نشكركم على زيارة موقع nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام أحدث إصدار من المتصفح (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، لن يتضمن هذا الموقع أنماط CSS أو JavaScript.
تمّ تصنيع المركب البنائي 3-(أنثراسين-9-يل)-2-سيانوأكريلويل كلوريد 4، واستُخدم في تصنيع مجموعة متنوعة من المركبات الحلقية غير المتجانسة عالية الفعالية من خلال تفاعله مع مختلف النيوكليوفيلات النيتروجينية. وتمّ توصيف بنية كل مركب حلقي غير متجانس مُصنّع بدقة باستخدام التحليل الطيفي والتحليل العنصري. أظهرت عشرة من أصل ثلاثة عشر مركبًا حلقيًا غير متجانسًا جديدًا فعالية واعدة ضد البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة (MRSA). ومن بينها، أظهرت المركبات 6 و7 و10 و13ب و14 أعلى نشاط مضاد للبكتيريا، حيث بلغت مناطق التثبيط حوالي 4 سم. ومع ذلك، كشفت دراسات المحاكاة الجزيئية أن هذه المركبات لها تقارب ارتباط مختلف مع بروتين ربط البنسلين 2أ (PBP2a)، وهو هدف رئيسي لمقاومة MRSA. أظهرت بعض المركبات، مثل 7 و10 و14، ألفة ارتباط أعلى واستقرارًا أكبر في التفاعل مع الموقع النشط لبروتين PBP2a مقارنةً بالرابطة الكينازولينونية المتبلورة معه. في المقابل، سجل المركبان 6 و13b درجات ارتباط أقل، لكنهما أظهرا نشاطًا مضادًا للبكتيريا ملحوظًا، حيث سجل المركب 6 أدنى قيم للتركيز المثبط الأدنى (9.7 ميكروغرام/100 ميكرولتر) والتركيز القاتل الأدنى (78.125 ميكروغرام/100 ميكرولتر). كشف تحليل الارتباط عن تفاعلات رئيسية، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية والتراص π، لا سيما مع بقايا الأحماض الأمينية مثل ليسين 273 وليسين 316 وأرجينين 298، والتي تم تحديدها على أنها تتفاعل مع الرابطة المتبلورة في البنية البلورية لبروتين PBP2a. تُعد هذه البقايا ضرورية للنشاط الإنزيمي لبروتين PBP2a. تشير هذه النتائج إلى أن المركبات المصنعة قد تكون بمثابة أدوية واعدة مضادة لـ MRSA، مما يسلط الضوء على أهمية الجمع بين الالتحام الجزيئي والفحوصات البيولوجية لتحديد المرشحين العلاجيين الفعالين.
في السنوات القليلة الأولى من هذا القرن، تركزت جهود البحث بشكل أساسي على تطوير إجراءات وأساليب جديدة وبسيطة لتخليق العديد من الأنظمة الحلقية غير المتجانسة المبتكرة ذات النشاط المضاد للميكروبات باستخدام مواد أولية متاحة بسهولة.
تُعتبر جزيئات الأكريلونيتريل مواد أولية مهمة لتخليق العديد من الأنظمة الحلقية غير المتجانسة المتميزة نظرًا لكونها مركبات شديدة التفاعل. علاوة على ذلك، شاع استخدام مشتقات كلوريد 2-سيانوأكريلويل في السنوات الأخيرة لتطوير وتخليق منتجات بالغة الأهمية في مجال التطبيقات الدوائية، مثل وسائط الأدوية^1،2،3، وسلائف مضادات فيروس نقص المناعة البشرية، ومضادات الفيروسات، ومضادات السرطان، ومضادات البكتيريا، ومضادات الاكتئاب، ومضادات الأكسدة^{4،5،6،7،8،9،10}. وقد حظيت الفعالية البيولوجية للأنثراسين ومشتقاته، بما في ذلك خصائصها المضادة للميكروبات، ومضادات السرطان^11،12، ومضادات البكتيريا^13،14،15، ومبيدات الحشرات^16،17، باهتمام كبير مؤخرًا^{18،19،20،21}. يوضح الشكلان 1 و2 المركبات المضادة للميكروبات التي تحتوي على جزيئات الأكريلونيتريل والأنثراسين.
بحسب منظمة الصحة العالمية (2021)، تُعدّ مقاومة مضادات الميكروبات تهديدًا عالميًا للصحة والتنمية.^{22،23،24،25} إذ لا يُمكن علاج المرضى، مما يُؤدي إلى إطالة مدة إقامتهم في المستشفى، وزيادة الحاجة إلى أدوية باهظة الثمن، فضلًا عن ارتفاع معدلات الوفيات والإعاقة. ويؤدي نقص مضادات الميكروبات الفعّالة غالبًا إلى فشل علاج العديد من أنواع العدوى، لا سيما أثناء العلاج الكيميائي والعمليات الجراحية الكبرى.
بحسب تقرير منظمة الصحة العالمية لعام 2024، تُصنّف المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) والإشريكية القولونية ضمن قائمة مسببات الأمراض ذات الأولوية. تُقاوم هاتان البكتيريتان العديد من المضادات الحيوية، مما يجعلهما من مسببات العدوى التي يصعب علاجها والسيطرة عليها، وهناك حاجة ماسة لتطوير مركبات مضادة للميكروبات جديدة وفعّالة للتصدي لهذه المشكلة. يُعدّ الأنثراسين ومشتقاته من مضادات الميكروبات المعروفة بقدرتها على التأثير على كلٍّ من البكتيريا موجبة وسالبة الغرام. تهدف هذه الدراسة إلى تصنيع مشتق جديد قادر على مكافحة هذه المسببات المرضية الخطيرة على الصحة.
أفادت منظمة الصحة العالمية بأن العديد من مسببات الأمراض البكتيرية مقاومة للعديد من المضادات الحيوية، بما في ذلك المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA)، وهي سبب شائع للعدوى في المجتمع ومرافق الرعاية الصحية. وتشير التقارير إلى أن معدل الوفيات لدى مرضى عدوى MRSA أعلى بنسبة 64% من معدل الوفيات لدى المصابين بعدوى حساسة للأدوية. إضافةً إلى ذلك، تُشكل الإشريكية القولونية خطرًا عالميًا لأن الكوليستين هو خط الدفاع الأخير ضد البكتيريا المعوية المقاومة للكاربابينيم (مثل الإشريكية القولونية)، ولكن تم الإبلاغ مؤخرًا عن وجود بكتيريا مقاومة للكوليستين في العديد من البلدان. ​​22،23،24،25
لذا، ووفقًا لخطة العمل العالمية لمنظمة الصحة العالمية بشأن مقاومة مضادات الميكروبات، ثمة حاجة ملحة لاكتشاف وتصنيع مضادات ميكروبية جديدة. وقد سُلِّط الضوء في العديد من الأبحاث المنشورة على الإمكانات الكبيرة للأنثراسين والأكريلونيتريل كعوامل مضادة للبكتيريا والفطريات والسرطان ومضادات الأكسدة. وفي هذا السياق، يمكن القول إن هذه المشتقات مرشحة بقوة للاستخدام ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA).
دفعتنا مراجعات الأدبيات السابقة إلى تصنيع مشتقات جديدة ضمن هذه الفئات. ولذلك، هدفت هذه الدراسة إلى تطوير أنظمة حلقية غير متجانسة جديدة تحتوي على وحدات أنثراسين وأكريلونيتريل، وتقييم فعاليتها المضادة للميكروبات والبكتيريا، ودراسة تفاعلاتها المحتملة مع بروتين ربط البنسلين 2أ (PBP2a) باستخدام تقنية الإرساء الجزيئي. واستنادًا إلى الدراسات السابقة، واصلت هذه الدراسة تصنيع الأنظمة الحلقية غير المتجانسة وتقييمها البيولوجي وتحليلها الحاسوبي لتحديد عوامل واعدة مضادة للمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) ذات فعالية تثبيطية قوية لبروتين PBP2a.
يركز بحثنا الحالي على تركيب وتقييم الخصائص المضادة للميكروبات لمركبات حلقية غير متجانسة جديدة تحتوي على وحدات أنثراسين وأكريلونيتريل. تم تحضير كلوريد 3-(أنثراسين-9-يل)-2-سيانوأكريلويل 4 واستخدامه كوحدة بناء لتكوين أنظمة حلقية غير متجانسة جديدة.
تم تحديد بنية المركب 4 باستخدام البيانات الطيفية. أظهر طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون وجود مجموعة CH= عند 9.26 جزء في المليون، وأظهر طيف الأشعة تحت الحمراء وجود مجموعة كربونيل عند 1737 سم−1 ومجموعة سيانو عند 2224 سم−1، كما أكد طيف الرنين النووي المغناطيسي للكربون-13 البنية المقترحة (انظر القسم التجريبي).
تم إنجاز عملية تصنيع 3-(أنثراسين-9-يل)-2-سيانوأكريلويل كلوريد 4 عن طريق التحلل المائي للمجموعات العطرية 250، 41، 42، 53 باستخدام محلول هيدروكسيد الصوديوم الإيثانولي (10٪) لإعطاء الأحماض 354، 45، 56، والتي عولجت بعد ذلك بكلوريد الثيونيل في حمام مائي لإعطاء مشتق أكريلويل كلوريد 4 بنسبة عالية (88.5٪)، كما هو موضح في الشكل 3.
لإنشاء مركبات حلقية غير متجانسة جديدة ذات فعالية مضادة للبكتيريا متوقعة، تم إجراء تفاعل كلوريد الأسيل 4 مع مختلف ثنائيات النيوكليوفيل.
عُولج كلوريد الحمض 4 بهيدرات الهيدرازين عند درجة حرارة 0 مئوية لمدة ساعة واحدة. وللأسف، لم يُحصل على البيرازولون 5. كان الناتج مشتقًا من الأكريلاميد، وقد تأكدت بنيته من خلال البيانات الطيفية. أظهر طيف الأشعة تحت الحمراء حزم امتصاص لـ C=O عند 1720 سم⁻¹، وC≡N عند 2228 سم⁻¹، وNH عند 3424 سم⁻¹. أظهر طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون إشارة تبادل أحادية لبروتونات الأوليفين وبروتونات NH عند 9.3 جزء في المليون (انظر القسم التجريبي).
تم تفاعل مولين من كلوريد الحمض 4 مع مول واحد من فينيل هيدرازين لإنتاج مشتق N-فينيل أكريلويل هيدرازين 7 بنسبة جيدة (77%) (الشكل 5). تم تأكيد بنية المركب 7 بواسطة بيانات مطيافية الأشعة تحت الحمراء، والتي أظهرت امتصاص مجموعتي C=O عند 1691 و1671 سم⁻¹، وامتصاص مجموعة CN عند 2222 سم⁻¹، وامتصاص مجموعة NH عند 3245 سم⁻¹. كما أظهر طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (¹H-NMR) وجود مجموعة CH عند 9.15 و8.81 جزء في المليون، وبروتون NH عند 10.88 جزء في المليون (انظر القسم التجريبي).
في هذه الدراسة، تمّ بحث تفاعل كلوريد الأسيل 4 مع ثنائيات النيوكليوفيل 1،3. أدى تفاعل كلوريد الأسيل 4 مع 2-أمينوبيريدين في 1،4-ديوكسان باستخدام ثلاثي إيثيل أمين كقاعدة عند درجة حرارة الغرفة إلى تكوين مشتق الأكريلاميد 8 (الشكل 5)، والذي تمّ تحديد بنيته باستخدام البيانات الطيفية. أظهرت أطياف الأشعة تحت الحمراء حزم امتصاص لتمدد السيانو عند 2222 سم⁻¹، وNH عند 3148 سم⁻¹، والكربونيل عند 1665 سم⁻¹؛ وأكدت أطياف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون وجود بروتونات الأوليفين عند 9.14 جزء في المليون (انظر القسم التجريبي).
يتفاعل المركب 4 مع الثيوريا لإنتاج بيريميدينثيون 9؛ ويتفاعل المركب 4 مع ثيوسيميكاربازيد لإنتاج مشتق ثيوبيرازول 10 (الشكل 5). تم تأكيد بنية المركبين 9 و10 بواسطة التحليل الطيفي والتحليل العنصري (انظر القسم التجريبي).
تم تحضير مركب تترازين-3-ثيول 11 بتفاعل المركب 4 مع ثيوكاربازيد ككاشف ثنائي النواة 1،4 (الشكل 5)، وتم تأكيد بنيته بواسطة التحليل الطيفي والتحليل العنصري. في طيف الأشعة تحت الحمراء، ظهرت رابطة C=N عند 1619 سم⁻¹. في الوقت نفسه، احتفظ طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (¹H-NMR) بإشارات متعددة لبروتونات عطرية عند 7.78-8.66 جزء في المليون وبروتونات SH عند 3.31 جزء في المليون (انظر القسم التجريبي).
يتفاعل كلوريد الأكريلويل 4 مع 1,2-ديامينوبنزين، و2-أمينوثيوفينول، وحمض الأنثرانيليك، و1,2-ديامينوإيثان، والإيثانولامين كـ 1,4-ثنائي نيوكليوفيلات لتشكيل أنظمة غير متجانسة جديدة (13-16).
تم تأكيد بنية هذه المركبات المُصنّعة حديثًا بواسطة التحليل الطيفي والعنصري (انظر القسم التجريبي). تم الحصول على مشتق 2-هيدروكسي فينيل أكريلاميد 17 من خلال تفاعله مع 2-أمينوفينول ككاشف ثنائي النواة (الشكل 6)، وتم تأكيد بنيته بواسطة التحليل الطيفي والعنصري. أظهر طيف الأشعة تحت الحمراء للمركب 17 ظهور إشارات C=O وC≡N عند 1681 و2226 سم⁻¹ على التوالي. في الوقت نفسه، احتفظ طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (¹H-NMR) بإشارة أحادية لبروتون الأوليفين عند 9.19 جزء في المليون، وظهر بروتون OH عند 9.82 جزء في المليون (انظر القسم التجريبي).
أدى تفاعل كلوريد الحمض 4 مع أحد النيوكليوفيلات (مثل الإيثيل أمين، و4-تولويدين، و4-ميثوكسي أنيلين) في الديوكسان كمذيب وثلاثي إيثيل أمين كمحفز عند درجة حرارة الغرفة إلى تكوين مشتقات أكريلاميد بلورية خضراء 18 و19a و19b. وقد أكدت البيانات العنصرية والطيفية للمركبات 18 و19a و19b بنية هذه المشتقات (انظر القسم التجريبي) (الشكل 7).
بعد فحص النشاط المضاد للميكروبات لمركبات اصطناعية مختلفة، تم الحصول على نتائج متباينة كما هو موضح في الجدول 1 والشكل 8 (انظر ملف الشكل). أظهرت جميع المركبات المختبرة درجات متفاوتة من التثبيط ضد بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) موجبة الغرام، بينما أظهرت بكتيريا الإشريكية القولونية سالبة الغرام مقاومة كاملة لجميع المركبات. يمكن تقسيم المركبات المختبرة إلى ثلاث فئات بناءً على قطر منطقة التثبيط ضد MRSA. كانت الفئة الأولى هي الأكثر نشاطًا وتضمنت خمسة مركبات (6، 7، 10، 13ب، و14). كان قطر منطقة التثبيط لهذه المركبات قريبًا من 4 سم؛ وكان المركبان 6 و13ب هما الأكثر نشاطًا في هذه الفئة. أما الفئة الثانية فكانت متوسطة النشاط وتضمنت خمسة مركبات أخرى (11، 13أ، 15، 18، و19أ). تراوحت منطقة التثبيط لهذه المركبات بين 3.3 و3.65 سم، حيث أظهر المركب 11 أكبر منطقة تثبيط بقطر 3.65 ± 0.1 سم. في المقابل، احتوت المجموعة الأخيرة على ثلاثة مركبات (8 و17 و19ب) ذات أقل فعالية مضادة للميكروبات (أقل من 3 سم). يوضح الشكل 9 توزيع مناطق التثبيط المختلفة.
تضمنت دراسة النشاط المضاد للميكروبات للمركبات المختبرة تحديد الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) والحد الأدنى للتركيز القاتل (MBC) لكل مركب. تباينت النتائج بشكل طفيف (كما هو موضح في الجدولين 2 و3 والشكل 10 (انظر ملف الشكل))، حيث يبدو أن المركبات 7 و11 و13أ و15 قد أعيد تصنيفها كأفضل المركبات. وقد سجلت هذه المركبات أدنى قيم MIC وMBC (39.06 ميكروغرام/100 ميكرولتر). على الرغم من أن المركبين 7 و8 سجلا قيم MIC أقل (9.7 ميكروغرام/100 ميكرولتر)، إلا أن قيم MBC الخاصة بهما كانت أعلى (78.125 ميكروغرام/100 ميكرولتر). لذلك، اعتُبرا أضعف من المركبات المذكورة سابقًا. مع ذلك، كانت هذه المركبات الستة هي الأكثر فعالية من بين المركبات المختبرة، حيث كانت قيم MBC الخاصة بها أقل من 100 ميكروغرام/100 ميكرولتر.
كانت المركبات (10، 14، 18، و19ب) أقل فعالية مقارنةً بالمركبات الأخرى المختبرة، حيث تراوحت قيم تركيزها القاتل الأدنى (MBC) بين 156 و312 ميكروغرام/100 ميكرولتر. في المقابل، كانت المركبات (8، 17، و19أ) الأقل فعالية، إذ سجلت أعلى قيم لتركيزها القاتل الأدنى (MBC) (625، 625، و1250 ميكروغرام/100 ميكرولتر على التوالي).
أخيرًا، وفقًا لمستويات التحمل الموضحة في الجدول 3، يمكن تقسيم المركبات المختبرة إلى فئتين بناءً على آلية عملها: مركبات ذات تأثير مبيد للجراثيم (7، 8، 10، 11، 13أ، 15، 18، 19ب) ومركبات ذات تأثير مضاد للبكتيريا (6، 13ب، 14، 17، 19أ). ومن بينها، تُفضّل المركبات 7، 11، 13أ، و15، والتي تُظهر فعالية قاتلة بتركيز منخفض جدًا (39.06 ميكروغرام/100 ميكرولتر).
أظهرت عشرة من المركبات الثلاثة عشر التي تم اختبارها فعالية محتملة ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) المقاومة للمضادات الحيوية. لذا، يُوصى بإجراء المزيد من الفحوصات باستخدام المزيد من مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية (وخاصة العزلات المحلية التي تشمل البكتيريا الممرضة موجبة وسالبة الغرام) والخمائر الممرضة، بالإضافة إلى اختبارات السمية الخلوية لكل مركب لتقييم سلامته.
أُجريت دراسات المحاكاة الجزيئية لتقييم إمكانية استخدام المركبات المُصنّعة كمثبطات لبروتين ربط البنسلين 2أ (PBP2a) في المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA). يُعدّ PBP2a إنزيمًا رئيسيًا في عملية بناء جدار الخلية البكتيرية، ويؤدي تثبيطه إلى إعاقة تكوين جدار الخلية، مما يُفضي في النهاية إلى تحلل البكتيريا وموتها.¹ تُعرض نتائج المحاكاة في الجدول 4، وتُشرح بتفصيل أكبر في ملف البيانات التكميلية. تُظهر النتائج أن العديد من المركبات أظهرت ألفة ارتباط قوية مع PBP2a، لا سيما بقايا الأحماض الأمينية الرئيسية في الموقع النشط مثل Lys 273 وLys 316 وArg 298. كانت التفاعلات، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية والتراص π، مشابهة جدًا لتلك الخاصة بربيطة الكينازولينون المتبلورة (CCL)، مما يُشير إلى إمكانية استخدام هذه المركبات كمثبطات فعّالة.
أشارت بيانات الالتحام الجزيئي، إلى جانب معايير حسابية أخرى، بقوة إلى أن تثبيط PBP2a هو الآلية الرئيسية المسؤولة عن النشاط المضاد للبكتيريا الملحوظ لهذه المركبات. وكشفت درجات الالتحام وقيم الانحراف المعياري للجذر التربيعي (RMSD) عن قوة الارتباط واستقراره، مما يدعم هذه الفرضية. وكما هو موضح في الجدول 4، في حين أظهرت عدة مركبات قوة ارتباط جيدة، فقد سجلت بعض المركبات (مثل 7 و9 و10 و14) درجات التحام أعلى من الربيطة المتبلورة معها، مما يشير إلى أنها قد تتفاعل بقوة أكبر مع بقايا الموقع النشط لـ PBP2a. ومع ذلك، أظهر المركبان الأكثر نشاطًا بيولوجيًا، 6 و13b، درجات التحام أقل قليلاً (-5.98 و-5.63 على التوالي) مقارنةً بالربائط الأخرى. يشير هذا إلى أنه على الرغم من إمكانية استخدام نتائج الالتحام للتنبؤ بقوة الارتباط، إلا أن عوامل أخرى (مثل استقرار الليجاند والتفاعلات الجزيئية في البيئة البيولوجية) تلعب دورًا رئيسيًا في تحديد النشاط المضاد للبكتيريا. والجدير بالذكر أن قيم RMSD لجميع المركبات المُصنّعة كانت أقل من 2 أنغستروم، مما يؤكد أن وضعيات الالتحام الخاصة بها تتوافق بنيويًا مع هيئة ارتباط الليجاند المُتبلور معه، مما يدعم بشكل أكبر إمكانية استخدامها كمثبطات فعالة لبروتين PBP2a.
على الرغم من أن نتائج الالتحام وقيم RMS توفر تنبؤات قيّمة، إلا أن العلاقة بين هذه النتائج والنشاط المضاد للميكروبات ليست واضحة دائمًا للوهلة الأولى. فمع أن تثبيط PBP2a يُعتبر عاملًا رئيسيًا مؤثرًا في النشاط المضاد للميكروبات، إلا أن عدة اختلافات تشير إلى أن خصائص بيولوجية أخرى تلعب دورًا هامًا أيضًا. أظهر المركبان 6 و13b أعلى نشاط مضاد للميكروبات، حيث بلغ قطر منطقة التثبيط 4 سم، مع أدنى قيم للتركيز المثبط الأدنى (9.7 ميكروغرام/100 ميكرولتر) والتركيز القاتل الأدنى (78.125 ميكروغرام/100 ميكرولتر)، على الرغم من انخفاض نتائج الالتحام لديهما مقارنةً بالمركبات 7 و9 و10 و14. وهذا يشير إلى أنه على الرغم من أن تثبيط PBP2a يُسهم في النشاط المضاد للميكروبات، إلا أن عوامل أخرى مثل الذوبانية والتوافر الحيوي وديناميكيات التفاعل في البيئة البكتيرية تؤثر أيضًا على النشاط الكلي. يوضح الشكل 11 وضعيات ارتباط المركبين، مما يشير إلى أن كليهما، حتى مع درجات ارتباط منخفضة نسبيًا، قادران على التفاعل مع بقايا أساسية من بروتين PBP2a، مما قد يُساهم في استقرار مُركّب التثبيط. وهذا يُبرز أنه على الرغم من أن الالتحام الجزيئي يُقدّم رؤى مهمة حول تثبيط PBP2a، إلا أنه يجب مراعاة عوامل بيولوجية أخرى لفهم التأثيرات المضادة للميكروبات لهذه المركبات في الواقع العملي فهمًا كاملًا.
باستخدام البنية البلورية لبروتين PBP2a (معرف بنك بيانات البروتين: 4CJN)، تم إنشاء خرائط تفاعل ثنائية وثلاثية الأبعاد للمركبين الأكثر فعالية 6 و13b المرتبطين ببروتين ربط البنسلين 2a (PBP2a) لبكتيريا المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA). تقارن هذه الخرائط أنماط تفاعل هذه المركبات مع ربيطة الكينازولينون المتبلورة المشتركة (CCL) المعاد ربطها، مع تسليط الضوء على التفاعلات الرئيسية مثل الروابط الهيدروجينية، وتراص باي، والتفاعلات الأيونية.
لوحظ نمط مشابه للمركب 7، الذي أظهر درجة ارتباط عالية نسبيًا (-6.32) وقطر منطقة تثبيط مماثل (3.9 سم) للمركب 10. مع ذلك، كان تركيزه المثبط الأدنى (MIC) (39.08 ميكروغرام/100 ميكرولتر) وتركيزه القاتل الأدنى (MBC) (39.06 ميكروغرام/100 ميكرولتر) أعلى بكثير، مما يشير إلى أنه يتطلب تركيزات أعلى لإظهار تأثير مضاد للبكتيريا. هذا يوحي بأنه على الرغم من أن المركب 7 أظهر ألفة ارتباط قوية في دراسات الارتباط، إلا أن عوامل مثل التوافر الحيوي، والامتصاص الخلوي، أو غيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية قد تحد من فعاليته البيولوجية. على الرغم من أن المركب 7 أظهر خصائص مبيدة للبكتيريا، إلا أنه كان أقل فعالية في تثبيط نمو البكتيريا مقارنةً بالمركبين 6 و13ب.
أظهر المركب 10 فرقًا أكثر وضوحًا، حيث سجل أعلى درجة ارتباط (-6.40)، مما يشير إلى قوة ارتباطه ببروتين PBP2a. مع ذلك، كان قطر منطقة التثبيط (3.9 سم) مماثلًا للمركب 7، وكان تركيزه القاتل الأدنى (312 ميكروغرام/100 ميكرولتر) أعلى بكثير من المركبات 6 و7 و13b، مما يدل على ضعف فعاليته المبيدة للبكتيريا. يشير هذا إلى أنه على الرغم من دقة تنبؤات الارتباط، كان المركب 10 أقل فعالية في قتل بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) بسبب عوامل أخرى تحد من فعاليته، مثل الذوبانية، والاستقرار، أو ضعف نفاذية الغشاء البكتيري. تدعم هذه النتائج فهم أن تثبيط بروتين PBP2a يلعب دورًا رئيسيًا في النشاط المضاد للبكتيريا، ولكنه لا يفسر بشكل كامل الاختلافات في النشاط البيولوجي الملحوظة بين المركبات المختبرة. تشير هذه الاختلافات إلى ضرورة إجراء المزيد من التحليلات التجريبية والتقييمات البيولوجية المعمقة لفهم آليات العمل المضادة للبكتيريا بشكل كامل.
تُبرز نتائج الالتحام الجزيئي في الجدول 4 وملف البيانات التكميلية العلاقة المعقدة بين درجات الالتحام والنشاط المضاد للميكروبات. فعلى الرغم من أن المركبين 6 و13ب يمتلكان درجات التحام أقل من المركبات 7 و9 و10 و14، إلا أنهما يُظهران أعلى نشاط مضاد للميكروبات. وتشير خرائط تفاعلهما (الموضحة في الشكل 11) إلى أنهما، على الرغم من انخفاض درجات ارتباطهما، لا يزالان يُشكلان روابط هيدروجينية وتفاعلات تكديس π قوية مع بقايا أساسية من PBP2a، مما يُساهم في استقرار مُركب الإنزيم-المثبط بطريقة مفيدة بيولوجيًا. وعلى الرغم من انخفاض درجات الالتحام نسبيًا للمركبين 6 و13ب، فإن نشاطهما المُعزز المضاد للميكروبات يُشير إلى ضرورة مراعاة خصائص أخرى، مثل الذوبانية والاستقرار والامتصاص الخلوي، إلى جانب بيانات الالتحام عند تقييم إمكانية تثبيطهما. وهذا يُؤكد أهمية الجمع بين دراسات الالتحام والتحليل التجريبي المضاد للميكروبات لتقييم الإمكانات العلاجية للمركبات الجديدة بدقة.
تُبرز هذه النتائج أنه على الرغم من أن المحاكاة الجزيئية أداة فعّالة للتنبؤ بقوة الارتباط وتحديد آليات التثبيط المحتملة، إلا أنه لا ينبغي الاعتماد عليها وحدها لتحديد فعالية مضادات الميكروبات. تشير البيانات الجزيئية إلى أن تثبيط PBP2a عامل رئيسي يؤثر على النشاط المضاد للميكروبات، لكن التغيرات في النشاط البيولوجي تُشير إلى ضرورة تحسين خصائص فيزيائية وكيميائية وحركية دوائية أخرى لتعزيز الفعالية العلاجية. ينبغي أن تُركز الدراسات المستقبلية على تحسين التركيب الكيميائي للمركبين 7 و10 لتحسين التوافر الحيوي والامتصاص الخلوي، بما يضمن ترجمة تفاعلات المحاكاة القوية إلى نشاط مضاد للميكروبات فعلي. ستكون الدراسات الإضافية، بما في ذلك المقايسات الحيوية الإضافية وتحليل علاقة التركيب بالنشاط (SAR)، بالغة الأهمية لتعميق فهمنا لكيفية عمل هذه المركبات كمثبطات لـ PBP2a ولتطوير عوامل مضادة للميكروبات أكثر فعالية.
أظهرت المركبات المُصنّعة من كلوريد 3-(أنثراسين-9-يل)-2-سيانوأكريلويل 4 درجات متفاوتة من النشاط المضاد للميكروبات، حيث أظهرت عدة مركبات تثبيطًا ملحوظًا لبكتيريا المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA). وكشف تحليل العلاقة بين التركيب والنشاط (SAR) عن السمات التركيبية الرئيسية التي تُفسر فعالية هذه المركبات المضادة للميكروبات.
أثبت وجود مجموعتي الأكريلونيتريل والأنثراسين أهميته البالغة في تعزيز النشاط المضاد للميكروبات. فمجموعة النيتريل شديدة التفاعل في الأكريلونيتريل ضرورية لتسهيل التفاعلات مع البروتينات البكتيرية، مما يُسهم في الخصائص المضادة للميكروبات للمركب. وقد أظهرت المركبات التي تحتوي على كلٍ من الأكريلونيتريل والأنثراسين باستمرار تأثيرات أقوى مضادة للميكروبات. كما ساهمت الخاصية العطرية لمجموعة الأنثراسين في زيادة استقرار هذه المركبات، مما قد يُعزز نشاطها البيولوجي.
أدى إدخال الحلقات غير المتجانسة إلى تحسين فعالية العديد من المشتقات المضادة للبكتيريا بشكل ملحوظ. وعلى وجه الخصوص، أظهر مشتق البنزوثيازول 13b ومشتق الأكريل هيدرازيد 6 أعلى فعالية مضادة للبكتيريا، حيث بلغ قطر منطقة التثبيط حوالي 4 سم. وقد أظهرت هذه المشتقات غير المتجانسة تأثيرات بيولوجية أكثر وضوحًا، مما يشير إلى أن البنية غير المتجانسة تلعب دورًا رئيسيًا في التأثيرات المضادة للبكتيريا. وبالمثل، ساهمت مجموعة البيريميدينثيون في المركب 9، ومجموعة الثيوبيرازول في المركب 10، وحلقة التترازين في المركب 11 في الخصائص المضادة للبكتيريا لهذه المركبات، مما يؤكد أهمية التعديل غير المتجانس.
من بين المركبات المُصنّعة، برز المركبان 6 و13ب لفعاليتهما الممتازة كمضادات للبكتيريا. بلغ الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) للمركب 6 9.7 ميكروغرام/100 ميكرولتر، بينما بلغ الحد الأدنى للتركيز المبيد للبكتيريا (MBC) 78.125 ميكروغرام/100 ميكرولتر، مما يُبرز قدرته الفائقة على القضاء على المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA). وبالمثل، أظهر المركب 13ب منطقة تثبيط قطرها 4 سم وقيمًا منخفضة لكل من MIC وMBC، مما يؤكد فعاليته القوية كمضاد للبكتيريا. تُسلط هذه النتائج الضوء على الدور المحوري لمجموعتي الأكريلوهيدرازيد والبنزوثيازول الوظيفيتين في تحديد الفعالية البيولوجية لهذه المركبات.
في المقابل، أظهرت المركبات 7 و10 و14 نشاطًا مضادًا للبكتيريا متوسطًا، حيث تراوحت مناطق التثبيط من 3.65 إلى 3.9 سم. وقد تطلبت هذه المركبات تركيزات أعلى للقضاء على البكتيريا تمامًا، كما يتضح من قيم MIC وMBC المرتفعة نسبيًا. ورغم أن هذه المركبات كانت أقل نشاطًا من المركبين 6 و13ب، إلا أنها لا تزال تُظهر إمكانات مضادة للبكتيريا ملحوظة، مما يشير إلى أن دمج جزيئات الأكريلونيتريل والأنثراسين في الحلقة غير المتجانسة يُسهم في تأثيرها المضاد للبكتيريا.
تختلف المركبات في آليات عملها، فبعضها يمتلك خصائص مبيدة للبكتيريا، بينما يمتلك البعض الآخر تأثيرات مثبطة لنموها. المركبات 7 و11 و13أ و15 مبيدة للبكتيريا، وتتطلب تركيزات منخفضة للقضاء عليها تمامًا. في المقابل، المركبات 6 و13ب و14 مثبطة لنمو البكتيريا، ويمكنها تثبيط نمو البكتيريا بتركيزات منخفضة، ولكنها تتطلب تركيزات أعلى للقضاء عليها تمامًا.
بشكل عام، يُبرز تحليل العلاقة بين التركيب والنشاط أهمية إدخال جزيئات الأكريلونيتريل والأنثراسين والهياكل الحلقية غير المتجانسة لتحقيق فعالية مضادة للبكتيريا ذات تأثير كبير. تشير هذه النتائج إلى أن تحسين هذه المكونات التركيبية واستكشاف تعديلات إضافية لتحسين الذوبانية ونفاذية الأغشية قد يؤدي إلى تطوير أدوية أكثر فعالية مضادة للمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA).
تم تنقية جميع الكواشف والمذيبات وتجفيفها باستخدام الإجراءات القياسية (الجمهورية، مصر). حُددت نقاط الانصهار باستخدام جهاز غالينكامب الإلكتروني، وتم الإبلاغ عنها دون تصحيح. سُجلت أطياف الأشعة تحت الحمراء (سم⁻¹) في قسم الكيمياء، كلية العلوم، جامعة عين شمس، باستخدام أقراص بروميد البوتاسيوم (KBr) على مطياف FTIR من نوع Thermo Electron Nicolet iS10 (شركة Thermo Fisher Scientific، والتهام، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية).
تم الحصول على أطياف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (1H NMR) عند تردد 300 ميجاهرتز باستخدام مطياف GEMINI NMR (شركة GEMINI للتصنيع والهندسة، أنهايم، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) ومطياف BRUKER NMR بتردد 300 ميجاهرتز (شركة BRUKER للتصنيع والهندسة). استُخدم رباعي ميثيل سيلان (TMS) كمعيار داخلي مع ثنائي ميثيل سلفوكسيد مُدَوتَر (DMSO-d₆). أُجريت قياسات الرنين النووي المغناطيسي في كلية العلوم، جامعة القاهرة، الجيزة، مصر. أُجري التحليل العنصري (CHN) باستخدام محلل العناصر Perkin-Elmer 2400، وكانت النتائج المُتحصل عليها متوافقة بشكل جيد مع القيم المحسوبة.
تم تسخين مزيج من الحمض 3 (5 مليمول) وكلوريد الثيونيل (5 مل) في حمام مائي عند 65 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. أُزيل فائض كلوريد الثيونيل بالتقطير تحت ضغط منخفض. جُمع الناتج الصلب الأحمر واستُخدم دون مزيد من التنقية. نقطة الانصهار: 200-202 درجة مئوية، المردود: 88.5%. طيف الأشعة تحت الحمراء (KBr، ν، سم−1): 2224 (C≡N)، 1737 (C=O). طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (400 ميجاهرتز، DMSO-d6) δ (جزء في المليون): 9.26 (مفرد، 1H، CH=)، 7.27-8.57 (متعدد، 9H، تكوين حلقة عطرية غير متجانسة). طيف الرنين النووي المغناطيسي للكربون-13 (75 ميجاهرتز، DMSO-d6) δ (جزء في المليون): 115.11 (C≡N)، 124.82–130.53 (CH أنثراسين)، 155.34، 114.93 (CH=C–C=O)، 162.22 (C=O)؛ قياس الطيف الكتلي عالي الدقة (ESI) m/z [M + H]+: 291.73111. المحلل. القيم المحسوبة لـ C18H10ClNO (291.73): C، 74.11؛ H، 3.46؛ N، 4.80. القيم المقاسة: C، 74.41؛ H، 3.34؛ N، 4.66%.
عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، تم إذابة المركب 4 (2 مليمول، 0.7 غرام) في ديوكسان لا مائي (20 مل)، وأضيف هيدرات الهيدرازين (2 مليمول، 0.16 مل، 80%) قطرة قطرة مع التحريك لمدة ساعة واحدة. تم جمع المادة الصلبة المترسبة بالترشيح وإعادة بلورتها من الإيثانول للحصول على المركب 6.
بلورات خضراء، درجة انصهار 190-192 درجة مئوية، مردود 69.36%؛ طيف الأشعة تحت الحمراء (KBr) ν=3424 (NH)، 2228 (C≡N)، 1720 (C=O)، 1621 (C=N) سم⁻¹. طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (400 ميجاهرتز، DMSO-d6) δ (جزء في المليون): 9.3 (إشارة عريضة، H، NH، قابلة للتبادل)، 7.69-8.51 (متعددة، 18H، غير متجانسة عطرية)، 9.16 (أحادية، 1H، CH=)، 8.54 (أحادية، 1H، CH=)؛ القيمة المحسوبة لـ C33H21N3O (475.53): C، 83.35؛ H، 4.45؛ N، 8.84. القيمة المقاسة: C، 84.01؛ H، 4.38؛ N، 8.05%.
أذب المركب 4 (2 ملي مول، 0.7 غرام) في 20 مل من محلول الديوكسان اللامائي (يحتوي على بضع قطرات من ثلاثي إيثيل أمين)، ثم أضف فينيل هيدرازين/2-أمينوبيريدين (2 ملي مول) وحرك المزيج عند درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة وساعتين على التوالي. صب مزيج التفاعل في الثلج أو الماء وحمّضه بحمض الهيدروكلوريك المخفف. رشّح المادة الصلبة المنفصلة وأعد بلورتها من الإيثانول للحصول على المركب 7، ثم أعد بلورتها من البنزين للحصول على المركب 8.
بلورات خضراء، درجة انصهار 160-162 درجة مئوية، مردود 77%؛ طيف الأشعة تحت الحمراء (KBr، ν، سم−1): 3245 (NH)، 2222 (C≡N)، 1691 (C=O)، 1671 (C=O) سم−1. طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (400 ميجاهرتز، DMSO-d6): δ (جزء في المليون): 10.88 (مفرد، 1H، NH، قابل للتبادل)، 9.15 (مفرد، 1H، CH=)، 8.81 (مفرد، 1H، CH=)، 6.78-8.58 (متعدد، 23H، غير متجانس عطري)؛ القيمة المحسوبة لـ C42H26N4O2 (618.68): C، 81.54؛ H، 4.24؛ N، 9.06. تم العثور على: C، 81.96؛ H، 3.91؛ N، 8.91%.
تم إذابة المركب 4 (2 مليمول، 0.7 غرام) في 20 مل من محلول الديوكسان اللامائي (يحتوي على بضع قطرات من ثلاثي إيثيل أمين)، ثم أضيف إليه 2-أمينوبيريدين (2 مليمول، 0.25 غرام)، وخُلط المزيج عند درجة حرارة الغرفة لمدة ساعتين. صُب مزيج التفاعل في ماء مثلج، وحُمض بحمض الهيدروكلوريك المخفف. رُشح الراسب المتكون، وأُعيد بلورته من البنزين، مما أعطى بلورات خضراء من المركب 8 بنقطة انصهار تتراوح بين 146 و148 درجة مئوية، ونسبة مردود 82.5%؛ طيف الأشعة تحت الحمراء (KBr) ν: 3148 (NH)، 2222 (C≡N)، 1665 (C=O) سم−1. طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (400 ميجاهرتز، DMSO-d6): δ (جزء في المليون): 8.78 (مفرد، H، NH، قابل للتبادل)، 9.14 (مفرد، 1H، CH=)، 7.36-8.55 (متعدد، 13H، هتروأروماتية)؛ القيم المحسوبة لـ C23H15N3O (348.38): C، 79.07؛ H، 4.33؛ N، 12.03. القيم المقاسة: C، 78.93؛ H، 3.97؛ N، 12.36%.
تم إذابة المركب 4 (2 مليمول، 0.7 غرام) في 20 مل من الديوكسان الجاف (يحتوي على بضع قطرات من ثلاثي إيثيل أمين و2 مليمول من الثيوريا/سيميكاربازيد) وسُخّن تحت التكثيف الارتجاعي لمدة ساعتين. ثم بُخّر المذيب تحت فراغ. أُعيدت بلورة المتبقي من الديوكسان للحصول على خليط.