Reductive release of iron from ferritin by Cation Free Radicals of Paraquat and other Bypiridils // J.Biol. Chem., v.261, № 28, p. 13064-13070,1986.

11. K.C. Bhuyan, D.C. Bhuyan, S.M. Podios. /Free radical enchancer xenobiotic is an inducer of cataract in rabbit.// Free Rad. Res. Commun., 1991, v.12-13, p.609-620.

12. Sigman D.S., Vlasov V.V., Zarytova F.V., Lebedev A.V., Fedorova A.S. / Design and targeted reactions of oligonucleotide derivatives.// Boca Ration: CRC Press, FL, 1994.

13. Han H, Schepartz A, Pellegrini M, Dervan PB. /Mapping RNA regions in eukaryotic ribosomes that are accessible to methidiumpropyl-EDTA.Fe(II) and EDTA.Fe(II).// Biochemistry. 1994 v. 33, № 33, pp. 9831-9844.

14. Smith J, Ariga K, Anslyn E V. /Enhanced imidazole-catalyzed RNA cleavage induced by a bis-alkylguanidium receptor. // J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, pp.362-364.

15. Podyminogin M.A., Vlassov V.V., Giege R. / Synthetic RNA-cleaving molecules mimicking ribonuclease A active center. Desing and cleavage of tRNA transcripts.//Nucleic Acids Res., 1993, V. 21, pp. 5950-5956.

16. Vlassov V.V., Zuber G., Felden B., Behr J.P., Giese R. / Cleavage of tRNA with imidazole and spermine imidazole constructs: a new approach for probing RNA structure.// Nucleic-Acids Res., 1995 August 25, 23(16), pp. 3161-3167.

17. Koike T, Kimura E. / Roles of zinc(II) ion in phosphatases. A. model study with zinc(II)-macrocyclic polyamine complexes.// J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, pp. 8935-8941

18. Barbier B., Brack A. / Basic polypeptides accelerate the hydrolysis of ribonucleic acids. // J. Am. Chem. Soc., 1988, vol. 110, no20, pp. 68806882.

19. Komiyama M. / Molecular design of artificial materials for selective cleavage of nucleic acids.// Yuki gosei kagaku kyokaishi, 1991, v. 49, № 8, pp. 762-769.

20. Michalowski D, Wrzesinski J, Krzyzosiak W. / Cleavages induced by different metal ions in yeast tRNA(Phe) U59C60 mutants.// Biochemistry,1996, v. 35, № 33, pp.10727-10734.

21. Strater N., Lipsomb W. N., Klablunder T., Krebs B. / Two-metal ion catalysis in enzymatic acyl- and phosphoryl-transfer reactions.// Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1995, v. 35, pp. 2024-2055.

22. Taira K; Uebayasi M; Maeda H; Furukawa K. / nergetics of rna cleavage implications for the mechanism of action of ribozymes. // protein engineering, 1990, v. 3 № 8, pp. 691-701.

23. Fothergill M., Goodman M.F., Petruska J., Warshel A. / Structure-Energy Analysis of the Role of Metal Ions in Phosphodiester Bond Hydrolysis by DNA Polymerase I. // J Am Chem Soc. 1995, v. 117, pp. 11619-11627.

24. Stern M.K., Bashkin, J.K., Sall,E.D. / Hydrolysis of RNA by transition metal complexes.// J. Am. Chem. Soc., 1990,112, pp. 5357-5359.

25. Morio Yashiro, Akira Ishikubo, Makoto Komiyama./ Dinuclear Lanthanum(III) Complex for Efficient Hydrolysis of RNA.// J Biochem (Tokyo) 1996, v. 120, pp. 1067-1069

26. Morrow J.R., Buttrey,L.A., Shelton,V.M., Berback,K.A. Efficient catalytic cleavage of RNA by lanthanide(III) macrocyclic complexes: toward synthetic nucleases for in vivo applications. J. Am. Chem. Soc., 1992 v.114, pp. 1903-1905.

27. Weiner D.P., Wiemann T., Wolfe M.M., Wentworth P., Janda K.D./ A Pentacoordinate oxorhenium (v) metallochelate elicits antibody catalysts for phosphodiester cleavage. // Journal of the American Chemical Society,1997, v. 119, № 17, pp. 4088-4089.

28. Bashkin J.K., Frolova E.I., Sampath U./ Sequence-specific cleavage of HIV mRNA by a ribozyme mimic. //J. Am. Chem. Soc., 1994, v.l 16, pp. 5981-5982.

29. Matsumura K., Endo,M., Komiyama,M. / Lanthanide complex-oligoDNA hybrid for sequence-selective hydrolysis of RNA.// J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1994, pp. 2019-2020.

30. Komiyama M. / Sequence-Specific and Hydrolytic Scission of DNA and RNA by Lanthanide Complex-OligoDNA Hybrids. // J Biochem (Tokyo), 1995, v. 118, pp. 665-670.

31. Hall J., Husken,D., Pieles,U., Moser,H.E., Haener,R./ Efficient sequence-specific cleavage of RNA using novel europium complexes conjugated to oligonucleotides.// Chem. Biol., 1994, v.l, pp. 185-190.

32. Magda D., Miller,R.A., Sessler,J.L., Iverson,B.L./ Site-specific hydrolysis of RNA by europium(III) texaphyrin conjugated to a synthetic oligodeoxyribonucleotide.//J. Am. Chem. Soc., 1994, v. 116, pp. 74397440.

33. Gobel M.W., Bats J.W., Durner G./ En route to synthetic phosphodiesterases: supramolecular phosphoryl-transfer mediated by amidinium-phosphate contact ion-pairs.// Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1992, v. 31, № 2, pp. 207-209.

34. Shinozuka K., Shimuzu K., Nakashima Y., Sawai H./ Synthesis and rna cleaving activities of polyamine derived novel artificial ribonuclease.// Bioorganic & medicinal chemistry letters. 1994, v. 4, № 16, pp. 19791982.

35. Breslow R., Labelle M./ Sequential general base acid catalysis in the hydrolysis of rna by imidazole.// J. Am. Chem. Soc., 1986, v. 108, № 10, pp. 2655-2659.

36. Breslow R., Doherry J.B., Guillot G., Lipsey C./ Beta-cyclodextrinylbisimidazole, a model for ribonuclease.// J. Am. Chem. Soc., 1978, v. 100, № 10, pp. 3227-3229.

37. Usher D.A., Erenrich Evelyn S., Eckstein F./ Geometry of the First Step in the Action of Ribonuclease-A.// Proc Natl Acad Sci USA. 1972 v. 69, №1, pp. 115-118.

38. Usher DA, Richardson DI Jr, Eckstein F./ Absolute stereochemistry of the second step of ribonuclease action.// Nature. 1970 Nov 14, v. 228, № 5272, pp. 663-665.

39. Lorente A., Espinosa J.F., Fernandez-Saiz M., Lehn J.-M., Wilson W.D., Zhohg Y.Y./ Synthesis of Imidazole-Acridine Conjugates as Ribonuclease A Mimics.// Tetrahedron Letters, 1996, 37, pp. 4417-4420.

40. Tung C.-H., Wei Z., Leibowitz M.J., Stein S./ Design of Peptide-Acridine Mimics of Ribonuclease Activity.// Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, v. 89, pp. 7114-7118.

41. Pace, C.N., Heinemann U., Hahn U., Saenger W./ Ribonuclease Tl: Structure, Function, and Stability.// Angewandte Cheni, International Edition, 1991, v.30, pp. 343-360.

42. Endo M., Hirata K., Ihara T., Sueda S., Takagi M., Komiyata M./ RNA hydrolysis by. the cooperation of carboxilate ion and ammonium.// J. Am. Chem. Soc., 1996, v. 118, pp. 5478-5479.

43. Muche M.-S., Gobel M.W./ Bis(guanidinium) alcohols as models of staphylococcal nuclease : substratebinding through ion pair complexes and fast phosphoryl transfer reactions.// Angew. Chem., Int. ed. Engl., 1996, v. 35, № 18, pp. 2126-2129.

44. Bashkin J.K., McBeath R.J., Modak A.S., Sample K.R., Wise W.B./ Synthesis and characterization of oligonucleotide peptides.// Journal of organic chemistry, 1991, v. 56, № 9, pp.3168-3176.

45. Kierzek R./ Nonenzymatic hydrolysis of oligoribonucleotides.// Nucleic Acids Res. 1992 Oct 11,20(19), pp.5079-5084.

46. Zimmer Ch./ Effects of the antibiotics netropsin and distamycin A on the structure and function of nucleic acids.// PNAMB. 1980.

47. Thrum H., Haupt I., Bradler G., Zimmer Ch./ Antimicrobial and antineoplastic chemotherapy.//Czech. Med.Press, Prague. 1972. v.I, pp.819-826.

48. Arcamone F., Bizioli F., Canevazzi G., Grein A. German Patent 1,027,667,1958.

49. DiMarco A., Soldati M., Fioretty A./ Influence of netropsin and distamycin A on the secondary structure and template activity of DNAV//Acta Unio Int. Contra Cancram, 1964 v.20, p.423

50. Shuhmarm E., Haupt I., Thrum H., Taubeneck U., Allg Z.I Effect of distamycin A and netropsin on normal cells and wall-less cells of Escherichia coli W 1655 F+J.//Mikrobiol. 1974, v.14, pp. 321-327.

51. Ratuld Y., Werner G.H./ Progress in antimicrobal and anticancer chemotherapy.// Univ. Tokyo Press, Tokio, 1970, v.2, p. 14.

52. Hahn F.E. // Antibiotics./ Springer-Verlag, Berlin and New York, 1974, v.3

53. Hahn F.E. // Antibiotics./ Springer-Verlag, Berlin and New York, 1974, v.3

54. Puschendorf В., Peterson E., Wolf H., Werchau H., Granicke H./ Antimicrobial and antineoplastic chemotherapy.// Czech. Med. Press, Prague, 1972, v.l, p.823.

55. Reinert K.-E. / Physico-chemical properties of nucleic acid.// Academic Press, 1973, New York, v.2, chapter 16, p.319.

56. Waring M.J. / Molecular Basis of Antibiotic Action.// Wiley, New York, 1972, p.173.

57. М.Д. Машковский. «Лекарственные средства». TOO «Медицина», 1992.

58. Makarov A.A. Ilinskaya O.N./ Cytotoxic ribonucleases: molecular weapons and their targets (review).// FEBS Lett., 2003, v. 540, pp. 15-20.

59. Burakova E.A., Silnikov V.N./ Molecular Design of Artificial Ribonucleases Using Electrostatic Interaction.// Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids. 2004, v. 23(6/7), pp. 915-920

60. Методические рекомендации «По определению вирулицидной активности препаратов». МЗ СССР № 1119-73 От 06.09.73г.

61. Maniatis Т., Fritish Е., Sambrook J./ Molecular Cloning ( A Laboratory Manual) Cold Spring Harbor// N.-Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1982.

62. Б. Глик, Дж. Пастернак / Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Перевод с английского Н.К. Янковского. // М., «Мир», 2002, с. 589.

63. Желтухина Г.А., Евстигнеева Р.П., Лубсандоржиева JI.К., Лукашова Е.А., Соловьева А.Б. / Каталитическая активность геминпептидов в реакции гидроксилирования холестерина. //Журн.физ.химии, 1995, т.69, №11, с. 1972-1974.

64. Евстигнеева Р.П., Лубсандоржиева Л.К., Желтухина Г.А. и др. / Синтез моно-С-аминоацильных производных протогемина IX твердофазным методом .//Биоорганическая химия, 1993, т. 19, №6, с.664-669.

65. Свидетельство о государственной регистрации № 77.99.36.2.У.5242.7.07 от 11.07.2007 г Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучию человека.

66. Ляхов С.А., Ляхова Е.А., Литвинова Л.А., Андронати С.А. и др. / Синтез и свойства нового типа лигандов ДНК-комбилексина и бисинтерлексинов на основе амиксина// Химико-фармацевтический журнал,2003, т. 37, №9, с. 36-41.

67. Овчинников Ю.А. «Биоорганическая химия», М., 1987, «Просвещение».

68. Сухомлинов Б.Ф., Коробов В.Н., Гончар М.В. и др. / Сравнительный анализ пероксидазной активности миоглобинов у млекопитающих.// Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 1987, т. XXIII, №1, с. 37-42.

69. И.А. Василенко, И.П. Ушакова, Е.И. Феллипович, Г.А. Серебренникова, Р.П. Евстигнеева /Обратимая оксигенация ферропорфиринов в бислойной фосфолипидной мембране// ДАН, 1978, т. 241, №4, с.963-965.

70. Евстигнеева Р.П., Желтухина Г.А, Рожкова Е.А. /Модели пероксидаз./ Кинетика и катализ, Т. 40, №2,1999, с. 256-260.

71. Ениколопян Н.С., Соловьева А.Б. /Катализ металлопорфиринами реакций нецепного окисления олефинов.// Журн.физ.хим., 1988, т.62, №9, с. 2289-2307.

72. M. Glei, S. Klenow, J. Sauer, U. Wegewitz, K. Richer, B.L. Pool-Zober / Hemoglobin and hemin induce DNA damage in human colon tumor cell clone 19A and in primary human colonocytes// Mutation Research, 2006, v. 594, p. 162-171.

73. Е.Б. Морошкина, Н.Г. Юдина, M.A. Кравцова, E.M. Глибин / Взаимодействие ДНК с амфолитами на основе актиномицина.// Молекулярная биология, 1998, т. 32, с. 652-656.

74. Рябинин В.А., Горбунов Ю.А., Синяков А.Н. / Сиквенсинальные конъюгаты малобороздочного лиганда с инозин-содержащими олигодезоксирибонуклеотидами// Биоорган, химия, 1997, т. 23, с. 539-543.

75. Suiyama Н., Kilkuskie R., Hetch S., Van der Marel G., Van Boom J. /An efficient site-specific DNA target for bleomycin.// J. Am. Chem. Soc., 1985, v. 107, p. 7765-7767.

76. Евстигнеева Р.П, Огрель C.A., Желтухина Г.А, Небольсин В.Е. /Синтез псевдопептидов на основе биогенных аминов.// ДАН, 1995, т. 340, №2, с. 260-262.

77. Настоящая работа выполнена в лаборатории онтогенеза вирусов ГУ НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского РАМН.

78. Искренне благодарен д.м.н., профессору Носику Николаю Николаевичу за ценные советы и неослабное внимание к данной работе на всех этапах ее проведения.

79. Весьма признателен профессору Носику Дмитрию Николаевичу и Калниной Людмиле Борисовне за помощь в проведении исследований с вирусом ВИЧ.

80. Благодарю весь коллектив лаборатории онтогенеза вирусов и особенно в.н.с. Кондрашину Нину Геннадиевну, Черткову Тамару Дмитриевну, Жигулина Алексея Олеговича за практическую помощь в выполнении работы.