The synthesis, antimicrobial activity and docking studies of 6-(1H-benzimidazol-2-yl)-5-methylthieno[2,3-d]pyrimidin4(3H)-ones with acetamide and 1,2,4-oxadiazol-5-ylmethyl substituents

Abstract

Aim. To synthesize, study the antimicrobial activity and suggest antimicrobial activity mechanism for the novel derivatives of 6-(1H-benzimidazol-2-yl)-5-methylthieno[2,3-d]pyrimidin-4(3H)-one. Results and discussion. As the result of the targeted modification of 6-(1H-benzimidazol-2-yl)-5-methylthieno[2,3-d]- pyrimidin-4(3H)-one in position 3 with acetamide and 1,2,4-oxadiazol-5-ylmethyl substituents, the compounds, which demonstrated better antimicrobial activity in the agar well diffusion assay than the reference drug Streptomycin, were obtained. To elucidate the mechanism of action of the novel compounds, the docking studies were conducted to the active site of the 16S subunit of ribosomal RNA, the proven target for aminoglycoside antibiotics, as well as tRNA (Guanine37-N1 )-methyltransferase (TrmD), which inhibitors were considered as a new potential class of antibiotics. Experimental part. By the interaction of 6-(1H-benzimidazol-2-yl)-5-methylthieno[2,3-d]pyrimidin-4(3H)-one with a series of N-arylchloroacetamides and 3-aryl-5-(chloromethyl)-1,2,4-oxadiazoles in DMF in the presence of K2 CO3 the target compounds were obtained. The antimicrobial activity was assessed by the agar well diffusion method. The concentration of microbial cells was determined by the McFarland standard; the value was 107 cells in 1 mL of the media. The 18 – 24 hour culture of microorganisms was used for tests. For the bacteria cultivation, Müller-Hinton agar was used, Sabouraud agar was applied for C. albicans cultivation. The compounds were tested as the DMSO solution with the concentration of 100 µg/mL; the volume of the solution was 0.3 mL, the same volume was used for Streptomycin (the concentration 30 µg/mL). The docking studies were performed using Autodock Vina. Crystallographic data for the complexes of Streptomycin with the 16S subunit of ribosomal RNA (1NTB) and its active site, as well as for tRNA (Guanine37-N1 )-methyltransferase (EC 2.1.1.228; TrmD) (5ZHN) and its active site were obtained from the Protein Data Bank. Conclusions. It has been determined that 2-[6-(1H-benzimidazol-2-yl)-5-methyl-4-oxothieno[2,3-d]pyrimidin3(4H)-yl]-N-[4-(ethoxy)phenyl]acetamide, which is the most active as an antimicrobial agent among the compounds tested, also shows the best binding activity towards the active site of tRNA (guanine37-N1 )-methyltransferase.

Мета. Синтезувати й дослідити протимікробну активність нових похідних 6-(1H-бензімідазол-2-іл)-5- метилтієно[2,3-d]піримідин-4(3H)-онів та запропонувати механізм протимікробної активності. Результати та їх обговорення. У результаті цілеспрямованої модифікації положення 3 6-(1H-бензімідазол2-іл)-5-метилтієно[2,3-d]піримідин-4(3H)-ону ацетамідним та 1,2,4-оксадіазол-5-ілметильним замісниками було одержано сполуки з визначеною методом дифузії в агар протимікробною активністю, що є більшою за активність препарату порівняння Стрептоміцину. З метою з’ясування механізму дії синтезованих сполук було проведено докінгові дослідження щодо активного сайту субодиниці 16S рибосомальної РНК, яка є підтвердженою мішенню для аміноглікозидних антибіотиків, а також тРНК (Гуанін-37-N1 )-метилтрансферази (TrmD), інгібітори якої розглядаються як новий потенційний клас антибіотиківЕкспериментальна частина. Шляхом взаємодії 6-(1H-бензімідазол-2-іл)-5-метилтієно[2,3-d]піримідин4(3H)-ону з рядом N-арилхлороацетамідів та 3-арил-5-(хлорометил)-1,2,4-оксадіазолів в умовах ДМФА-K2 CO3 було одержано цільові сполуки. Антимікробну активність визначали методом дифузії в агар. Концентрацію мікробних клітин визначали за МакФарландом; мікробне навантаження склало 107 мікробних одиниць в 1 мл середовища. Для тестів використовували 18 – 24 годинну культуру мікроорганізмів. Для культивування бактерій використовували агар Мюллера-Гінтона; для культивування C. albicans використовували агар Сабуро. Сполуки вводили методом дифузії в агар (лунками) у вигляді розчину у ДМСО в концентрації 100 мкг/мл в об’ємі 0,3 мл; аналогічний об’єм використовували для Стрептоміцину (конц. 30 мкг/мл). Докінгові дослідження проводили за допомогою програми Autodock Vina. Кристалографічні дані для комплексів стрептоміцину з 16S субодиницею рибосомальної РНК (1NTB) та її активного сайту і для тРНК (Гуанін-37-N1 )- метилтрансферази (EC 2.1.1.228; TrmD) (5ZHN) та її активного сайту було отримано з Protein Data Bank. Висновки. Виявлено, що сполука 2-[6-(1H-бензімідазол-2-іл)-5-метил-4-оксотієно[2,3-d]піримідин3(4H)-іл]-N-[4-(етокси)феніл]ацетамід, яка характеризується найбільшою протимікробною активністю, у докінгових розрахунках є також найбільш ефективним інгібітором тРНК (Гуанін-37-N1 )-метилтрансферази