Модифицированные пиримидиновые нуклеозиды с противобактериальной и противогрибковой активностями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Макаров Дмитрий Александрович

• Макаров Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2026

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модифицированные пиримидиновые нуклеозиды с противобактериальной и противогрибковой активностями»

Общая характеристика работы Актуальность темы исследования

Производные нуклеозидов являются привлекательными соединениями для разработки на их основе лекарственных препаратов. Они уже зарекомендовали себя в качестве противовирусных и противоопухолевых средств; появляется всё больше сообщений об их противобактериальной и противогрибковой активности. Использование модифицированных производных нуклеозидов открывает широкие перспективы в направленном воздействии на метаболические процессы и биологические мишени. Препараты на основе нуклеозидов могут стать новым эффективным способом решения одной из основных проблем современного здравоохранения -антибиотикорезистентности. Применение подобных производных выходит за рамки их использования в медицине и распространяется на другие сферы жизнедеятельности человека, в частности, для защиты объектов культурного наследия.

Ранее в Лаборатории молекулярных основ действия физиологически активных соединений Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН были получены производные пиримидиновых нуклеозидов, содержащие протяжённые алкильные заместители по С4 или С5 положениям гетероциклического основания. Ряд этих соединений проявил значительную ингибирующую активность в отношении штаммов грамположительных бактерий и/или плесневых грибов-биодеструкторов объектов культурного наследия. Однако мишени и механизм действия данных производных остаются до конца невыясненными. Поэтому представлялось целесообразным получение репрезентативной библиотеки подобных нуклеозидов с целью поиска соединений-лидеров и установления зависимости «структура-биологическая активность» для лучшего понимания природы их биологического действия. Цель и задачи исследования

Целями данной работы являлись дизайн и синтез эффективных ингибиторов роста микроорганизмов на основе производных пиримидиновых нуклеозидов. В ходе работы решались следующие задачи:

1. Разработка рациональных методов синтеза новых производных пиримидиновых нуклеозидов.

2. Получение репрезентативной библиотеки новых производных пиримидиновых нуклеозидов, модифицированных по С4 и/или С5 положениям гетероциклического основания, а также углеводному фрагменту, включая депо-формы полученных соединений.

3. Изучение зависимости биологической активности и токсичности от структурных модификаций синтезированных соединений.

4. Анализ результатов исследования противобактериальной и/или антифунгальной активности полученной серии производных нуклеозидов.

Научная новизна работы

В работе предложены рациональные методы синтеза и получено 6 серий производных пиримидиновых нуклеозидов, модифицированных как по нуклеиновому основанию, так и по углеводному фрагменту. Синтезированы новые 5-модифицированные производные уридина, 5-модифицированные производные 4-тио-2'-дезоксиуридина и 4-тиоуридина, включая их олигогликолькарбонатные депо-формы и ряд N -алкильных производных цитидина и 5-метилцитидина с различными заместителями при С5 положении пиримидинового основания. С целью последующего изучения субклеточной локализации производных 2'-дезоксиуридина и цитидина - ингибиторов роста микроорганизмов, получены их аналоги, позволяющие вводить в молекулу нуклеозида флуорофорные группы в одну стадию или непосредственно визуализировать

3

молекулы нуклеозидов в клетках с помощью методов «клик»-химии. Показано, что ряд полученных новых соединений проявляет значительную ингибирующую активность в отношении патогенных штаммов бактерий и плесневых грибов-биодеструкторов. Всего в ходе работы получены 62 нуклеозида с различными модификациями.

Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты данной работы позволяют получить представление о влиянии структуры пиримидиновых нуклеозидов на их биологическую активность. Оптимизация молекул нуклеозидов с учётом данных биологической активности позволяет создать новые соединения-лидеры -потенциальные ингибиторы роста патогенных бактерий и плесневых грибов-биодеструкторов.

Использованные в работе методы органического синтеза могут быть применены для получения производных пиримидиновых нуклеозидов соединений с высокими выходами.

Данные о биологической активности полученных соединений демонстрируют перспективность их использования в качестве антимикробных средств. Методология и методы диссертационного исследования

Работа выполнена с использованием широкого набора методов органического синтеза и современных физико-химических методов анализа соединений. В работе использовали коммерческие реактивы фирм «Fluka» (Германия), «Sigma-Aldrich» (США) и «Acros Organics» (Бельгия). Выделение и очистка продуктов реакций проводилась с помощью колоночной хроматографии и препаративной тонкослойной хроматографии. Для контроля прохождения реакций использовали тонкослойную хроматографию на алюминиевых пластинах с закрепленным слоем

1 13

силикагеля. Анализ и подтверждение структур соединений выполнялись методами УФ-, Н-, С-ЯМР спектроскопии, а также масс-спектрометрии высокого разрешения. Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработаны эффективные методы синтеза производных пиримидиновых нуклеозидов, содержащих модификации, по С4 и/или С5-положениям нуклеинового основания, так и в углеводном фрагменте.

2. Получена репрезентативная библиотека модифицированных производных пиримидиновых нуклеозидов, всего синтезировано 62 новых соединений. Структуры всех соединений подтверждены методами ЯМР и УФ-спектроскопии и масс-спектрометрии высокого разрешения.

3. Изучена противобактериальная активность полученных соединений в отношении грамположительных бактерий, включая лекарственно-устойчивые штаммы (Staphylococcus aureus, Mycobacterium smegmatis), микобактерий и плесневых грибов-биодеструкторов - объектов культурного наследия. Установлены структурные модификации, приводящие к усилению биологической активности, отобраны новые соединения-лидеры, обладающие значительной противобактериальной и/или антифунгальной активностями. Изучена цитотоксичность соединений на различных культурах клеток.

4. В целях установления механизма действия модифицированных нуклеозидов, получен набор производных, позволяющих вводить в молекулу нуклеозида флуорофорные группы в одну стадию или непосредственно визуализировать молекулы ингибиторов в клетках с помощью методов «клик»-химии. Среди них отобраны соединения с наилучшей активностью для дальнейшего исследования их субклеточной локализации внутри клеток.

Личный вклад соискателя

Основные результаты диссертационной работы получены автором или при его непосредственном участии. Автор лично разработал рациональные методы синтеза и получил 6

серий производных нуклеозидов (всего 62 соединения), установил структурные модификации, приводящие к биологической активности. Публикации по теме работы были написаны при непосредственном участии автора. Цитотоксичность синтезированных соединений была определена в ИМБ РАН к.х.н. И.Л. Карпенко и Э.В. Урбина по MTT-тесту на различных культурах клеток. Противобактериальная активность соединений была исследована к.б.н. О.В. Ефременковой и сотр. в НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе. Проверка противомикобактериальной активности осуществлялась к.б.н. Д.В. Зименковым и сотр. в ИМБ РАН. Противогрибковая активность изучалась в ФИЦ Биотехнологии РАН к.б.н. А.А. Жгуном и сотр.

Степень достоверности и апробация результатов

1 13

Строение и чистота полученных соединений подтверждены данными УФ, 1H и C ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии высокого разрешения.

Основные положения диссертационной работы были представлены в виде стендовых и устных докладов на следующих конференциях:

1) Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика» (Новосибирск, Россия, 2022), 2) Восьмая междисциплинарная конференция «Молекулярные и биологические аспекты химии, фармацевтики и фармакологии» (Санкт-Петербург, Россия, 2023), 3) I Междисциплинарная всероссийская молодёжная научная школа-конференция с международным участием «Молекулярный дизайн биологически активных веществ: биохимические и медицинские аспекты» (Казань, Россия, 2023), 4) XXXVI зимняя молодёжная научная школа к 300-летию Российской академии наук «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, Россия, 2024), 5) XIII Международная конференция по химии для молодых учёных «Mendeleev 2024» (Санкт-Петербург, Россия, 2024), 6) IX Международная конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (Пермь, Россия, 2025).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макаров Дмитрий Александрович, 2026 год

Список публикаций по теме диссертации в виде научного доклада

Статьи в журналах

1. Makarov D. A., Negrya S. D., Jasko M. V., Karpenko I. L., Solyev P. N., Chekhov V. O., Kaluzhny D. N., Efremenkova O. V., Vasilyeva B. F., Chizhov A. O., Avdanina D. A., Zhgun A. A., Kochetkov S. N., Alexandrova L. A. 5-Substituted Uridines with Activity against Gram-Positive Bacteria //ChemMedChem. - 2023. - Т. 18. - №. 21. - С. e202300366. Doi: 10.1002/cmdc.202300366.

2. Alexandrova L. A., Oskolsky I. A., Makarov D. A., Jasko M. V., Karpenko I. L., Efremenkova O. V., Vasilyeva B. F., Avdanina D. A., Ermolyuk A. A., Benko E. E., Kalinin S. G., Kolganova T. V., Berzina M. Ya., Konstantinova I. D., Chizhov A. O., Kochetkov S. N., Zhgun A. A. New Biocides Based on ^-Alkylcytidines: Effects on Microorganisms and Application for the Protection of Cultural Heritage Objects of Painting //International Journal of Molecular Sciences. - 2024. - Т. 25. - №. 5. - С. 3053. Doi: 10.3390/ijms25053053.

3. Makarov D. A., Oskolsky I. A., Jasko M. V., Solyev P. N., Vasilyeva B. F., Demiankova M. V., Efremenkova O. V., Kochetkov S. N., Alexandrova L. A. 5-Alkyloxymethyl Derivatives of 2'-Deoxyuridine Bearing 2, 4-Dinitrophenyl and Dansyl Groups: Synthesis and Antibacterial Activity //Russian Journal of Bioorganic Chemistry. - 2023. - Т. 49. - №. Suppl 1. - С. S1-S7. Doi:10.1134/S1068162023080010.

4. Ostroumova O. S., Efimova S. S., Zlodeeva P. D., Alexandrova L. A., Makarov D. A., Matyugina E. S., Sokhraneva V.A., Khandazhinskaya A.L., Kochetkov S. N. Derivatives of Pyrimidine Nucleosides Affect Artificial Membranes Enriched with Mycobacterial Lipids //Pharmaceutics. - 2024. - Т. 16. - №. 9. - С. 1110. Doi:10.3390/pharmaceutics16091110.

5. Alexandrova L.A., Khandazhinskaya A.L., Matyugina E.S., Makarov D.A., Kochetkov S.N. "Analogues of Pyrimidine Nucleosides as Mycobacteria Growth Inhibitors" //Microorganisms. - 2022. - Т. 10. - №. 7. - С. 1299. Doi: 10.3390/microorganisms10071299.

6. Negrya S.D., Jasko M.V., Makarov D.A., Karpenko I.L., Solyev P.N., Chekhov V.O., Efremenkova O.V., Vasilieva B.F., Efimenko T.A., Kochetkov S.N., Alexandrova L.A. "Oligoglycol carbonate prodrugs of 5-modified 2'-deoxyuridines: synthesis and antibacterial activity" //Mendeleev Communications. - 2022. - Т. 32. - №. 4. - С. 433-435. Doi: 10.1016/j.mencom.2022.07.002.

7. Негря С.Д., Ясько М.В., Макаров Д.А., Сольев П.Н., Карпенко И.Л., Шевченко О.В., Чехов О.В., Глухова А.А., Васильева Б.Ф., Ефименко Т.А., Сумарукова И.Г., Ефременкова О.В., Кочетков С.Н., Александрова Л. А. Гликолевые и фосфатные депо-формы 4- и/или 5-модифицированных нуклеозидов, проявляющих противобактериальную активность //Молекулярная биология. - 2021. - Т. 55. - №. 1. - С. 164-176. Doi: 10.31857/S0026898421010122.

8. Негря С.Д., Макаров Д.А., Сольев П.Н., Карпенко И.Л., Чехов В О., Глухова А.А., Васильева Б.Ф., Сумарукова И.Г., Ефременкова О.В., Кочетков С.Н., Александрова Л.А. 5-Алкилтиометильные производные 2'-дезоксиуридина: синтез и антибактериальная активность //Биоорганическая химия. - 2020. - Т. 46. - №. 2. - С. 124-130. Doi: 10.31857/S013234232001008X.

9. Makarov D. A., Jasko M. V., Negrya S. D., Karpenko I. L., Urbina E. V., Chekhov V. O., Efremenkova O.V., Vasilyeva B.F., Zimenkov D.V., Ushtanit A.I., Kochetkov S.N., Alexandrova L.A. 5-Substituted 4-Thiouridines, 4-Thio-2'-deoxyuridines and Their Oligoglycol Carbonate Prodrugs as Promising Antimicrobial Agents //International Journal of Molecular Sciences. - 2025. - Т. 26. - №. 23. -С. 11712. Doi:10.3390/ijms262311712.

10. Avdanina D. A. Vorobyova O. B., Ermolyuk A. A., Simonenko N.P., Volkov I. A., Alexandrova L. A., Jasko M.V., Makarov D.A., Khomutov M.A., Khurs E.N., Khomutov A.R., Riabova

O.B., Makarov V.A., Troyan E.V., Shitov M.V., Zhgun A.A. Biodeterioration aspects of the 16th century icon "Deesis tier of thirteen figures" by the fungus Iodophanus sp. STG-150: a range of materials for biodegradation and selection of target antiseptics //Journal of Cultural Heritage. - 2026. - Т. 77. - С. 96108. Doi: 10.1016/j.culher.2025.11.001.

11. Макаров Д. A., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Ткачев Я.В., Васильева Б.Ф., Ефременкова О.В., Кочетков С.Н., Александрова Л. А. ^-(ю-Аминоалкил)-и ^-(ю-Дансиламиноалкил)-5-метил-2'-дезоксицитидины//Биоорганическая химия. - 2025. - Т. 51. - №. 6. - С. 1142-1147. Doi: 10.7868/S1998286025060113.

12. Макаров Д. A., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Урбина Э. В., Попенко В.И., Леонова О.Г., Ткачев Я.В., Васильева Б.Ф., Ефременкова О.В., Кочетков С.Н., Александрова Л.А. Синтез и антибактериальная активность этинильных и азидо-производных N -додецил-2'-дезоксицитидина //Биоорганическая химия. - 2025. - Т. 51. - №. 6. - С. 1133-1141. Doi: 10.7868/S1998286025060101.

Материалы научных конференций

1. Makarov D.A., Jasko M.V., Karpenko I. L., Efremenkova O.V., Vasilyeva B. F., Avdanina D. A., Zhgun A. A., Kochetkov S. N., Alexandrova L. A. «5-Substituted N4-alkylcytidines as promising inhibitors with a wide spectrum of biological activity» XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists "MENDELEEV 2024", Санкт-Петербург, 2024, C. 468. (Устный доклад)

2. Макаров Д.А., Негря С.Д., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Ефременкова О.В., Александрова Л.А., Кочетков С.Н. «Олигогликолевые пролекарственные формы как перспективный подход к повышению биодоступности липофильных производных нуклеозидов» XXXVI международная зимняя молодежная научная школа "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии", Москва, 2024, C. 57. (Устный доклад)

3. Макаров Д.А., Негря С.Д., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Сольев П.Н., Ефременкова О.В., Александрова Л.А., Кочетков С.Н. «Олигогликолевые пролекарственные формы 5-модифицированных производных 2'- дезоксиуридина» Материалы всероссийской конференции "Синтетическая биология и биофармацевтика". Новосибирск, 2022. С. 119. (Устный доклад)

4. Макаров Д.А., Негря С.Д., Карпенко И.Л., Сольев П.Н., Ефременкова О.В., Александрова Л.А., Кочетков С.Н. «Синтез и биологическая активность 5-модифицированных производных 5-метилуридина». Восьмая Междисциплинарная конференция «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», Санкт-Петербург, 2023. (Устный доклад)

5. Макаров Д.А., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Ефременкова О.В., Александрова Л.А., Кочетков С.Н. «4,5-модифицированные производные цитидина как противомикробные агенты». I Междисциплинарная всероссийская молодежная научная школа-конференция с международным участием «Молекулярный дизайн биологически активных веществ: биохимические и медицинские аспекты», Казань, 2023. (Постер)

6. Макаров Д.А., Ясько М.В., Карпенко И.Л., Ефременкова О.В., Уштанит А.И., Кочетков С.Н., Александрова Л.А. «4-Серосодержащие производные 5-модифицированных уридинов как перспективные антимикробные соединения» // IX Международная конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов (M0SM2025)». 6-10 сентября 2025 г. Пермь. Россия. (Устный доклад)

Патент

Александрова Л.А., Ясько М.В., Макаров Д.А., Карпенко И.Л., Сольев П.Н., Негря С.Д., Оскольский, И.А., Ефременкова О.В., Васильева Б.Ф., Ефименко Т.А., Демьянкова М.В., Кочетков С.Н. Patent RU 2808726. Олигогликоль-Карбонатные Пролекарства На Основе 5-Модифицированных 2'Дезоксиуридинов, Проявляющие Антибактериальную Активность 2023.