Evaluation of clinical sensitivity strains Staphylococcus epidermidis on selected xanthone derivatives

Staphylococcus epidermidis, obok Staphylococcus aureus, jest jednym z najczęściej izolowanych z zakażeń gatunkiem bakterii powodującym infekcje wśród pacjentów hospitalizowanych. Szczególnie narażeni na zakażenie są chorzy cewnikowani,z endoprotezami, zastawkami serca czy portami naczyniowymi. Obecnie Staphylococcus epidermidis uważa się za najczęstszy czynnik etiologiczny szpitalnych posocznic. Wśród izolatów pochodzących od pacjentów coraz częściej występuje oporność na dotychczas stosowane antybiotyki. Aby umożliwić efektywną terapię zakażeń o etiologii Staphylococcus epidermidis konieczne jest ciągłe poszukiwanie nowych, skutecznych leków.Przebadano aktywność 56 pochodnych ksantonu wobec 14 szczepów klinicznych Staphylococcus epidermidis pobranych od pacjentów Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. Badane związki syntetyzowano w Zakładzie Chemii Bioorganicznej Katedry Chemii Organicznej Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum w Krakowie pod kierunkiem prof. Henryka Marony. Kontrolę procesu badawczego stanowiła równoległa ocena wrażliwości na te związki szczepu wzorcowego Staphylococcus aureus ATCC 25923.W badaniu jakościowym, mającym na celu wstępną ocenę aktywności badanych związków w stężeniu 10 mg/ml, posłużono się metodą dyfuzyjno-krążkową. Na podstawie wielkości stref zahamowania wzrostu bakterii potwierdzono aktywność 30 (53,57%) spośród 56 badanych związków wobec klinicznych szczepów Staphylococcus epidermidis. Wielkość strefy zahamowania wzrostu szczepów badanych wobec tych związków wynosiła ≥8 mm.Badanie ilościowe, mające na celu oznaczenie wartości minimalnego stężenia hamującego wzrost bakterii (MIC), przeprowadzono wykorzystując także metodędyfuzyjno-krążkową. Dokonano wyboru 8 związków o zwiększonej aktywności przeciwbakteryjnej o czym świadczyła strefa zahamowania wzrostu ≥ 10 mm dla co najmniej 6 szczepów. Badanie przeprowadzono wobec 4 szczepów klinicznych charakteryzujących się zwiększoną wrażliwością na badane związki (wielkość strefy zahamowania wzrostu ≥10 mm dla co najmniej 10 związków). Roztwory badanych związków przygotowano w sześciu stężeniach: 10 mg/ml, 7,5 mg/ml, 5 mg/ml, 2,5 mg/ml, 1 mg/ml i 0,5 mg/ml.Oznaczone wartości MIC dla badanych związków wynosiły od 1 mg/ml do 10 mg/ml. Stwierdzono, że związki, które w badaniu jakościowym cechowała największa aktywność wobec badanych szczepów posiadały także najniższe wartości MIC w badaniu ilościowym(HNM-244/12- 2,5 mg/ml, HNM-245/12- 1 mg/ml).Po przeanalizowaniu struktury chemicznej pochodnych ksantonu zauważono zależność pomiędzy budową strukturalną związku, a jego aktywnością. Obecnośćw cząsteczce badanego związku atomu chloru, drugorzędowej aminy oraz linkera2-hydroksypropoksylowego zwiększała jego aktywność przeciwbakteryjną. Najmniejszą aktywność spośród badanych związków wykazały pochodne ksantonu zawierające w swej budowie aminę trzeciorzędową czy układ piperazyny bez podstawnika chlorowcowego. Dla żadnego z badanych związków zawierających w swojej budowie układ piperazyny poddanych ocenie jakościowej nie zaobserwowano wielkości strefy zahamowania wzrostu ≥ 8 mm świadczącej o aktywności przeciw badanym szczepom Staphylococcus epidermidis.Przeprowadzone badania oceniające skuteczność przeciwbakteryjną pochodnych ksantonu miały charakter skriningowy, w których wstępnie oceniano perspektywy zastosowania pochodnych ksantonu jako leków przeciwbakteryjnych, po odpowiednich modyfikacjach.Staphylococcus epidermidis, next to Staphylococcus aureus, is one of the most commonly isolated from infection bacterial species causing infections of hospitalized patients. Particularly at risk of infection are patients requiring catheterization, with endoprostheses, prosthetic heart valves, or ports. At present, the Staphylococcus epidermidis is considered to be the most common etiologic agent of hospital sepsis. Among the isolates from patients, resistance to previously effective antibiotic is increasingly more common. To allow an use treatment of infection by this pathogen, it is necessary to continuously search for new effective drugs.The activity of 56 xanthone derivatives against 14 clinical strains of Staphylococcus epidermidis, obtained from patients University Children's Hospital, was tested. The tested compounds were synthesized in the Institute of Bioorganic Chemistry, Department of Organic Chemistry Department of Farmaceutical of the Jagiellonian University Medical College in Krakow under the guidance of Prof. Henryk Marona. Control of the research process was a parallel evaluation of susceptibility of the reference strain of Staphylococcus aureus ATCC 25923 to these compounds.The qualitative study aimed at preliminary assessment of the activity of the tested compounds at a concentration level of 10 mg/ml used disc diffusion method. On the basis of the zones of inhibition of bacterial growth, the activity of 30 (53.57%) of the 56 compounds tested against clinical strains of Staphylococcus epidermidis was confirmed. The size of the zone of growth inhibition of the strains tested against these compounds was ≥8 mm.The quantitative research aimed at the determination of minimum inhibitory concentration for bacterial growth (MIC) was carried out using quantitative disc diffusion method. 8 compounds with improved antibacterial activity, as evidenced by the zone of inhibition ≥ 10 mm for at least six strains, were selected. The study was carried out against four clinical strains characterized by an increased sensitivity to the tested compounds (the size of inhibition zone ≥10 mm for at least 10 compounds). The solutions of the tested compounds were prepared at six concentrations of 10 mg/ml, 7.5 mg/ml, 5 mg/ml, 2.5 mg/ml, 1 mg/ml and 0.5 mg/ml.The labeled MIC values for compounds tested ranged from 1 mg/ml to 10 mg/ml. It was found that the compounds which in the qualitative study were characterized by the greatest activity against the strains tested also had the lowest values of MIC(HNM-244/12- 2.5 mg/ml, HNM-245/12- 1 mg/ml).After analyzing the chemical structure of the xanthone derivatives, the relationship between the structure of the compound and its activity was noted. The presence of the chlorine atom, a secondary amine and 2-hydroxypropoxy group in the molecule of the tested compound most likely increases its antimicrobial activity. The lowest activity of the tested compounds showed xanthone derivatives containing a tertiary amine or piperazine without halogen substituent. For none of the tested compounds containing the piperazine system evaluated qualitatively, there was no inhibition zone sizes ≥ 8 mm providing an activity against the tested strains of Staphylococcus epidermidis.The study evaluating the antimicrobial efficacy of xanthone derivatives had the character of screening, in which prospects for applying the xanthone derivatives as antibacterial drugs after modyfications were pre-assessed