Forskning i metabolitter af nitrofuraner SAS10 fra endofytiske svampe i mangroveskove
Mangroveskove lever i barske miljøer med høj temperatur, høj saltholdighed, lavt iltindhold, vandmættet jord, tidevandsbevægelser, stærk vind og bølger, hvilket giver unikke levesteder for svampe, bakterier og andre mikroorganismer. Svampe fra mangrover producerer nye og meget aktive sekundære metabolitter på grund af deres unikke livsmiljø, og de har ydet et vigtigt bidrag til opdagelsen af vigtige stoffer som forskellige antiinflammatoriske lægemidler, nye antibiotika, svampemidler og lægemidler mod kræft. Aspergillus fumigatus er en saprofytisk næringssvamp, der hovedsageligt lever i jord. Det er den mest almindelige patogene bakterie af invasiv aspergillose, og dens sporer og nogle metaboliske komponenter overføres let gennem luften for at forårsage humane lungesygdomsinfektioner, såsom svampeallergisk astma, variant reaktiv bronkopulmonal aspergillose og invasiv pulmonal aspergillose. Aspergillus-slægten er udbredt over hele verden med stor overlevelsesevne, stærk forplantningsevne og mange forskellige metabolitter. Ifølge litteraturrapporter blev mere end 220 sekundære metabolitter med god aktivitet isoleret fra Aspergillus niger fra 2006 til 2016. De vigtigste metabolitter omfatter polyketidforbindelser, diketopiperazinderivater, alkaloider, aflatoksiner og kinolinderivater. Blandt dem har dimeriske naphthopyranonforbindelser moderat antibakteriel aktivitet mod forskellige patogene bakterier, udviser en vis hæmmende aktivitet mod forskellige kræftceller og har også mutagene, antioxidante og relaterede enzymhæmmende aktiviteter. Vores forskningsgruppes indledende undersøgelser har vist, at den endofytiske svamp Aspergillus fumigatus SAS10 fra mangroveplanterne i Dongzhaigang Nature Reserve, Hainan-provinsen, er rig på metabolitter under risfermentering og -dyrkning. Tidligere undersøgelser har opnået 5 pyranonforbindelser og 2 esterforbindelser fra denne stamme. På baggrund af tidligere arbejde fortsætter denne artikel med at dykke ned i den kemiske sammensætning og antibakterielle aktivitet af risfermenteringsmetabolitter for at opdage ledende forbindelser med unikke strukturer og betydelig antibakteriel aktivitet.

 

Vores forskningsgruppe undersøgte den kemiske sammensætning af sekundære metabolitter fra den endofytiske svamp Aspergillus fumigatus SAS10 i mangrover. Ved hjælp af forskellige separations-, oprensnings- og identifikationsteknikker ekstraherede og isolerede vi syv dimere naphthopyranonforbindelser og en naphthopyranonvinkelmonomer fra fermenteringsbouillonen. Alle forbindelser var nyligt rapporterede sekundære metabolitter fra den endofytiske svamp Aspergillus fumigatus i mangrover i det sydkinesiske hav, hvilket giver en ny kilde til erhvervelse af dimere naphthopyranonforbindelser. Baseret på forbindelsernes struktur og relateret forskning spekulerer vi i, at deres biosyntesevej er eddikesyre-malonsyre-vejen (se figur 2). Syv molekyler acetyl-CoA kan gennemgå en række reaktioner for at opnå lineære naphthopyranon-forældrekerner (såsom forbindelser 8 og 11) og kantede naphthopyranon-forældrekerner (såsom forbindelser 9 og 10). Derefter fjernes en elektron på hydroxylgruppen i naphthopyranonmonomeren under påvirkning af Gip1-relaterede enzymer for at danne et bundet frit oxygenradikal. Efter elektronomlejring i det konjugerede system aktiveres kulstoffet på monomeren, og de to kulstofaktiverede monomerer kobles til sig selv eller til hinanden for at danne dimer 1-7.

Ifølge litteraturrapporter udviser denne type forbindelse god aktivitet i antibakterielle og antitumor-aspekter. Forbindelserne 1 og 4 viste en vis hæmmende aktivitet på den humane bugspytkirtelkræftcelle PANC-1, brystkræftcellen MDA-MB-231, den humane tyktarmskræftcelle Caco-2 og æggestokkræftcellen SK-OV-3. Blandt dem viste forbindelser 1 stærk cytotoksicitet over for PANC-1-celler med en IC50-værdi på 8,25 ± 2,20 μ M; 2. 6 og 8 har gode antibakterielle (Bacillus subtilis, Escherichia coli og Pseudomonas fluorescens) og antifungale (Pseudomonas aeruginosa og Candida albicans) aktiviteter, hvor 2 par Bacillus subtilis og Pseudomonas fluorescens havde MIC'er på 1,9 μ g/mL (positive kontroller var penicillin: 0.78 μ g/mL), og 6 par af Pseudomonas fluorescens og Trichophyton rubrum med MIC'er på 7,8 μ g/mL (positive kontroller var penicillin: 0,78 μ g/mL og ketoconazol: 3,9 μ g/mL); 1. 4, 6 og 7 viste svage antibakterielle virkninger mod Candida albicans, Escherichia coli og Staphylococcus aureus (den positive kontrol for førstnævnte var amphotericin B, mens den positive kontrol for de to sidstnævnte var ampicillinnatrium). Vores antibakterielle aktivitet indikerer, at forbindelserne 1-8 har varierende grader af hæmmende aktivitet mod Staphylococcus aureus, Escherichia coli og to typer methicillinresistente Staphylococcus aureus. Blandt dem har forbindelse 6 en IC50 på 32,42 μ g/mL mod methicillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA N315). Derudover er den hæmmende aktivitet af dimerisk naphthopyranon mod Staphylococcus aureus (S. aureus ATCC 29213) og to methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA N315 og MRSA NCTC 10442) generelt stærkere end den for lineære naphthopyranonmonomerer. Den antibakterielle aktivitet af dimeriske naphthopyranonforbindelser med forskellige konfigurationer (lineære og kantede) varierer også til en vis grad. I fremtiden vil vi udføre dybdegående forskning i forholdet mellem den antibakterielle struktur og aktiviteten af dimere naphthopyranonforbindelser og lægge grunden til udviklingen af denne nye type antibakterielle midler.