Investigação de curcuminoides monocetônicos como agentes antibacterianos - Moraes, Graciele Ribeiro de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
Infecções bacterianas constituem um grande problema de saúde em todo o mundo, o qual é agravado pela resistência aos antibacterianos. A busca por novos agentes vem sendo um desafio e os produtos naturais têm sido fonte de descobertas de novas substâncias bioativas. A curcumina exibe destaque por suas propriedades terapêuticas, entretanto com algumas limitações em sua estrutura. Nesse contexto, a simplificação molecular pode conduzir análogos mais potente. Portanto, para esse trabalho, uma série de curcuminoides monocetônicos foram planejados, sintetizados, caracterizados e investigados contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas de importância clínica. Foram sintetizados 14 compostos, dentre eles 13 totalmente inéditos na literatura. Os análogos foram caracterizados por RMN de 1H e RMN de 13C, os valores de log Po/w foi entre 1,55 a 3,36, com grau de pureza de 95,9 a 99,0%, o que confirma que a estrutura planejada foi formada. Entre a série, o análogo GRM12 obteve ação de amplo espectro pois exibiu atividade contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas com valores de CIM de 3 a 60 µM. Outro fator importante foi a ação contra cepas resistentes, inclusive muitas delas, resistente a várias classes de antibióticos. O GRM12 exibiu uma CIM de 1 a 79 µM, valor igual ou próximo à tetraciclina, somente contra P. aeruginosa (ATCC 27453) o GRM12 foi fracamente ativo com uma CIM 1.000 µM. No estudo in silico, foi analisado padrões físico-químicos do GRM12, o que é crucial para molécula em fase experimental. Neste mesmo ensaio utilizamos a plataforma computacional (SwissTargetPrediction) para elucidar possíveis mecanismo de ação, no qual projetou forte interação com protease, enzima apagadora e quinase bacteriana. Com essa investigação esclarecemos pontos justificáveis a CIM tão baixo. No ensaio de permeação de membrana o GRM12 apresentou 75% de dano a membrana de S. aureus (ATCC 29213), o que pode associar ação desse análogo na ruptura da membrana bacteriana. Em teste de citotoxidade in vivo para Galleria mellonella, o GRM12 não demonstrou toxidade nas concentrações testadas, contribuindo no seguimento para outros ensaios. O biofilme é um mecanismo desafiador para inserção de antibióticos convencionais por decorrência da sua matriz muito bem organizada, tornando rígido a sua erradicação, entretanto o GRM12 foi capaz de inibir o biofilme formado em 50% contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas tendo uma ação bacteriostático contra a biomassa. Em contrapartida, a curva de morte bacteriana provocada pelo GRM12 foi igual ou menor aos fármacos, como vancomicina e tetraciclina, validando o GRM12 a um candidato promissor para futuros ensaios. Dentre a série de curcuminoides monocetônicos, outros compostos foram fortemente ativos. O GRM01, obteve atividade contra H. pylori (ATCC43526) com uma CIM 44 µM, GRM03 e GRM11 apresentaram atividade antibacteriana contra H. pylori (ATCC43526) e a cepa resistente MRSA (ATCC BAA44) com CIM entre 39 e 177 µM, respectivamente. Portanto, conclui-se que a simplificação molecular ocasionou curcuminoides ativos, corroborando o potencial da curcumina como um protótipo no planejamento de substância com competências antibacterianas. Um análogo com característica de amplo espectro em sua bioatividade e padrões mínimos predefinidos para viabilizar um futuro candidato a fármaco.

Bacterial infections are a major health problem worldwide, compounded by resistance to antibacterials. The search for new agents has been a challenge and natural products have been the origin of discoveries of new bioactive substances. Curcumin stands out for its therapeutic properties, but with some limitations in its structure. In this context, molecular simplification can lead to more potent analogues. Therefore, for this work, a series of monocarbonyl curcuminoids was designed, synthesized, characterized and investigated against Gram-positive and Gram-negative bacteria of clinical importance. The 14 compounds were synthesized, among them 13 completely unpublished in the literature. The1H NMR and 13C NMR characterized the analogs, and the log Po/w values were between 1.55 to 3.36, with a purity degree of 95.9 to 99.0%, which confirms that the structure plane was formed. Among the series, the GRM12 analog obtained broad-spectrum action, exhibiting activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria with MIC values from 3 to 60 µM. Another relevant factor was the action against resistant strains, including many of them, resistant to several classes of antibiotics. GRM12 exhibited a MIC of 1 to 79 µM, equal to or close to tetracycline, only against P. aeruginosa (ATCC 27453) was GRM12 weakly active with a MIC of 1000 µM. In the in silico study, physicochemical patterns of GRM12 were analyzed, which is crucial for a molecule in the experimental period. In this same assay, we used the computational platform (SwissTargetPrediction) to elucidate possible mechanisms of action, in which it projected a strong interaction with protease, eraser enzyme and bacterial kinase. With this investigation, we explain points that are justifiable for such a low MIC. In the membrane permeation test, GRM12 showed 75% damage to the membrane of S. aureus (ATCC 29213), which may associate the action of this analogue in the rupture of the bacterial membrane. In an in vivo cytotoxicity test for Galleria mellonella, GRM12 did not demonstrate toxicity at the tested concentrations, contributing to the follow-up of other assays. The biofilm is a challenging mechanism for the insertion of conventional antibiotics due to its very well organized matrix, making its eradication rigid, however, the GRM12 was able to inhibit the biofilm formed by 50% against Gram-positive and Gram-negative bacteria having a bacteriostatic action against biomass. In contrast, the bacterial death curve caused by GRM12 was equal to or lower than drugs such as vancomycin and tetracycline, validating GRM12 as a promising candidate for future trials. Among the series of monocarbonyl curcuminoids, other compounds were strongly active. GRM01, showed activity against H. pylori (ATCC43526) with a MIC 44 µM, GRM03 and GRM11 showed antibacterial activity against H. pylori (ATCC43526) and the MRSA resistant strain (ATCC BAA44) with MIC between 39 and 177 µM, respectively. Therefore, it is concluded that molecular simplification leads to active curcuminoids, corroborating the potential of curcumin as a prototype in the design of a substance with antibacterial competencies. An analog with a broad spectrum characteristic in its bioactivity and predefined minimum standards to enable a future drug candidate.
Investigation of monocarbonyl curcuminoids as antibacterial agents
Keywords: Curcumina; Curcuminoides; Síntese; Antibacteriano; Membrana bacteriana; Antibiofilme; Citotoxidade; Curcumin; Curcuminoid; Synthesis; Antibacterial; Bacterial membrane; Antibiofilm; Cytotoxicity