Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Պորֆիրինների նոր ածանցյալների հակամանրէային ակտիվության ուսումնասիրությունը

Պարոնյան, Մարինա Համլետի (2015) Պորֆիրինների նոր ածանցյալների հակամանրէային ակտիվության ուսումնասիրությունը. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ «Հայկենսատեխնոլոգիա» ԳԱԿ ՊՈԱԿ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (2454Kb) | Preview
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (872Kb)

      Abstract

      Возрастающее во всем мире число патогенных микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам, пробудил большой интерес к разработкам альтернативных антибактериальных стратегий [Demidova, Hamblin, 2004; Hamblin, Hasan, 2004; Maisch, 2007]. Количество пациентов, ежегодно умирающих от инфекций, вызванных такими полирезистентными бактерииями, как метициллин-резистентный штамм Staphylococcus aureus (MRSA), эквивалентно общему числу смертей от СПИДа, туберкулеза и вирусного гепатита [Boucher, Corey, 2008]. В связи с этим поиск новых эффективных антимикробных препаратов, не вызывающих устойчивость у микроорганизмов, является актуальным для медицины ХХI века.Одним из наиболее перспективных и инновационных подходов для уничтожения патогенов является фотодинамическая инактивация (ФДИ) микроорганизмов посредством фотосенсибилизаторов (ФС) [Wainwright, 1998; Grinholc et al., 2007; Hajim et al., 2010; Maisch et al., 2011; Kashef et al., 2012]. ФС – в основном порфирины, являются красителями природного или синтетического происхождения, которые под действием света способствуют генерации активных форм кислорода, приводящих к повреждению и гибели микроорганизмов. ФДИ обладает широким спектром действия по отношению к различным бактериям, грибам, вирусам и простейшим паразитам [Bachmann et al., 1995; Wainwrigh, 2004; Demidova, Hamblin, 2005; Akilov et al., 2006; Ferro et al., 2006; Fuchs et al., 2007; Gonzales et al., 2010; Schastak et al., 2010]. Повреждающее действие фотодинамического процесса обусловлено свободно-радикальными реакциями, поэтому развитие микробной устойчивости к ФДИ практически невозможно [Pedigo et al., 2009; Giuliani et al., 2010; Tavares et al., 2010]. Кроме того, в отличие от антибиотиков, действие ФС носит локальный характер, что позволяет избежать поражения нормальной микрофлоры вне зоны облучения [Странадко и др., 2000; Romanov et al., 2001; Segalla et al., 2002; Hamblin, Hasan, 2004; Wilson, 2004]. Одним из наиболее значимых показателей эффективности широко применяемых ФС является их способность генерировать образование синглетного кислорода – главного поражающего агента. В связи с этим возникает необходимость исследовать фотофизические свойства порфиринов и провести отбор подходящих ФС по критерию их способности генерировать синглетный кислород. Доставка ФС непосредственно до микроорганизмов и их накопление в/на клетках являются одними из центральных задач ФДИ. В последнее время с целью повышения эффективности и увеличения аккумуляции фотосенсибилизаторов в микроорганизмах активно используются наноконтейнеры [Koo et al., 2007; Perni et al., 2011]. Одним из подходов усиления эффективности ФДИ микроорганизмов является сорбция ФС (катионных порфиринов) на наночастицах, как из благородных металлов (золото и серебро), так и из природных минералов [Khlebtsov et al., 2013]. Бесконтрольное применение ядохимикатов с избирательным механизмом действия привело к опасному загрязнению почв фитопатогенными грибами, устойчивыми к фунгицидам [Mikanova, Simon, 2009; Соколов и др., 2010]. Несмотря на огромное количество работ, посвященных изучению действия порфиринов на пaтогенные микроорганизмы человека и животных, до сих пор отсутствуют литературные данные относительно их эффективности в борьбе с фитопатогенными микроорганизмами. Հանգուցային բառեր` ֆոտոսենսիբիլիզատորներ, պորֆիրինի ածանցյալներ, ֆոտոդինամիկ ինակտիվացում, հակաբակտերիալ ակտիվություն, սինգլետային թթվածին, նանոմասնիկներ, նանոկոմպոզիտներ, ֆիտոպաթոգեն սնկեր: Ատենախոսական աշխատանքը նվիրված է բնական և սինթետիկ պորֆիրինների նոր ածանցյալների համեմատական ուսումնասիրությանը Գրամ դրական և Գրամ բացասական բակտերիաների և գյուղատնտեսական մշակաբույսերի մոտ արմատի փտում առաջացնող սնկերի վրա, ինչպես նաև արծաթի ու ցեոլիտի նանոմասնիկների հետ այդ պորֆիրինների կոմպլեքսի առաջացմանը և միկրոօրգանիզմների վրա դրանց ազդեցության ուսումնասիրությանը: Մթնային պայմաններում E. coli К-12 շտամի վրա ունեցած ազդեցության հիման վրա 6 բնական և 11 սինթեզված պորֆիրինների ածանցյալներից ընտրվել են առավել բարձր հակաբակտերիալ ակտիվություն ցուցաբերածները: Հետազոտվել է տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերի և կենտրոնական մետաղի ատոմի դերը պորֆիրինների ածանցյալների հակաբակտերիալ ակտիվության վրա: Ցույց է տրվել, որ մթնային պայմաններում կենտրոնական մետաղի ատոմի՝ հատկապես արծաթի առկայությունը բնական և սինթետիկ պորֆիրինների ածանցյալների մոլեկուլում բարձրացնում է դրանց հակաբակտերիալ ակտիվությունը: E. coli К-12 վրա սինթետիկ պորֆիրինների ածանցյալների արդյունավետությունը բնական պորֆիրինների համեմատ 70 անգամ բարձր է: Տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերով սինթետիկ պորֆիրինների արծաթե կոմպլեքսների ազդեցության ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ բութիլ- և ալլիլ- հիդրոֆոբ խմբերի առկայությունը ОН-հիդրոքսիլ ծայր ունեցող օքսիէթիլ-խմբի համեմատությամբ 5 անգամ բարձրացնում է պորֆիրինների հակաբակտերիալ ակտիվության արդյունավետությունը: Հետազոտվող պորֆիրինների ածանցյալների մոտ ուսումնասիրվել են ֆլուորեսցենտային հատկությունները, որի հիման վրա որոշվել է սինգլետային թթվածնի քվանտային ելքը և ընտրվել են հեռանկարային տարբերակները: Բացահայտել է, որ Co կամ Ag կենտրոնական ատոմ պարունակող մետաղապորֆիրինները չունեն սեփական ֆլուորեսցենցիա՝ հետևաբար չեն կարող դրսևորել ֆոտոդինամիկ ակտիվություն: Ընտրված 6 սինթետիկ պորֆիրինների ածանցյալները՝ հատկապես Zn-մետաղապորֆիրինները օժտված են սինգլետային թթվածնի բարձր քվանտային ելքով և դրան համապատասխան բարձր ֆոտոդինամիկ ակտիվությամբ Գրամ բացասական և Գրամ դրական բակտերիաների նկատմամբ: Գրամ դրական բակտերիաների ինակտիվացման շեմը 2-3 անգամ ցածր է Գրամ բացասական բակտերիաների համեմատությամբ: Ցույց է տրվել, որ Zn-մետաղապորֆիրինները մետաղ չպարունակող անալոգների համեմատությամբ ցուցաբերում են 2-2,5 անգամ բարձր արդյունավետություն: Հետազոտվող կատիոնային սինթետիկ պորֆիրինները ցուցաբերում են մոտ 1000 անգամ բարձր ֆոտոդինամիկ ակտիվություն, քան անիոնային քլորին е6-ը և չեզոք Al-ֆտալոցիանինը: The thesis is devoted to a comparative study of the effect of new natural and synthetic porphyrin derivatives on Gram-positive and Gram-negative bacteria and plant pathogenic fungi that cause root rot in agricultural plants, as well as the study of the complexation of porphyrins with silver and zeolite nanoparticles and their effects on microorganisms. From 6 natural and 11 synthetic porphyrin derivatives were selected the porphyrins with the highest antibacterial activity against Gram-negative bacterium E. coli K-12 under the dark conditions (in vitro). The effect of various peripheral functional groups and the central metal atom on the antibacterial activity of porphyrin derivatives was studied. It is shown that the presence of the central metal atom, particularly of Ag in the molecule of synthetic and natural porphyrin derivatives enhances their antibacterial activity. Synthetic porphyrins compared to natural ones show 70 times higher efficiency towards E.coli K-12. Comparison of the efficacy of action of silver complexes of synthetic porphyrins with various peripheral functional groups shows that the presence of butyl- and allyl-hydrophobic groups leads to 5 times higher antibacterial activity than the oxyethyl-group, which contains a hydrophilic OH end. The fluorescent properties of porphyrin derivatives were studied, the quantum yields of singlet oxygen identified, and based thereon promising options were chosen. Metalloporphyrins containing Co or Ag as a central metal atom do not have their own fluorescence, therefore they can not reveal photodynamic activity. The selected 6 synthetic porphyrin derivatives, especially zinc complexes, have high quantum yields of singlet oxygen and, accordingly, high photodynamic activity towards Gram-negative and Gram-positive bacteria. The threshold for inactivation of Gram-positive bacteria is 2-3 times lower than for Gram-negative bacteria. It is shown that zinc complexes compared to their metal free analogs exhibit 2-2.5 times higher efficiency. The investigated cationic synthetic porphyrins exhibit a 1000-fold greater photodynamic activity than the anionic chlorine e6 and neutral Al-phthalocyanine. As a result of study of the effect of Ca2+ ions on photodynamic activity of Zn-TBut4PyP it was revealed that photoinactivation of bacteria (particularly Gram-negative), is determined by the efficiency of binding molecules of PS to target-cells. These data lead to the conclusion that the presence of the metal atom and hydrophobic groups in the porphyrin derivatives molecule contributes to a strong association with the cell wall of the bacteria causing a limited initial damage and penetration into the cell, and then the generated singlet oxygen kills cells.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Պորֆիրինների նոր ածանցյալների հակամանրէային ակտիվության ուսումնասիրությունը: Investigation of antimicrobial activity of porphyrin new derivatives.
      Uncontrolled Keywords: Պարոնյան Մարինա Համլետի, Paronyan Marina
      Subjects: Biology
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 16 Aug 2016 17:01
      Last Modified: 03 Oct 2016 10:48
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3113

      Actions (login required)

      View Item