КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 17-73-10153
НазваниеРазработка ингибиторов особо опасных вирусных инфекций на основе природных монотерпеноидов.
РуководительСоколова Анастасия Сергеевна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2017 - 06.2019 |
Конкурс№23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности
Ключевые словаБиотерроризм, вирус Марбурга, вирус Эбола, вирус натуральной оспы, желтая лихорадка, монотерпеноид, камфора
Код ГРНТИ31.21.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время значительное беспокойство вызывает возможность биотеррористических ударов по крупным городам мира [Horton R. Offline: Iraq-the prelude to a global war // The Lancet 2016, 388, P. 114]. Биотерроризм был определен как преднамеренное использование биологических агентов, таких как вирусы или бактерии в качестве средств, вызывающих заболевания или смерть человека, животных или растений [Orlando Cenciarelli, et all. Viral bioterrorism: Learning the lesson of Ebola virus in West Africa 2013–2015 // Virus Research 2015, 210, 318–326]. В зависимости от тяжести заболевания, которые они вызывают и на их способность распространяться, биологические агенты классифицируются Центром по контролю и профилактике заболеваний (CDC) по трем категориям: A-C. Патогены категории А представляют наибольший риск во время атаки биотерроризма потому что они могут легко распространяться и передаваться от человека к человеку. К наиболее патогенным вирусам относятся вирусы вызывающие геморрагическую лихорадку (некоторые филовирусы, флавивирусы, буньявирусы и аренавирусы) и покс-вирусы в том числе и Variola major (оспа натуральная). Исходя из природы данной угрозы, основное участие в снижении всевозможных последствий для здоровья после потенциальных атак должна принимать фармацевтическая промышленность. В настоящее время не существует зарегистрированного патогенетического средства лечения филовирусных лихорадок (Марбург, Эбола), имеется только ряд кандидатных препаратов, показавших антифиловирусную активность in vitro и in vivo на животных моделях [Kaushik A. et all Towards detection and diagnosis of Ebolavirus disease at point-of-care. // Biosens Bioelectron 2016, 75, P. 254]. Специфических препаратов для лечения жёлтой лихорадки, возбудителем которой является вирус Viscerophilus tropicus из семейства флавивирусов, также не существует, однако широко внедрена в практику эффективная вакцина. По инициативе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) проводится профилактическая вакцинация против жёлтой лихорадки что, безусловно, не будет эффективной мерой при биотеррористической атаке.
После завершения программы «глобальной ликвидации оспы» на Земле и отмены вакцинации против оспы в 1980 году, в мире сложилась опасная ситуация, когда более половины людей на планете не имеет иммунитета против ортопоксовирусных инфекций. Наиболее перспективными противооспенными препаратами на сегодняшний день считаются: 1-0-гексадецилоксипропил-цидофовир (HDP-цидофовир, СМХ001) и азотсодержащее производное гексагидро-1H-4,6-этенциклопроп[4,5]бензо[1,2-c]фуран-1,3(3aH)-диона “Tecovirimat” (ST-246) [Bolken T.C., Hruby D.E. Tecovirimat for smallpox infections // Drugs Today (Barc). 2010, 46(2), P. 109-117]. При этом отмечено, что наблюдается развитие резистентности во время проведения экспериментов по пассированию in vitro с участием каждого из этих лекарств. Таким образом, поиск новых химических соединений обладающих высокой ингибирующей активностью в отношении высокопатогенных филовирусов (вирусы Марбург и Эбола), флавивирусов (желтая лихорадка) и покс-вирусов (вирус натуральной оспы) с различными механизмами подавления репродукции является актуальной задачей противодействия биотерроризму.
Целью данного проекта является синтез производных природных монотерпеноидов для изучения их ингибирующей активности в отношении филовирусов, вируса натуральной оспы и флавивирусов. Ранее нами было показано, что производные камфоры и борнеола проявляют выраженную противовирусную активность в отношении вируса гриппа [Sokolova et all. // Eur. J. Med. Chem. 2017, 127, P.661, Sokolova at all.; // Eur. J. Med. Chem. 2015, 105, 263]. Синтезированные нами библиотеки соединений были дополнительно изучены в качестве ингибиторов входа филовирусных вирионов в клетку с использованием псевдовирусных систем, содержащих поверхностные гликопротеины вируса Марбург и Эбола. Были обнаружены перспективные агенты, имеющие в своих остовах бициклические природные фрагменты. Кроме того, на базе Научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» начат скрининг синтезированных нами производных в качестве ингибиторов осповакцины. Ведутся исследования ингибирующей активности относительно вируса желтой лихорадки. В целом, можно сказать, что остов камфоры и его аналога - борнеола является перспективной платформой для синтеза ингибиторов различных патогенных инфекций.
С учетом всего перечисленного очевидно, что разработка новых эффективных противовирусных препаратов с возможно более широким спектром активности является одной из первостепенных задач медицинской химии и вирусологии. Ее решение в рамках предлагаемого проекта позволит идентифицировать новые агенты на основе природных соединений, обладающих ингибирующей активностью в отношении высокопатогенных вирусов, что будет несомненным вкладом в развитие противодействия биотерраризму.
Ожидаемые результаты
Мы ожидаем, что в результате выполнения проекта будут достигнуты следующие результаты:
1. Будут синтезированы представители всех планируемых к получению химических библиотек на основе бициклических терпеноидов. Так, например, синтетическая схема конструирования библиотеки на основе камфоры включает синтез тиосемикарбазида на первой стадии. Далее взаимодействием данного производного с этилбромацетатом будет синтезирован тиазолидинон камфоры, последующая модификация данного соединения включает три направления: алкилирование по атому азота; присоединение по Михаэлю; замена карбонильной группы на тиокарбонильную с последующими аналогичными трансформациями. Альтернативный путь синтеза потенциальных ингибиторов особо опасных вирусов включает взаимодействие тиосемикарбазида камфоры с α-бромзамещенными ацетофенонами, которое приводит к набору тиазольных производных камфоры. Для вариации гидрофобной части целевых производных в качестве исходных соединений планируется использовать различные монотерпеноиды, содержащие карбонильную группу: фенхон, ментон, дигидрокарвон.
2. Будут получены данные о токсичности и противовирусной активности в отношении высокопатогенных филовирусов, вируса натуральной оспы и вируса желтой лихорадки. При этом изучение активности синтезированных соединений против филовирусов (вируса Марбург и Эбола) будут проведены как с использованием псевдовирусных систем, содержащих поверхностные гликопротеиды, ответственные за вход вируса в клетку, так и с использованием «живого» вируса. Совместно с ГНЦ «Вектор» планируется провести первоначальный скрининг библиотеки соединений в отношении вируса осповакцины, после выявления соединений-лидеров будут проведены исследования на вирусе натуральной оспы. Изучение активности синтезированных соединений в отношении вируса желтой лихорадки планируется проводить совместно с группой исследователей-вирусологов под руководством профессора Роберта Нейтса в Левенском университете (г. Лёвен, Бельгия http://rega.kuleuven.be/cmt/jn).
3. На основании полученных биологических данных, нами будет проведен анализ "структура-активность" и выделены соединения лидеры для более глубокого фармакологического исследования. Ожидается, что среди полученных соединений будут идентифицированы новые агенты против особо опасных вирусных инфекций. Полученные результаты будут опубликованы в виде серии статей в высокорейтинговых журналах. Предложенные исследования являются важными и актуальными, как по постановке задачи, так и выбору объекта исследований, и практически не имеют аналогов в мировой литературе
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2017 году
На основе природных монотерпеноидов, таких как, борнеол, камфора, ментон, фенхол и др., осуществлен синтез большого количества производных различных структурных типов. Была исследована противовирусная активность всех синтезированных производных в отношении вируса Марбург, вируса осповакцины и вируса желтой лихорадки. Используя псевдовирусный препарат среди сложных эфиров борнеола обнаружены соединения, обладающие умеренной ингибирующей активностью в отношении начальных стадий инфекции вируса Марбург. Проведен масштабный скрининг и изучена цитотоксичность синтезированных производных с использованием более безопасного типа вируса из семейства Orthopoxvirus – Vaccinia virus (VV). Детальный анализ зависимости «структура-активность» позволил выявить важные структурные блоки отвечающие за противовирусную активность. Проведено изучение активности всех синтезированных соединений в отношении вируса желтой лихорадки. Среди исследованных соединений значительную противовирусную активность проявили гетероциклические производные на основе тиосемикарбазона камфоры.
Публикации
1. Яровая О.И., Соколова А.С.,Кононова А.А.,Чересиз С.В., Никитина Р.А., Черпунов А.А., Зайковская А.В., Пьянков О.В., Покровский А.Г., Максютов Р.А., Салахутдинов Н.Ф. 3-N-ЗАМЕЩЕННЫЕ БОРНИЛПРОПИОНАТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРОВ ВИРУСА МАРБУРГ -, - (год публикации - )
2. - Сибирские ученые разрабатывают препараты против опасных вирусов Газета Сибирского отделения российской академии наук "Наука в Сибири", Выпуск 30 сентября 2017 года №38 с.7 (год публикации - )
Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В результате отчётного периода были выполнены все поставленные химические и биологические задачи. А именно, на основе природного монотерпеноида – камфоры и её коммерчески доступных производных, таких как, (+)-камфорная кислота и (1S)-(+)-камфора-10-сульфокислота, осуществлен синтез большого количества производных различных структурных типов. В результате первичного скрининга была исследована противовирусная активность синтезированных производных в отношении филовирусов, используя псевдовирусные тест-системы, и определены соединения-лидеры для тестирования активности в отношении натурального вируса Марбург и Эбола. Проведено изучение противовирусной активности в отношении натуральных вирусов Марбург и Эбола в лаборатории с максимальным уровнем биологической защиты BSL-4, расположенной в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор». Обнаружены соединения, обладающие высокой ингибирующей активностью в отношении данных особо опасных филовирусных инфекций. Проведен масштабный скрининг и изучена цитотоксичность синтезированных производных в отношении Vaccinia virus (VV). Исследования на суррогатном вирусе VV является общепризнанной в современной вирусологии моделью для поиска новых агентов, активных в отношении ортопоксвирусов. С помощью данной модели выявлены агенты, обладающие значительной противовирусной активностью в отношении ортопоксвирусов, которые пригодны для дальнейшего тестирования в отношении вируса натуральной оспы (ВНО). Проведено изучение противовирусной активности выбранных агентов в отношении ВНО штамм India3a в лаборатории с максимальным уровнем биологической защиты BSL-4 и обнаружены эффективные ингибиторы ВНО. Выбраны возможные биологические мишени и определены вероятные сайты связывания малых молекул для вируса Марбург, вируса натуральной оспы и вируса желтой лихорадки. Осуществлено молекулярное моделирование выбранных соединений-лидеров в найденные сайты связывания. Полученные теоретические значения энергии связывания в ряде случаев показывают хорошую корреляцию с экспериментальными данными in vitro.
Публикации
1. А. С. Соколова, Д. В. Баранова, О. И. Яровая, Д. С. Баев, О. А. Полежаева, А. В. Зыбкина, Д. Н. Щербаков, Т. Г. Толстикова, Н. Ф. Салахутдинов Синтез производных (1S)-(+)-камфора-10-сульфокислоты и изучение их противовирусной активности в качестве ингибиторов филовирусных инфекций in vitro и in silico «Известия Академии наук. Серия химическая», №5, 1041-1046 (год публикации - 2019)
2. Соколова А.С., Яровая О.И.,Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Салахутдинов Н.Ф. Synthesis and antiviral activity of camphor-based 1,3-thiazolidin-4-one and thiazole derivatives as Orthopoxvirus-reproduction inhibitors MEDCHEMCOMM, Том: 9 Выпуск: 10 Стр.: 1746-1753 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1039/c8md00347e
3. Соколова А.С., Яровая О.И.,Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Салахутдинов Н.Ф. Discovery of a New Class of Inhibitors of Vaccinia Virus Based on (-)-Borneol from Abies sibirica and (+)-Camphor Chemistry and Biodiversity, Volume 15, Issue 9, Номер статьи e1800153 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/cbdv.201800153
4. A.C. Соколова, О.И. Яровая, Д.С. Баев, Д.Н. Щербаков, Н.И, Бормотов, Л.Н. Шишкина, Н.Ф. Салахутдинов РАЗРАБОТКА ИНГИБИТОРОВ ОСОБО ОПАСНЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ МОНОТЕРПЕНОИДОВ ИОФХ им. А.Е. Арбузова - ОСП "ФИЦ КазНЦ РАН", Сборник тезисов конференции грантодержателей РНФ «Современные тенденции в химии, биологии, медицине «От молекулы к лекарству», стр 54 (год публикации - 2018)
5. A.C. Соколова, О.И. Яровая, Н.И, Бормотов, Л.Н. Шишкина, Н.Ф. Салахутдинов Синтез и противовирусная активность производных камфоры в отношении Vacinia virus Издательство "Перо", ВСЕРОССИЙСКАЯ МОЛОДЁЖНАЯ ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ "АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ - 2018" Сборник тезисов, стр 170 (год публикации - 2018)
6. А.С. Соколова , О.И. Яровая, Д.С. Баев, Д.Н. Щербаков, Н.И. Бормотов, Л.Н. Шишкина, Н.Ф. Салахутдинов СИНТЕЗ ИНГИБИТОРОВ ОСОБО ОПАСНЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ НА ОСНОВЕ КАМФОРЫ И БОРНЕОЛА Издательство "Перо" (Москва), СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ ЧЕТВЕРТОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО СИМПОЗИУМ ПО МЕДИЦИНСКОЙ, ОРГАНИЧЕСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ФАРМАЦЕВТИКЕ, стр 86 (год публикации - 2018)
7. Яровая О.И.,Соколова А.С., Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Серова О.А., Максютов Р.А., Салахутдинов Н.Ф. ПРИМЕНЕНИЕ N-ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ БОРНЕОЛА И БОРНИЛАМИНА В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРОВ ОРТОПОКСВИРУСОВ -, 2018135000/04 (год публикации - )
Возможность практического использования результатов
Результаты проекта имеют высокую практическую значимость в экономике и социальной сфере. Инфекционные заболевания представляют собой одну из основных проблем здравоохранения и, как следствие, приносят большой ущерб для национальной экономики и мировой экономики в целом. Вследствие увеличения туризма и глобализации торговли, распространение инфекционных агентов становится быстрее и шире. На сегодняшний день для лечения пациентов инфицированных филовирусами и ортопоксвирусами нет специфических препаратов. В данном проекте разработаны эффективные ингибиторы филовирусов и ортопоксвирусов, что подтверждено получением права на результат данной интеллектуальной деятельности в виде патента. Кроме того, сформирован большой научный задел в области разработки эффективных ингибиторов особо опасных вирусных инфекций.