Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,831

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ 4-АМИНОПИРАЗОЛОВ НА РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ

Любяшкин А.В. 1 Ефимов В.В. 1 Бондарь П.Н. 1 Алаудинова Е.В. 1 Субоч Г.А. 1 Товбис М.С. 1
1 ФГБОУ ВО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева»
При многолетнем применении различных бактерицидных и фунгицидных средств для обработки растений наблюдается приспособляемость возбудителей болезней к таким препаратам. Данную проблему невозможно решить без синтеза новых, ранее неизвестных соединений, и изучения их биологической активности. Поэтому поиск новых методов синтеза органических соединений, получение веществ, которые до сих пор не были синтезированы ни в нашей стране, ни за рубежом, доказательство их строения и изучение свойств, в том числе проявления биологической активности, является актуальной задачей. Известен ряд гетероароматических соединений, проявляющих антибактериальную активность. К ним относятся различные производные замещенных пиразолов и аминопиразолов. Все эти соединения обладают достаточно широким спектром биологического действия. В настоящей работе приведены данные по получению ранее не известных 3-алкоксиметил-4-аминопиразолов с фенильным и 2-нафтильным заместителями. Аминопиразолы получали восстановлением соответствующих 4-нитрозопиразолов гидразингидратом на катализаторе палладий на угле концентрацией 0,7 % в дихлорметане. Индивидуальность полученных веществ определяли методом тонкослойной хроматографии. Строение было доказано современными физико-химическими методами анализа. Изучено влияние полученных 4-аминопиразолов на рост бактериальных тест-культур Escherichia coli, Pseudomonas spp., Staphylococcus aureus MSSA, Staphylococcus aureus MRSA и грибов рода Trichoderma asperellum и Mucor hiemalis. Установлена бактерицидная активность 4-аминопиразолов в концентрации 10 mg/ml по отношению к тест-культуре E. coli. По отношению к тест-культуре Pseudomonas spp 3-алкоксиметил-4-амино-пиразолы в концентрации 0,54–35 mg/ml обладают бактериостатическим действием. На рост бактериальных культур S. aureus MSSA и S. aureus MRSA 4-аминопиразолы с арильными заместителями не оказывают влияния. В то же время 4-аминопиразолы ингибируют рост грибов рода Mucor hiemalis, но не оказывают влияния на рост грибов рода Trichoderma asperellum.
защита растений
4-аминопиразол
алкоксиметилпиразол
биологическая активность
бактерицидные препараты
фунгицидные препараты
Escherichia coli
Staphylococcus aureus MSSA
Staphylococcus aureus MRSA
Pseudomonas spp.
Mucor hiemalis
Trichodermа asperellum
1. Ефимов В.В. Получение 4-амино-3-метил-5-(2-нафтил)-1н-пиразола и его ацильных производных // Вестник Казанского технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 15. – С. 15–16.
2. Любяшкин А.В. Синтез этоксиметилнитрозопиразолов // ЖОрХ. – 2015. – Т. 51, № 4. – С. 607–608.
3. Любяшкин А.В. Синтез новых алкоксиметилзамещенных 4-амино-1н-пиразолов и их ацилирование // ЖОрХ. – 2016. – Т. 52, Вып. 10. – С. 1531–1532.
4. Панина Н.Б. Применение комплекса средств защиты растений для профилактики грибных болезней посадочного материала хвойных пород в лесных питомниках // Актуальные проблемы лесного комплекса. – 2005. – № 10. – С. 119–121.
5. Погорельский И.П. Фитопатогенные псевдомонады как этиологический агент бактериозов сеянцев хвойных: выделение и характеристика биологических свойств // Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства. – 2007. – № 1. – С. 344–345.
6. Alka Chauhan. Pyrazole: A Versatile Moiety // International Journal of ChemTechResearch. – 2011. – Vol. 3, № 1. – P. 11–17.
7. Bondock S. Synthesis and antimicrobial activity of some new thiazole, thiophene and pyrazole derivatives containing benzothiazole moiety // Eur. J. Med. Chem. – 2010. – № 10. – P. 3692–3701.

В лесах Красноярского края сосредоточены продуктивные насаждения хвойных, в том числе и хозяйственноценной породы – сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). В процессе индивидуального развития древесные виды постоянно подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов окружающей среды. Одним из важнейших факторов, определяющих состояние лесов, являются бактериальные и грибковые заболевания, которые могут быть причиной гибели лесных насаждений. Однако основная проблема связана не столько с поражением многолетних растений, сколько с отпадом сеянцев, в частности хвойных пород, при их выращивании в лесопитомниках, что делает экономически неоправданным получение посадочного материала [5].

Фитопатогенные бактерии и грибы вызывают некрозы и хлорозы хвои, бактериальный ожог хвои и стволиков, сосудистый бактериоз, почернение и усыхание верхушечных почек и оснований хвои и стволиков, образование опухоли у прикорневой шейки, увядание и полегание всходов при поражении корневой системы.

Основным способом защиты семенного и посадочного материала хвойных пород от болезней в лесных питомниках является обработка фунгицидными и бактерицидными препаратами. Одним из отрицательных аспектов этого способа является приспособляемость возбудителей болезней к таким препаратам при многолетнем их применении; кроме этого, в результате мутаций появляются новые, не чувствительные к действующим веществам, но столь же активные виды патогенов. В связи с этим крайне актуальной является задача расширения спектра перспективных малотоксичных фунгицидов и бактерицидов для борьбы с болезнями растений, а также апробация действия новых соединений на широко распространенных в природе возбудителях болезней [4].

В представленной работе приведены данные по синтезу новых 4-амино-3-алкоксиметилпиразолов с фенильным и 2-нафтильным заместителями. Известно, что различные производные аминопиразолов обладают сильным бактерицидным и фунгицидным действием [6, 7]. Это позволяет предполагать наличие бактерицидной и фунгицидной активности и у новых, не синтезированных ранее производных аминопиразолов. Изучено их влияние на рост бактериальных тест-культур – E. coli (Escherichia coli), Pseudomonas spp., S. aureus MSSA, S. aureus MRSA и грибов рода Trichoderma asperellum и Mucor hiemalis, что является не только актуальной научной задачей, но и необходимым условием разработки новых средств защиты растений.

Цель исследования

Изучение влияния производных 4-аминопиразолов с алкоксиметил и арильными заместителями на рост бактериальных тест-культур – E. coli, Pseudomonas spp., S. aureus MSSA, S. aureus MRSA и грибов рода Trichoderma asperellum и Mucor hiemalis.

Материалы и методы исследования

Объектом настоящего исследования стали 4-аминопиразолы, содержащие арильный и метильный или алкоксиметильный заместители. Соединения были синтезированы из нитрозопиразолов [2] по следующей схеме (рис. 1).

lub1.wmf

Рис. 1. Схема получения производных 4-аминопиразолов

Аминопиразолы получали восстановлением нитрозопиразолов гидразингидратом на катализаторе палладий на угле концентрацией 0,7 % в дихлорметане. В результате выделяли белые кристаллические вещества, растворимые в этиловом спирте, диметилсульфоксиде и нерастворимые в воде.

Ход реакций и чистоту соединений контролировали методами тонкослойной хроматографии на пластинах Sorbfil марки ПТСХ-АФ-В (Россия) в системе «этилацетат-толуол» (1:3); пятна детектировали в ультрафиолетовом свете. Строение всех синтезированных соединений было доказано современными физико-химическими методами анализа [1, 3].

Исследования антибактериальной активности на тест-культурах E. coli, штамм ATСС 25822, чувствительный к антибиотикам, S. aureus MSSA (Staphylococcus aureus, штамм 209 Р, чувствительный золотистый стафилокок) и Staphylococcus аureus MRSA (Метициллин – резистентный стафилококк) для соединений 1–5 (см. рис. 1) проводились в лаборатории на кафедре микробиологии (Красноярский государственный медицинский университет им. профессора Войно-Ясенецкого) методом серийных разведений. Двукратное разведение соединений в объеме 1 мл готовили на дистиллированной воде. В каждую пробирку с растворенным 4-аминопиразолом вносили по 0,1 мл взвеси испытуемых тест-культур, приготовленных из 18-часовых агаровых культур по стандарту мутности 0,5 макфарланда. Пробирки инкубировали при 37 °С. Высев производили через 24 часа на сектора штрихом в чашки с мясопептонным агаром. Учет результатов производили по наличию и характеру роста культур на питательной среде. Концентрация 4-аминопиразолов составляла 10–12 мг/мл (5*10-2 моль/л).

Определение антибактериальной активности на тест-культуре Pseudomonas spp. для 3-метил-4-амино-5-(2-нафтил)-1-Н-пиразола проводили в микробиологической лаборатории кафедры химической технологии древесины и биотехнологии (Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева). Двукратное разведение соединений в объеме 4 мл готовили в диметилформамиде (ДМФА) и дистиллированной воде. В каждую пробирку с растворенным 4-аминопиразолом вносили по 0,1 мл взвеси испытуемой тест-культуры, приготовленной из 18-часовых агаровых культур по стандарту мутности 0,5 макфарланда. Пробирки инкубировали при 33 °С в течение 24 часов. Концентрация изучаемого 4-аминопиразола составляла 35 мг/мл (16*10-2 моль/л).

Исследование антифунгальной активности соединений 1–5 проводили на грибах рода Trichoderma asperellum и Mucor hiemalis методом лунок в лаборатории микробиологии кафедры химической технологии древесины и биотехнологии (Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева). В стерильные чашки Петри разливалась стерильная питательная среда «сусло-агар». После застывания на твердую агаровую пластинку делался посев тест-организма газоном. Чашки подсушивались в термостате при 37 °С в течение 15–20 минут. Далее в толще агаровой пластинки стерильным пробочным сверлом диаметром 10 мм делались лунки, вырезая агаровые блоки и удаляя из чашки с помощью стерильного скальпеля. В лунки пипеткой вносились различные концентрации раствора (7–150 мг/мл) аминопиразолов в диметилсульфоксиде (ДМСО) в количестве 0,2 мл. В качестве контроля использовался чистый ДМСО. Посевы инкубировали в термостате при температуре 30 °С в течение 7 суток с тремя повторениями. Степень антибиотической активности учитывали по диаметру зоны подавления роста тест-культуры в мм.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования влияния новых производных 4-аминопиразолов на рост бактерий приведены в табл. 1.

Таблица 1

Влияние 4-аминопиразолов на рост бактерий

Соединение

R

R’

Концентрация, мг/мл

E. coli

S. aureus MSSA

S. aureus MRSА

Pseudomonas spp

1

2-naphtyl

Me

40

+

 

20

+

 

10

+

 

2

2-naphtyl

OMe

40

+

 

20

+

 

10

+

 

3

2-naphtyl

OEt

40

+

+/–

20

+

+/–

10

+

+/–

0.5

     

+/–

4

Ph

OMe

40

+

 

20

+

 

10

+

 

5

Ph

OEt

40

+

+/–

20

+

+/–

10

+

+/–

0,5

     

+/–

Было установлено, что синтезированные соединения 1–5 обладают выраженным бактерицидным действием по отношению к тест-культуре E. coli, полностью подавляя её рост в пробирках с растворенным аминопиразолом. Высев тестируемых образцов из пробирок на питательную среду также подтвердил отсутствие роста тест-культуры.

При изучении влияния 3-этоксиметил-4-амино-5-(2-нафтил)-1-Н-пиразола (соединеие 3) и 3-этоксиметил-4-амино-5-фенил-1-Н-пиразола (соединение 5) на рост тест-культуры Pseudomonas spp выявлено, что через 24 ч инкубирования рост бактерий в пробирках с растворенным пиразолом концентрацией 0,54 мг/мл и выше визуально не наблюдался. С целью выяснения наличия бактерицидного действия синтезированных пиразолов из пробирок, содержащих исследуемое вещество с концентрациями более 0,54 мг/мл (от 0,54 до 35 мг/мл) производили высев на сектора штрихом в чашки с мясопептонным агаром. Результаты учитывали по наличию и характеру роста культур. Как показал эксперимент, при всех используемых концентрациях в чашках наблюдался рост тест-культуры. Следовательно, 3-этоксиметил-4-аминопиразолы с 2-нафтильным и фенильным заместителями в отношении тест-культуры Pseudomonas spp обладает только бактериостатическим действием.

Влияние 4-аминопиразолов с арильными и алкоксиметильными заместителями (соединения 1–5) на рост бактериальных культур S. aureus MSSA и S. aureus MRSA обнаружено не было.

Результаты эксперимента на антифунгальную активность 3-метил-4-амино-5-(2-нафтил)-1-Н-пиразола (соединение 1) и 3-этоксиметил-4-амино-5-(2-нафтил)-1-Н-пиразола (соединения 3) показали, что грибы рода Trichoderma asperellum резистентны к данным соединениям, поскольку зоны подавления роста гриба в чашках отсутствовали (рис. 2).

lub2.tif

Рис. 2. Влияние аминопиразолов 1, 3 на рост грибов рода Trichoderma asperellum

lub3a.tif lub3b.tif

Рис. 3. Влияние аминопиразолов 1 (слева) и 2 (справа) на рост грибов рода Mucor hiemalis

В свою очередь, все новые 4-аминопиразолы в различных концентрациях оказали ярко выраженное ингибирующее действие на рост грибов рода Mucor hiemalis (рис. 3). Данные по исследованию антифунгальной активности синтезированных аминопиразолов сведены в табл. 2.

Таблица 2

Влияние 4-аминопиразолов на рост грибов

Cоединение

R

R’

Концентрация, мг/мл

Подавление роста Mucor hiemalis, %

Подавление роста Trichodermа asperellum, %

1

2-naphtyl

Me

250

51

0

125

34

0

62

32

 

31

23

0

2

2-naphtyl

OMe

30

85

 

15

66

 

7

60

 

3

2-naphtyl

OEt

30

88

0

15

71

0

7

64

0

4

Ph

OMe

80

65

 

40

50

 

20

42

 

5

Ph

OEt

80

100

 

40

76

 

20

63

 

Выводы

В результате проведенных исследований была выявлена отчетливо выраженная бактерицидная активность новых производных 4-аминопиразолов с арильными и алкоксиметильными заместителями по отношению к тест-культуре Escherichia coli.

Показано, что по отношению к тест-культуре Pseudomonas spp новые производные 4-аминопиразолов в концентрации 0,54 мг/мл и выше обладают лишь бактериостатическим действием, а на рост бактерий S. aureus MSSA S. aureus MRSА влияния не оказывают.

Установлено, что все новые синтезированные производные 4-аминопиразолов не оказывают ингибирующего действия на грибы рода Trichoderma asperellum, но в то же время подавляют рост грибов рода Mucor hiemalis, причем наличие в молекуле алкоксигруппы увеличивает данное биологическое действие.


Библиографическая ссылка

Любяшкин А.В., Ефимов В.В., Бондарь П.Н., Алаудинова Е.В., Субоч Г.А., Товбис М.С. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ 4-АМИНОПИРАЗОЛОВ НА РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 5. – С. 12-16;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36447 (дата обращения: 08.02.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685