Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Защита растений от фитопатогенов является важным направлением сельскохозяйственной науки, поскольку заболевания растений причиняют значительный экономический и экзогенный ущерб, как сельскохозяйственным сообществам, так и целым странам. На долю грибковых заболеваний приходится больше 80% всех болезней растений. Таким образом, проблема контроля грибковых инфекций является актуальной задачей, стоящей перед современной сельскохозяйственной наукой. Химический метод защиты растений от фитопатогенных грибов благодаря высокой эффективности является наиболее значимым, и обработка фунгицидными препаратами представляется одним из важнейших способов предохранения растений от грибковых инфекций. В условиях нестабильности мирового рынка важно располагать более устойчивой системой рынка химических фунгицидов отечественного производства, гарантированным ассортиментом и объёмом. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых эффективных и безопасных фунгицидов. Целью данного проекта являлся дизайн, синтез и изучение биологической активности новых фунгицидных молекул. Основными задачами, которые решались в 2022 году, являлись дизайн и разработка рациональных подходов к синтезу новых соединений, содержащих структурные фрагменты, отвечающие за фунгицидную активность, синтез новых веществ и исследование их фунгицидной активности in vitro. В результате работы над Проектом в 2022 году были получены 24 новых производных N-ацил-N-арилаланинов – структурных аналогов ацилаланиновых фунгицидов, таких ингибиторов РНК полимеразы I как фуралаксил, металаксил, беналаксил и т.д. В молекулы новых веществ были введены структурные фрагменты индукторов системной устойчивости растений тиадинила и изотианила. В результате исследования фунгицидной активности полученных веществ in vitro в их ряду было обнаружено 2 соединения с умеренной фунгицидной активностью в отношении B. cinerea, R. solani и S. sclerotiorum, а также 2 соединения селективно ингибирующие радиальный рост S. sclerotiorum. С целью уточнения профиля биологической активности новых веществ нами были рассчитаны дискрипторы, определяющие их фармакокинетические характеристики, такие как всасывание, распределение, метаболизм и экскреция (ADME). На основании расчетов был сделан вывод, что существенные отличия в значениях дискрипторов ADME по сравнению с известными ингибиторами РНК-полимеразы I (ацилаланиновыми фунгицидами), свидетельствуют в пользу того, что данные соединения не будут обладать схожим механизмом биологической активности, несмотря на структурное сходство с коммерческими фунгицидами. В исследовании in vivo, было показано, что одно соединение из ряда N-ацил-N-арилаланинатов на листьях рапса обладает отличными защитными свойствами в отношении A. brassicicola, сравнимыми с синтетическим индуктором системной устойчивости тиадинилом. Поскольку данное вещество не проявляло прямого фунгицидного действия, мы предполагаем, что его защитные свойства обусловлены индукцией системной устойчивости растения. Таким образом, дальнейшие исследования соединений данного класса in vivo против различных видов фитопатогенных грибов и с использованием различных видов растений, важных для сельского хозяйства, является интересной научной задачей для дальнейших исследований. Также в ходе выполнения Проекта было синтезировано 17 новых производных имидазолидиндиона, аналогов фунгицида ипродиона, содержащих в своей структуре 1,2,3-тиадиазолилкарбонильный заместитель. Были исследованы фунгицидные свойства двух соединений этого ряда в отношении S. sclerotiorum и показано, что одно из них проявляет умеренную активность в его отношении. Из чего следует, что данный класс соединений является перспективным для дальнейших исследований. С целью разработки новых ингибиторов сукцинатдегидрогеназы – одного из важных белков-рецепторов в мишень-ориентированном поиске фунгицидов – был осуществлен молекулярный докинг библиотеки из 15438 производных 1,3-тиазолидин-4-она в полость сукцинатдегидрогеназы (SDH), включающей Q-сайт с использованием программы AutoDock Vina. Отобраны топ-20 лучших «поз» с оценкой стыковки меньше -9.0. Выявлены заместители, которые ответственны за связывание соединений с целевым белком. Отмечено, что для всех структур из «топ-12» у атома азота 1,3-тиазолидинового цикла присутствует бензильный радикал. Также среди «топ-12» поз встречаются структуры, содержащие метил, хлор или гидрокси группу в орто- или мета-положении N-фениленкарбоксамидного заместителя. Таким образом, получены расчетные данные для целенаправленного синтеза веществ, нацеленных на ингибирование сукцинатдегидрогеназы. Для синтеза целевых 1,3-тиазолидин-4-онов было предложено и реализовано несколько синтетических подходов в зависимости от типа заместителей в положениях 2, 3 и 5 гетероцикла. Получено более 50 производных 1,3-тиазолидин-4-онов, содержащих одну или две С=С двойные экзоциклические связи. Среди синтезированных соединений были выявлены соединения-лидеры (с индексом ингибирования радиального роста гриба более 50%), для которых в дальнейшем планируется осуществление оптимизации структуры, с целью поиска высоко активных веществ. Также обнаружено соединение, проявившее высокую фунгицидную активность в отношении двух фитопатогенных грибов. Полумаксимальная эффективная концентрация данного соединения составляет 0,85 мкг/мл в отношении A. solani и 2,29 мкг/мл в отношении P. lingam, что сопоставимо со значениями коммерческих фунгицидов. В продолжение наших работ по поиску антитубулиновых бензазолов был осуществлен виртуальный скрининг потенциальных ингибиторов бета-тубулина ряда бензимидазола, бензоксазола и бензотиазола. Скрининг был осуществлен докингом библиотеки веществ с гомологичными моделями тубулинов Alternaria solani и Botrytis cinerea, предварительно построенных в программе Prime (Schrodinger), в полость связывания нокодазола. Выявлены структуры «поз», с низкими значениями энергии связывания (оценочной функции XScore), синтез которых будет является одной из задач дальнейшей работы. Строение всех полученных соединений подтверждено комплексом физико-химических методов анализа, а именно спектроскопией 1H и 13C, 19F для фторсодержащих соединений, масс-спектрометрией с использованием электронной ионизации, ИК-спектроскопией. Для ряда веществ были записаны и расшифрованы двухмерные спектры 1H-13C корреляции. Для одного соединения из ряда N-ацил-N-арилаланинатов были получены результаты рентгеноструктурного анализа. Результаты проделанной работы представлены на 2 всероссийских и 1 международной научных конференциях (3 устных и 3 постерных доклада), в сборниках конференций суммарно опубликовано 6 тезисов докладов. Было принято в печать 2 статьи в журналы, индексируемые научными базами данных.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Защита растений от фитопатогенов является важным направлением сельскохозяйственной науки. Заболевания растений причиняют значительный экономический и экзогенный ущерб, как сельскохозяйственным сообществам, так и целым странам. Патогены растений, высокий уровень их распространенности и тяжесть вызываемых ими заболеваний являются основными причинами низкой производительности сельского хозяйства. В связи с этим в области защиты растений существует острая необходимость в разработке новых более эффективных, экологически безопасных инструментов для защиты растений от патогенов. Целью данного проекта являлся дизайн, синтез и исследование биологической активности новых противогрибковых веществ для защиты растений. Основными задачами, которые решались в 2023 году, являлись расширение ряда новых соединений, содержащих структурные фрагменты, отвечающие за фунгицидную и элиситорную активность, методы синтеза которых были разработаны в первый год выполнения Проекта, исследование их противогрибковой активности in vitro и in vivo и оценка цитотоксичности веществ наиболее перспективных для дальнейшего применения в защите растений. В результате работы над Проектов в 2023 году в ряду производных N-ацил-N-арилаланинатов было обнаружено, соединение, проявляющее умеренные защитные свойства на листьях перца и огурца, при этом показывает низкий защитный эффект на листьях рапса, зараженных A. brassicicola. Показано, что два соединения в ряду производных N-ацил-N-арилаланинатов проявляют высокие защитные свойства только на одном виде растений в отношении B. cinerea – на листьях огурца или на листьях перца, соответственно. Впервые показано, что эргостерол, как природный элиситор, проявляет защитные свойства на листьях растений огурца и перца против B. cinerea на уровнях, аналогичных тиадинилу и превосходящих уровень изотианила. С целью поиска противогрибковых соединений в ряду близких структурных аналогов фунгицида ипродиона были синтезированы новые производные 1,2,3-тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов и исследованы фунгицидные свойства этих соединений in vitro в отношении оомицета P. infestans и 7 фитопатогенных грибов. Было обнаружено в ряду 1,2,3-тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов 6 соединений, проявляющих умеренные фунгицидные свойства в отношении A. solani. Исследованы росторегулирующие свойства 8 производных имидазолидиндионов в опыте по проращиванию семян огурца. Обнаружено два соединения, проявляющие биологические эффекты аналогичные коммерческому регулятору роста растений тидиазурону, при этом в ходе исследования цитотоксичности веществ было показано, что они обладают меньшей цитотоксичностью на клетках почки эмбриона человека НЕК-293 по сравнению с тидиазуроном. Получены мочевина, содержащая в структуре N-2-цианофенилкарбоксамидный фрагмент как у изотианила и 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-ил как у тиадинила, а также мочевина, которая отличается от изотианила только NH мостиком в структуре. Исследованы защитные свойства соединений против B. сinerea на листьях растений огурца и перца. Показано, что синтезированные мочевины, а также тиадинил ингибируют развитие заболевания листьев огурца более чем на 90% по сравнению с контролем. Однако на листьях перца только одно соединение показало высокую защитную способность, ингибируя заболевание более чем на 90%. Также были получены новые производных тиадиазолидинов. Исследованы фунгицидные свойства в отношении 9 фитопатогенных штаммов грибов. Однако, соединений с высокой фунгицидной активностью на настоящий момент не обнаружено. Исследованы фунгицидные свойства широкого ряда бензазолов: 2-ациламино-, 2-тиоациламино- производных бенз[d]оксазола и бензо[d]тиазола, а также 2- сульфониламидиновые производные бенз[d]имидазола и бензо[d]тиазола. Выявлено два высоко активных соединения, являющихся тиоацил производными 2-аминобензоксазола и бензотиазола с значениями полумаксимальной эффективной концентрации (EC50) в отношении A. solani ‒ 19,58 и 18,42 мкг/мл и в отношении F. оxysporum ‒ 10,05 и 14,51 мкг/мл соответственно. Также обнаружено соединение, также являющееся тиоацил производным 2-аминобензотиазола, с высокой фунгицидной активностью (процент ингибирования роста гриба более 80%) в отношении A.°solani и средней (60%) ‒ в отношении F. oxysporum. Строение всех полученных соединений подтверждено комплексом физико-химических методов анализа, а именно спектроскопией 1H и 13C, 19F для фторсодержащих соединений, масс-спектрометрией с использованием электронной ионизации, ИК-спектроскопией. Для двух соединения класса ,2,3-тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов был проведен рентгеноструктурный анализ (РСА). Результаты проделанной работы представлены на 2 всероссийских и 1 международной научных конференциях (5 постерных докладов), в сборниках конференций суммарно за 2023 год опубликовано 5 тезисов докладов. По результатам выполнения Проекта в 2023 году подготовлено и отправлено в редакции журналов 3 статьи, одна из которых принята в печать, а две находятся на стадии рецензирования. Подготовлена и передана в Учебно-научный центр интеллектуальной собственности УрФУ заявка на регистрацию РИД в Федеральной службе по интеллектуальной собственности.