New anti-candida active nitrogen-containing bisphosphonates as inhibitors of farnesyl pyrophosphate synthase Candida albicans

In our previous work, a number of new nitrogen-containing bisphosphonates (N-BPs) with high predicted and experimental antifungal activity were presented as potential Candida albicans farnesyl pyrophos­phate synthase (FPPS) inhibitors. To confirm this hypothesis, a homologous C. albicans FPPS model with high-quality scores has been developed and used in present work to study the molecular mechanism of nit­rogen-containing bisphosphonates action as anti-Candida agents. The known FPPS inhibitors ammonium 2-(Pyridin-2-ylamino)ethylidene-1,1-bisphosphonate, risedronate and alendronate were used in molecular docking analysis. The molecular docking analysis of the new N-BPs demonstrated a number of common features of all ligand’s interaction in the active center of FPPS C. albicans. It is established that the ligands phosphonate groups are the key elements in the formation of the stable ligand-protein complexes with binding energy in a range (ΔG) from –6.6 to –7.1 kcal/mol due to a significant number of electrostatic, hydrogen and metal-acceptor bonds. It is confirmed that the new studied N-BPs 1 and 3 with high anti-Candida activity are FPPS inhibitors

Вплив нових потенційних фунгістатичних агентів на деякі функції клітин крові людини

Erythrocytes and neutrophilic leukocytes of human blood have been used as biosensors for in vitro screening of new biologically active functionally substituted oxazoles and nitrogen-containing bisphosphonates with the known fungistatic activity. It has been found that none of the compounds under research do not reveal the hemolytic action in the reaction of osmotic hemolysis of human red blood cells. For all compounds tested the erythrocyte sedimentation rate is changed. The functionally substituted oxazoles decreased the reaction rate approximately by 70%, and nitrogen-containing bisphosphonates increased it approximately by 30%. The reactivity found can indicate high affinity of the compounds studied to erythrocyte membranes adrenoreceptors. It can be used for characteristics and prediction of a number of other potential effects of the antimycotical compounds tested.According to the NBT-test the functionally substituted oxazoles are activators of the antimicrobial potential of neutrophilic leukocytes and can be considered as potential stimulators of nonspecific human immunity reactivity. The experimental data obtained significantly expand the range of biological effects of the fungistatic compounds synthesized and confirm perspectiveness of their further study as antimycotic agents. In vitro screening with the use of human blood cells as biosensors is an important part of potential drugs research and can be recommended for testing new biologically active compounds with the known biological activity.Для in vitro скрининга новых биологически активных функционально замещенных оксазолов и азотсодержащих бисфосфонатов с известной фунгистатической активностью использовали как биосенсоры эритроциты и лейкоциты крови человека. Установлено, что ни одно из соединений не проявило гемолитического действия в реакции осмотического гемолиза эритроцитов крови. Все исследованные соединения достоверно изменяли скорость оседания эритроцитов – функционально замещенные оксазолы снижали скорость реакции приблизительно на 70%, а азотсодержащие бисфосфонаты увеличивали – приблизительно на 30%. Установленная реактивность может свидетельствовать о высокой тропности исследуемых соединений к адренорецепторам мембраны клеток. Данная активность может быть использована для характеристики и прогнозирования ряда других потенциальных эффектов изученных соединений-антимикотиков. Результаты НСТ-теста свидетельствуют о том, что функционально замещенные оксазолы являются активаторами антимикробного потенциала нейтрофильных лейкоцитов крови и могут рассматриваться как потенциальные стимуляторы реакционной способности неспецифического иммунитета человека. Полученные экспериментальные данные существенно расширяют спектр биологических эффектов синтезированных соединений-фунгистатиков и подтверждают перспективность их дальнейшего изучения как потенциальных антимикотических средств. Cкрининг in vitro с использованием как биосенсоров клеток крови человека является важной частью исследования потенциальных лекарственных средств и может быть рекомендован для исследования новых биологически активных соединений с известной биологической активностью.Для in vitro скринінгу нових біологічно активних функціонально заміщених оксазолів та азотовмісних бісфосфонатів з відомою фунгістатичною активністю використовували як біосенсори еритроцити та лейкоцити крові людини. Встановлено, що жодна з досліджуваних сполук не виявила гемолітичної дії у реакції осмотичного гемолізу еритроцитів крові. Всі сполуки достовірно змінювали швидкість осідання еритроцитів крові – функціонально заміщені оксазоли знижували реакцію приблизно на 70%, а азотовмісні бісфосфонати збільшували приблизно на 30%. Встановлена реактивність може свідчити про високу тропність досліджуваних сполук до адренорецепторів мембрани клітин. Дана активність може бути використана для характеристики та прогнозування ряду інших потенційних ефектів сполук-антимікотиків, що вивчалися. Результати НСТ-тесту свідчать, що функціонально заміщені оксазоли є активаторами антимікробного потенціалу нейтрофільних лейкоцитів крові і можуть розглядатися як потенційні стимулятори реакційної здатності неспецифічного імунітету людини. Отримані експериментальні дані суттєво розширюють спектр біологічних ефектів синтезованих сполук-фунгістатиків і підтверджують перспективність їх подальшого вивчення як потенціальних антимікотичних засобів. Скринінг in vitro з використанням як біосенсорів клітин крові людини є важливою частиною дослідження потенційних лікарських засобів і може бути рекомендований для тестування нових біологічно активних сполук з відомою біологічною активністю

Протигрибкова активність і цитотоксичність лізосомотропних детергентів на основі похідних імідазолу та морфоліну

Background. The spread of infectious diseases caused by drug-resistant bacteria and fungi, especially nosocomial strains, is currently considered a serious medical problem. It is known that the fungus Candida albicans is the most common causative agent of candidal infection, including the severe type. The emergence and rapid formation of drug resistance, as a risk factor in the treatment of oncological diseases burdened by candidal infection, requires new therapeutic approaches, including the study of synthetic bioregulators with antifungal and anticancer efficacy. Objective. To synthesize and to determine the antifungal activity and cytotoxicity of imidazole- and morpholine-based lysosomotropic detergents (LDs) comprising both dodecyl radicals and ester-functionalized long alkyl chains. Methods. To develop the QSAR models by the OCHEM platform, machine learning methods such as Transformer Convolutional Neural Network (Trans-CNN), Transformer Convolutional Neural Fingerprint (TransCNF), and Random Forest (RF) were used. Imidazole- and morpholine-based lysosomotropic detergents comprising both dodecyl radicals and ester-functionalized long alkyl chains were synthesized and characterized by 1H Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. The antifungal properties of studied compounds were estimated by the disc diffusion method against the С. albicans ATCC 10231, С. albicans, С. glаbrata and С. krusei clinical isolates. The in vitro cytotoxic activity of LDs was evaluated by IC50 value against the throat cancer HEp-2 cell lines. AutoDock Vina software was used for the evaluation of the synthesis compounds as ligands of several antifungal targets. Results. The identified and synthesized imidazole- and morpholine-based LDs showed high antifungal potential against all Candida spp., specifically against the fluconazole-resistant С. albicans, С. glаbrata, and С. krusei clinical isolates. Imidazole-based LD 1 (IM-C12) and morpholine-based LD 4 (Mor-C12) were the most active against tested fungal strains. Molecular docking results suggest that the antifungal mechanisms of the compounds may be related to the inhibition of fungal lanosterol 14-demethylase. The cytotoxic results of the synthesized compounds against the HEp-2 cell line demonstrated that morpholine-based LDs are less cytotoxic compared to imidazole-based. Conclusions. It was found that LD IM-C12 (1) is the most promising cytostatic and antifungal agent based on the obtained results. LDs IM-CH2COOC10 (2) and Mor-C12 (4), which, under conditions of chemical modification, including through the carbon chain, may also be interesting for developing potential anticancer agents.Проблематика. Поширення інфекційних захворювань, викликаних лікарсько-стійкими бактеріальними та грибковими штамами, особливо нозокоміальними, є серйозною проблемою сучасної медицини. Відомо, що гриб Candida albicans є найпоширенішим збудником кандидозної інфекції, в т.ч. важкої форми. Виникнення та швидке формування лікарської резистентності як фактора ризику при лікуванні онкологічних захворювань, обтяжених кандидозною інфекцією, потребує нових терапевтичних підходів, зокрема вивчення синтетичних біорегуляторів із протигрибковою та протипухлинною ефективністю. Мета. Cинтез і дослідження протигрибкової активності та цитотоксичності лізозомотропних детергентів (ЛД) на основі похідних імідазолу та морфоліну, що містять як додецильні радикали, так і складноефірні функціональні довгі алкільні ланцюги. Методика реалізації. Для розробки QSAR-моделей за допомогою платформи OCHEM було використано методи машинного навчання Transformer Convolutional Neural Network (Trans-CNN), Transformer Convolutional Neural Fingerprint (Trans-CNF) та Random Forest (RF). Лізосомотропні детергенти на основі похідних імідазолу та морфоліну, що містять як додецильні радикали, так і складноефірні функціональні довгі алкільні ланцюги, були синтезовані й охарактеризовані за допомогою спектроскопії ядерного магнітного резонансу. Протигрибкові властивості досліджених сполук визначали диско-дифузійним методом щодо С. albicans ATCC 10231 і клінічних ізолятів С. albicans, С. glabrata та С. krusei. Цитотоксичну дію ЛД оцінювали in vitro за показником IC50 проти лінії ракових клітин гортані людини HEp-2. Програмне забезпечення AutoDock Vina було використано для оцінки синтезованих сполук як лігандів кількох протигрибкових мішеней. Результати. Ідентифіковані та синтезовані ЛД на основі похідних імідазолу та морфоліну виявили високий протигрибковий потенціал проти всіх видів Candida, зокрема проти стійких до флуконазолу клінічних ізолятів С. albicans, С. glabrata та С. krusei. Встановлено, що ЛД 1 (ІМ-С12) на основі імідазолу та ЛД 4 (Моr-С12) на основі морфоліну виявилися найбільш активними щодо досліджуваних штамів грибів. Результати молекулярного докінгу свідчать, що протигрибкові механізми сполук можуть бути пов’язані з інгібуванням грибкової ланостерол 14α-деметилази. Результати цитотоксичних досліджень синтезованих сполук проти лінії ракових клітин HEp-2 продемонстрували, що ЛД на основі похідних морфоліну менш цитотоксичні порівняно з ЛД на основі похідних імідазолу. Висновки. Встановлено, що ЛД IM-C12 (1) є найбільш перспективним цитостатиком і протигрибковим засобом. ЛД IMCH2COOC10 (2) і Mor-C12 (4) за умов хімічної модифікації, в т.ч. вуглеводневого ланцюга, також можуть бути цікаві в напрямі розробки потенційних протиракових засобів

In silico and in vitro studies of a number PILs as new antibacterials against MDR clinical isolate <em>Acinetobacter baumannii.</em>

QSAR analysis of a set of previously synthesized phosphonium ionic liquids (PILs) tested against Gram-negative multidrug-resistant clinical isolate Acinetobacter baumannii was done using the Online Chemical Modeling Environment (OCHEM). To overcome the problem of overfitting due to descriptor selection, fivefold cross-validation with variable selection in each step of the model development was applied. The predictive ability of the classification models was tested by cross-validation, giving balanced accuracies (BA) of 76%-82%. The validation of the models using an external test set proved that the models can be used to predict the activity of newly designed compounds with a reasonable accuracy within the applicability domain (BA = 83%-89%). The models were applied to screen a virtual chemical library with expected activity of compounds against MDR Acinetobacter baumannii. The eighteen most promising compounds were identified, synthesized, and tested. Biological testing of compounds was performed using the disk diffusion method in Mueller-Hinton agar. All tested molecules demonstrated high anti-A. baumannii activity and different toxicity levels. The developed classification SAR models are freely available online at and could be used by scientists for design of new more effective antibiotics

Антибактеріальна активність 1-додецилпіридиній тетрафторборату та йогокомплексу включенняіз сульфобутиловим етером B-циклодекстрину протимультирезистентого штаму

Background.The bacterial pathogen Acinetobacter baumanniiis one of the most dangerous multi-drug-resistant (MDR) microorganisms, which causes numerous bacterial infections. Nowadays, there is an urgent need for new broad-spectrum antibacterial agents with specific molecular mechanisms of action. Long-chain 1-alkylpyridinium salts are efficient cationic biocides which can inhibit enzymes involved in the biosynthesis of bacterial fatty acids.Incorporating these compounds into inclusion complexes with cyclic oligosaccharide B-cyclodextrin can reduce their relatively high acute toxicity.Objective. The aim of this research was to develop new anti-A.baumanniiagents based on hydrophobic 1-alkylpyridinium salt and its inclusion complex with sulfobutyl ether B-cyclodextrin (SBECD). Methods. Hydrophobiccationic biocide 1-dodecylpyridinium tetrafluoroborate (PyrC12-BF4) and its inclu-sion complex with SBECD have been synthesized. The structure of the SBECD/PyrC12-BF4complex was characterized by 1H Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, as well as UV spectroscopy. In vitroanti-bacterial activity of the synthesized compounds was estimated against MDR clinical isolates of A. baumanniiusing standard disc diffusion method. Acute toxicity studies were performed on Daphnia magnamodel hydro-biont.Molecular docking was performed using the crystal structure of the A.baumannii3-oxoacyl-[acyl-carrier-protein] reductase(FabG).Проблематика. Бактеріальний патоген Acinetobacterbaumanniiє одним із найнебезпечніших антибіотикорезистентних мікро-організмів, який спричиняє численні інфекційні захворювання. Сьогодні існує гостра необхідність у розробцінових антибактеріальних агентів зіспецифічним анти-A. baumanniiмеханізмом дії. Довголанцюгові солі 1-алкілпіридинію належать до ефективних катіонних біоцидів, які є потенційними інгібіторами ензимів, залучених у біосинтез бактеріальних жирних кислот. Для зменшеннятоксичності цих сполук можуть бути використані їх синтезовані комплекси включення з циклічним олігосахаридом –B-цикло-декстрином.Мета. Метою цієї роботибуло отримання нових антибактеріальних агентів, ефективних проти A.baumannii, на основі гідрофоб-ної солі 1-додецилпіридинію та її комплексу включення із сульфобутиловим етером B-циклодекстрину (SBECD). Методика реалізації. Синтезовано гідрофобний катіонний біоцид 1-додецилпіридиній тетрафторборат (PyrC12-BF4) та його ком-плекс включення з SBECD. Будову комплексуSBECD/PyrC12-BF4досліджено методами протонного магнітного резонансу таспектрофотометрії. Антибактеріальну активність синтезованих сполук вивчено invitroстандартним диско-дифузійним методом проти антибіотикорезистентних клінічних штамів-ізолятів A.baumannii. Гостру токсичність сполук визначали на прісноводному модельному гідробіонті Daphniamagna.Молекулярний докінгпроводили за використання кристалічної структури ферменту A.baumannii3-оксоацил-[ацил-носій-білок] редуктази (FabG)

Rational design of isonicotinic acid hydrazide derivatives with antitubercular activity: Machine learning, molecular docking, synthesis and biological testing.

The problem of designing new antitubercular drugs against multiple drug‐resistant tuberculosis (MDR‐TB) was addressed using advanced machine learning methods. As there are only few published measurements against MDR‐TB, we collected a large literature data set and developed models against the non‐resistant H37Rv strain. The predictive accuracy of these models had a coefficient of determination q2&nbsp;=&nbsp;.7&ndash;.8 (regression models) and balanced accuracies of about 80% (classification models) with cross‐validation and independent test sets. The models were applied to screen a virtual chemical library, which was designed to have MDR‐TB activity. The seven most promising compounds were identified, synthesized and tested. All of them showed activity against the H37Rv strain, and three molecules demonstrated activity against the MDR‐TB strain. The docking analysis indicated that the discovered molecules could bind enoyl reductase, InhA, which is required in mycobacterial cell wall development. The models are freely available online (http://ochem.eu/article/103868) and can be used to predict potential anti‐TB activity of new chemicals

QSAR studies and antimicrobial potential of 1,3-thiazolylphosphonium salts

The regression QSAR models were built to predict the antimicrobial activity of new thiazole derivatives. Compounds with high predicting activity were synthesized and evaluated against Gram-positive and Gram-negative bacteria and fungi. 1,3-Thiazole-4-ylphosphonium salts 4 and 5 displayed good antibacterial properties and high antifungal activity. The predictions are in a good agreement with the experiment results, which indicate the good predictive power of the created QSAR models