Erforschung der Metaboliten von Nitrofuranen SAS10 aus endophytischen Pilzen in Mangrovenwäldern
Mangrovenwälder leben in einer rauen Umgebung mit hohen Temperaturen, hohem Salzgehalt, geringem Sauerstoffgehalt, wassergesättigtem Boden, Gezeitenschwankungen, starken Winden und Wellen und bieten Pilzen, Bakterien und anderen Mikroorganismen einzigartige Lebensräume. Pilze, die aus Mangroven stammen, produzieren aufgrund ihres einzigartigen Lebensumfelds neuartige und hochaktive Sekundärmetaboliten und haben einen wichtigen Beitrag zur Entdeckung von Leitverbindungen wie verschiedenen entzündungshemmenden Medikamenten, neuartigen Antibiotika, Antimykotika und Krebsmedikamenten geleistet. Aspergillus fumigatus ist ein saprophytischer Nährpilz, der hauptsächlich den Boden bewohnt. Er ist das häufigste pathogene Bakterium der invasiven Aspergillose, und seine Sporen und einige Stoffwechselbestandteile werden leicht durch die Luft übertragen, um Infektionen der menschlichen Lunge zu verursachen, wie z. B. pilzbedingtes allergisches Asthma, variante reaktive bronchopulmonale Aspergillose und invasive pulmonale Aspergillose. Die Gattung Aspergillus ist weltweit verbreitet und zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an das Überleben, eine starke Vermehrungsfähigkeit und vielfältige Stoffwechselprodukte aus. Laut Literaturberichten wurden zwischen 2006 und 2016 mehr als 220 Sekundärmetaboliten mit guter Aktivität aus Aspergillus niger isoliert. Zu den wichtigsten Metaboliten gehören Polyketidverbindungen, Diketopiperazinderivate, Alkaloide, Aflatoxine und Chinolinderivate. Unter ihnen haben dimere Naphthopyranon-Verbindungen eine mäßige antibakterielle Aktivität gegen verschiedene pathogene Bakterien, weisen eine gewisse hemmende Aktivität gegen verschiedene Krebszellen auf und haben auch mutagene, antioxidative und ähnliche enzymhemmende Aktivitäten. Vorläufige Studien unserer Forschungsgruppe haben gezeigt, dass der endophytische Pilz Aspergillus fumigatus SAS10 aus den Mangrovenpflanzen im Dongzhaigang-Naturreservat in der Provinz Hainan bei der Fermentation und Kultivierung von Reis reich an Metaboliten ist. In früheren Studien wurden 5 Pyranonverbindungen und 2 Esterverbindungen aus diesem Stamm gewonnen. Auf der Grundlage früherer Arbeiten werden in diesem Artikel die chemische Zusammensetzung und die antibakterielle Aktivität von Metaboliten aus der Reisfermentation weiter untersucht, um Leitverbindungen mit einzigartigen Strukturen und signifikanter antibakterieller Aktivität zu entdecken.

 

Unsere Forschungsgruppe untersuchte die chemische Zusammensetzung von Sekundärmetaboliten aus dem endophytischen Pilz Aspergillus fumigatus SAS10 in Mangroven. Mithilfe verschiedener Trennungs-, Reinigungs- und Identifizierungstechniken extrahierten und isolierten wir sieben dimere Naphthopyranonverbindungen und ein Naphthopyranon-Winkelmonomer aus der Fermentationsbrühe. Bei allen Verbindungen handelte es sich um neu gemeldete Sekundärmetaboliten des endophytischen Pilzes Aspergillus fumigatus aus Mangroven im Südchinesischen Meer, was eine neue Quelle für die Gewinnung dimerer Naphthopyranonverbindungen darstellt. Aufgrund der Struktur der Verbindungen und damit zusammenhängender Untersuchungen vermuten wir, dass ihr Biosyntheseweg der Essigsäure-Malonsäure-Weg ist (siehe Abbildung 2). Sieben Acetyl-CoA-Moleküle können eine Reihe von Reaktionen durchlaufen, um lineare Naphthopyranon-Stammkerne (wie die Verbindungen 8 und 11) und eckige Naphthopyranon-Stammkerne (wie die Verbindungen 9 und 10) zu erhalten. Dann wird unter der Einwirkung von Gip1-verwandten Enzymen ein Elektron an der Hydroxylgruppe des Naphthopyranon-Monomers entfernt, um ein gebundenes freies Sauerstoffradikal zu bilden. Nach der Elektronenumlagerung im konjugierten System wird der Kohlenstoff am Monomer aktiviert, und die beiden kohlenstoffaktivierten Monomere werden allein oder miteinander zu den Dimeren 1-7 verbunden.

Literaturberichten zufolge weist diese Art von Verbindung eine gute antibakterielle und antitumorale Aktivität auf. Die Verbindungen 1 und 4 zeigten eine gewisse hemmende Wirkung auf menschliche Bauchspeicheldrüsenkrebszellen PANC-1, Brustkrebszellen MDA-MB-231, menschliche Dickdarmkrebszellen Caco-2 und Eierstockkrebszellen SK-OV-3. Unter ihnen zeigten die Verbindungen 1 eine starke Zytotoxizität für PANC-1-Zellen mit einem IC50-Wert von 8,25 ± 2,20 μ M; 2. 6 und 8 haben gute antibakterielle (Bacillus subtilis, Escherichia coli und Pseudomonas fluorescens) und antimykotische (Pseudomonas aeruginosa und Candida albicans) Aktivitäten, wobei 2 Paare von Bacillus subtilis und Pseudomonas fluorescens MHKs von 1,9 μ g/mL aufweisen (positive Kontrollen waren Penicillin: 0.78 μ g/mL) und 6 Paare aus Pseudomonas fluorescens und Trichophyton rubrum mit MHKs von 7,8 μ g/mL (Positivkontrollen waren Penicillin: 0,78 μ g/mL und Ketoconazol: 3,9 μ g/mL); 1. 4, 6 und 7 zeigten schwache antibakterielle Wirkungen gegen Candida albicans, Escherichia coli und Staphylococcus aureus (die Positivkontrolle für Erstere war Amphotericin B, während die Positivkontrolle für die beiden Letzteren Ampicillin-Natrium war). Unsere antibakterielle Aktivität zeigt, dass die Verbindungen 1-8 unterschiedlich stark gegen Staphylococcus aureus, Escherichia coli und zwei Arten von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus hemmen. Unter ihnen hat Verbindung 6 eine IC50 von 32,42 μ g/ml gegen Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA N315). Darüber hinaus ist die hemmende Aktivität dimerer Naphthopyranone gegen Staphylococcus aureus (S. aureus ATCC 29213) und zwei Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA N315 und MRSA NCTC 10442) generell stärker als die der linearen Naphthopyranon-Monomere. Die antibakterielle Aktivität von dimeren Naphthopyranonverbindungen mit unterschiedlichen Konfigurationen (linear und eckig) variiert ebenfalls in gewissem Maße. In Zukunft werden wir die antibakterielle Struktur-Wirkungs-Beziehung von dimeren Naphthopyranon-Verbindungen eingehend erforschen und so den Grundstein für die Entwicklung dieser neuen Art von antibakteriellen Wirkstoffen legen.