Examination of xanthone's derivatives activity against Klebsiella pneumoniae clinical strains

Istotnym problemem klinicznym związanym z dziedziną mikrobiologii jest oporność bakterii na stosowane w praktyce klinicznej antybiotyki. Pojawienie się szczepów wielolekoopornych znacznie ograniczyło możliwości terapeutyczne. Z tego powodu poszukuje się substancji, które byłyby aktywne wobec wielolekoopornych szczepów bakteryjnych, przy stosunkowo niskich stężeniach tych związków. Przebadano aktywność 56 pochodnych ksantonu wobec 18 klinicznych szczepów Klebsiella pneumoniae pochodzących ze Szpitala Rydygiera oraz z Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. Wśród tych szczepów były zarówno szczepy posiadające mechanizmy oporności na antybiotyki, a także szczepy na nie wrażliwe. Szczep wzorcowy Klebsiella pneumoniae ATCC 700603 stanowił dodatnią kontrolę mechanizmu oporności ESBL. Badane związki zostały zsyntetyzowane w Zakładzie Chemii Bioorganicznej Wydziału Farmaceutycznego Collegium Medicum UJ pod kierunkiem prof. Henryka Marony. Pierwszy etap badań obejmował ocenę jakościową aktywności wszystkich badanych związków, użytych w stężeniu 10 mg/ml, wobec 18 szczepów Klebsiella pneumoniae. Analizę wykonano przy użyciu metody dyfuzyjno - krążkowej według Kirby Bauer. Potwierdzono aktywność 6 spośród 56 badanych związków (kryterium aktywności to średnica strefy zahamowania wzrostu większa lub równa 8 mm dla co najmniej jednego szczepu Klebsiella pneumoniae). Były to związki o numerach: 51/10, 55/10, 115/12, 116/12, 131/12 i 132/12. Wrażliwość na co najmniej jedną pochodną ksantonu potwierdzono dla 6 szczepów klinicznych o numerach p3115/1/9, p241/2/10, p541/1/10, ZMF 14, ZMF 22 i ZMF 28. Szczepy te posiadały mechanizmy oporności na antybiotyki. Nie wykazano aktywności pochodnych ksantonu wobec żadnego z badanych szczepów Klebsiella pneumoniae wrażliwego na antybiotyki.Drugi etap badań (badanie ilościowe) miał na celu oznaczenie minimalnego stężenia hamującego wzrost bakterii (MIC) dla trzech najbardziej aktywnych związków (51/10, 115/12 i 116/12). Oznaczenie przeprowadzono przy użyciu metody dyfuzyjno – krążkowej, z zastosowaniem roztworów wybranych związków w następujących stężeniach: 10 mg/ml, 7,5 mg/ml, 5 mg/ml, 2,5 mg/ml, 1 mg/ml, 0,5 mg/ml. Wartości MIC dla badanych pochodnych ksantonu zawierały się w przedziale 2,5 – 10 mg/ml. Analizując wyniki badań jakościowych i ilościowych potwierdzono ich wzajemną korelację. Oznacza to, że najniższe wartości MIC odnotowano dla związków, które wykazały największą aktywność w badaniu jakościowym (związki 115/12 i 116/12). Analiza struktury aktywnych pochodnych ksantonu wobec klinicznych szczepów Klebsiella pneumoniae wykazała, że obecność grupy metoksylowej w pozycji 6 oraz nierozgałęzionego łańcuch alkilowego przyłączonego do aminy wpłynęła znacząco na aktywność przeciwbakteryjną związków. Udowodniono, że na wzrost tej aktywności wpłynęło także umiejscowienie podstawników przyłączonych do rdzenia ksantonu. Nie potwierdzono wpływu atomu fluorowca przyłączonego w pozycji 6 na wzrost aktywności przeciwbakteryjnej. Należy podkreślić, że w badaniach opisanych w niniejszej pracy, wrażliwość na pochodne ksantonu wykazały jedynie szczepy Klebsiella pneumoniae z grupy opornych na antybiotyki. Szczepy z grupy niewrażliwych na antybiotyki nie wykazywały wrażliwości na żadną z badanych pochodnych ksantonu. Na tej podstawie można przypuszczać, że mechanizmy oporności bakterii na antybiotyki, takie jak ESBL, AmpC czy OXA, występujące w przebadanej grupie szczepów Klebsiella pneumoniae, nie mają związku z opornością tych szczepów na pochodne ksantonu. Przeprowadzone badania nad aktywnością 56 pochodnych ksantonu wobec szczepów Klebsiella pneumoniae miały charakter skriningowy, których celem była wstępna ocena możliwości zastosowania tych związków po odpowiednich modyfikacjach jako leków przeciwbakteryjnych.Important clinical problem connected with microbiology is antimicrobial resistance. The appearance of multidrug resistant bacteria strains made treatments of them much less effective. Therefore, new substances are sought which would be active againts the multidrug resistant strains in low concentrations.Activity of 56 xanthone's derivatives was examined against 18 clinical Klebsiella pneumoniae strains which came from Rydygier's Hospital and University Children Hospital in Kraków. Both samples included both antibiotic resistant and antibiotic sensitive strains. Control Klebsiella pneumoniae strain was ESBL resistance mechanizm control. Examined compounds were synthesized in Institute of Bioorganic Chemistry Department of Pharmacy in Collegium Medicum UJ under the supervision of Prof. Henryk Marona.The first stage aimed at qualitative analysis of the activity of all the compounds under scrutiny against Klebsiella pneumoniae strains. The analysis was performed with the Kirby-Bauer's disc diffusion method. The concentration of the tested compounds was 10 mg/ml.Activity of 6 derivatives of the xanthone was confirmed (radius of the zone of inhibition was found to be larger than 8 mm for at least one strain). The numbers of the derivatives were 51/10, 55/10, 115/12, 116/12, 131/12 and 132/12. Susceptibility to at least one xanthone's derivative was confirmed for 6 clinical strains: p3115/1/9, p241/2/10, p541/1/10, ZMF 14, ZMF 22 and ZMF 28. All these strains had resistance against antibiotics. No activity of the xanthone's derivatives was confirmed against Klebsiella pneumoniae strains susceptible to antibiotics.The second stage meant to establish the minimum inhibitory concentration for the three most active compounds: 51/10, 115/12 and 116/12. The analysis was performed using the disc diffusion method using the selected compounds with concentrations of 10 mg/ml, 7.5 mg/ml, 5 mg/ml, 2.5 mg/ml, 1 mg/ml and 0.5 mg/ml. MIC values for the tested derivatives laid in the range from 2.5 to 10 mg/ml. It was also noted, that the most active compounds in the qualitative analysis also had lowest MIC values (115/12 and 116/12).The performed analysis showed that the antibacterial activity of the xanthone's derivatives against Klebsiella pneumoniae was strongly influenced by a methoxy group at position 6 and a linear alkyne chain attached to the amine. This activity has also been proven to be amplified by the positions of the functional groups attached to the xanthone's core. The analysis of the activity of 56 xanthone's derivatives against Klebsiella pneumoniae strains had the screening character and was meant to provide initial assesment of the possibility of further use as antibacterial drugs