Строение и биологическая активность вторичных метаболитов факультативных морских грибов рода Aspergillus

Актуальность проблемы. Исследование вторичных метаболитов морских грибов является относительно молодой, но быстро развивающейся областью биоорганической химии. Начиная с открытия цефалоспорина С, выделенного из культуры Cephalosporium sp. в 1949 году, и до 1992 года было описано только 15 метаболитов из морских грибов. Интенсивное изучение грибов микромицетов как источников биологически активных соединений было начато в начале двухтысячных годов. К настоящему времени описано более 1000 новых метаболитов из грибов, выделенных из морских объектов.

Морские грибы принято разделять на две группы: облигатные морские грибы — те, что растут и размножаются исключительно в морских и эстуарных местах обитания и факультативные морские грибы — те, что обитают в пресной воде или на суше, но могут расти (и возможно, размножаться) в морской среде. Было установлено, что физиологические и биохимические свойства морских грибов обусловлены влиянием таких специфических факторов среды обитания, как высокая концентрация солей, гидростатическое давление, низкие температуры, неравномерное распределение питательных веществ и специфические, истинно морские источники питания. Это предполагает наличие у морских грибов некоторых биохимических особенностей, обуславливающих биосинтез необычных по структуре и биологическому действию соединений. В настоящее время из морских грибов выделены мощные антивирусные соединения, антибиотики, эффективно подавляющие развитие возбудителей туберкулеза и метициллини ванкомицин-устойчивых штаммов Staphylococcus aureus, вещества, обладающие цитотоксической активностью в отношении различных типов опухолевых клеток.

Получение новых структурных вариантов биологически активных соединений из морских грибов, а также обнаружение высокопродуктивных продуцентов уже известных соединений, играющих важную экологическую роль в морском сообществе, являются основными факторами, которые поддерживают интерес к исследованию метаболитов морских грибов на высоком уровне.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являлось выделение и установление строения вторичных метаболитов факультативных морских грибов рода Aspergillus (семейство Ascomycetes).

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) провести отбор новых перспективных грибов-продуцентов рода Aspergillus;

2) выделить индивидуальные природные соединения из экстрактов изолятов отобранных грибов;

3) установить строение новых метаболитов;

4) провести структурную идентификацию известных ранее соединений;

5) исследовать биологическую активность выделенных соединений.

Научная новизна и практическая ценность работы. Из экстрактов изолятов трех штаммов морских грибов рода Aspergillus (A. carneus КММ 4638, A. sulphureus КММ 4640 и A. fumigatus КММ 4631) в результате хроматографического разделения были выделены 38 индивидуальных соединений различной химической природы. При помощи спектральных методов анализа и химических превращений установлено строение 14 новых соединений: 9 алкалоидов, 4 изопреноидов (включая меротерпеноиды) и 1 арил-С-гликозида. Идентифицированы структуры 24 ранее известных соединений, включая два метаболита, впервые выделенные из природных объектов.

Впервые исследована цитотоксическая активность и влияние на рост колоний опухолевых клеток некоторых метаболитов морских грибов. Впервые изучено действие ряда алкалоидов в отношении неспецифической эстеразы клеток карциномы Эрлиха, а также их действие на мультилекарственную устойчивость и индукцию раннего апоптоза в этих клетках.

Практическое значение данного исследования состоит в развитии методов выделения и установления строения новых природных низкомолекулярных метаболитов из морских грибов.

Из гриба Aspergillus sp., ассоциированного с мидией Mytilus edulis galloprovincialis (полуостров Ното, Японское море) выделена большая группа пренилированных индольных алкалоидов — нотоамиды A-R, структуры некоторых представлены ниже. Эти соединения являются дипренилированными производными цикло-Ь-пролил-L-триптофана. Один из пренильных остатков образует при замыкании 1,7-дигидропирано[2,3-я]индольную кольцевую систему. Среди них нотоамиды, А (8), В (9), N (10) и I (11), которые содержат бицикло[2,2,2]диазооктановый фрагмент, образующийся при замыкании второго пренильного остатка на дикетопиперазиновую систему [8−10]. Абсолютная конфигурация асимметрических центров соединений 8−11 была определена сравнением их КД спектров со спектром бревианамида В [11].

Нотоамиды С (12), М (13) и Q (14) содержат обратную пренильную группу при С-3 и карбонильную функцию при С-2 [8, 9, 12]. Абсолютная конфигурация асимметрических указывал на присутствие двух амидных карбонилов (<5С 156.4 и 162.6), одного sp2- (oc 149.9) и одного sp3- (oc 75.9) гибридизированных атомов углерода, связанных с кислородом, шести sp2- (oc 98.0, 115.5, 118.7,123.4, 129.4 и 145.8) и одного sp3- (Oc 57.3) гибридизированных атомов метановых групп наряду с сигналами одного sp2- (Sc 112.2) и трех sp3- (¿-с 30.8, 27.9 и 45.5) гибридизированных атомов метиленовых групп, шести sp2- (oc Ю4.5, 116.4, 123.2, 133.1, 134.9 и 140.4) и одного sp3- (oc 38.9) гибридизированных четвертичных атомов углерода.

Таблица 1 — Данные спектров ЯМР 'Н (CDC13, 700 МГц) и 13С (CDC13, 176 МГц) карнеамида, А (150).

Атом 8с. мульт. 5Н (J в Гц) НМВС NOESY.

1 (NH) 7.84, с 2, 3, 8, 9 7, 23, 24.

2 140.4, С.

3 104.5, С.

4 115.5, СН 7.09, с 3, 6, 7, 8, 9, 25 10, 11,25.

5 116.4,С.

6 149.9, С.

7 98.0, СН 6.73, с 5, 6, 8, 9 1.

8 134.9, С.

9 123.2, С.

10 30.8, СН2 а: 3.65, дд (3.6, 14.6) Ь: 3.18, дд (11.2, 14.6) 2,3,9,11,12 2,3,9,11,12 4, 11,23,24 4, 23, 24.

11 57.3, СН 4.50, д (9.7) 10, 12 4, 10, 19.

12 162.6, С.

14 45.5, СН2 4.07, м 15, 16, 17 15.

15 27.9, СН2 2.78, тд (3.0, 9.2) 14, 16, 17, 18 14, 16.

16 118.7, СН 6.14, т (3.0) 14, 15, 17, 18 15.

17 133.1,С.

18 156.4, С.

19 (NH) 5.69, с 12, 17 10, 11.

20 112.2, СН2 а: 5.17, дд (0.9, 10.0) Ь: 5.14, дд (0.9, 3.2) 2,21,22 2,21,22 21,23,24 21,23, 24.

21 145.8, СН 6.10, дд (10.0, 17.4) 2, 22, 23, 24 20, 23, 24.

22 38.9, С.

23 27.8, СНз 1.51,с 2, 20,21,22, 24 1, 10, 20,21.

24 27.9, СНз 1.52, с 2, 20,21,22, 23 1, 10, 20,21.

25 123.4, СН 6.43, д (9.7) 4, 5, 6, 27, 28, 29 4, 26.

26 129.4, СН 5.59, д (9.7) 5, 27, 28, 29 25, 28, 29.

27 75.9, С.

28 27.7, СНз 1.42, с 25, 26, 27, 29 26.

29 27.8, СНз 1.43, с 25, 26, 27, 28 26.