Arilkumarin türevlerinin beta-laktamaz ve karbapenemaz aktivitesi üzerine etkilerinin incelenmesi


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute For Graduate Studies İn Pure And Applied Sciences, Department Of Chemistry, Turkey

Approval Date: 2019

Thesis Language: Turkish

Student: Beyza Hamur

Principal Supervisor (For Co-Supervisor Theses): Safiye Erdem

Co-Supervisor: Özkan Danış

Abstract:

Arilkumarin Türevlerinin Beta-Laktamaz ve Karbapenemaz Aktivitesi Üzerine Etkilerinin İncelenmesi β-laktam antibiyotikleri geniş spekturumları ve yüksek antibakteriyel etkileri nedeniyle en önemli ve yaygın olarak kullanılan antibiyotik sınıflarından biridir. Fakat son yıllarda β-laktama karşı görülen çoklu ilaç direncinin (MDR) artması ve genellikle β-laktama dirençli olan Gram negatif patojenlerin yaygınlaşması toplum sağlığını tehdit eder hale gelmiştir. Klinik olarak oldukça önemli olan bu bakterilerde görülen en yaygın direnç mekanizması, bu bakteriler tarafından üretilen β-laktamazlar ile β-laktam halkasının açılarak antibiyotik etkinin ortadan kaldırılmasıdır. β-laktama gösterilen bu direnç ve bu bakterilerin neden olduğu enfeksiyonlarda görülen ölüm oranının her geçen gün artması sağlık otoritelerini alarm durumuna geçirmiştir. Karbapenemazlar ise, Ambler sınıflamasında A, B ve D sınıfı β-laktamaz içeren geniş bir enzim grubudur ve tedavi edilmesi zor enfeksiyonların hedef enzimleridir. Söz konusu dirence çözüm olarak, β-laktam antibiyotikleri ile birlikte β-laktamaz inhibitörleri olan klavulanat, tazobaktam ve sulbaktam β-laktamazları inhibe etmek için kullanılmaktadır. Ancak bu inihibitörlerin enzime afinitileri zayıftır ve ayrıca karbapenemazlar gibi yeni keşfedilen birçok β-laktamazı inaktif hale getiremezler. Bu nedenle, yeni etkili β-laktamaz inhibitörleri geliştirilmesine acil ihtiyaç vardır. Bu tezde, daha önce sentezlenmiş olan 39 arilkumarin türevlerinin doking yöntemi ile sınıf A, C ve D β-laktamazlara olan afiniteleri hesaplanmıştır. Bu enzimlere yüksek afinite gösteren bileşikler in siliko olarak taranmış ve β-laktamaz aktivitesi üzerine etkileri in vitro biyokimyasal deneyler ile test edilmiştir. Her 3 enzim sınıfına karşı en yüksek afiniteyi gösteren ligandın enzim ile kompleksinin, moleküler dinamik (MD) simülasyonu incelenmiştir. İn siliko çalışmalar sonucunda, AmpC ve KPC-2 enzimleri için benzokumarin türevi A10 umut verici etkili bir inhibitör olarak bulunmuş ve ileriki çalışmalar için önerilmiştir. -------------------- Investigation of Arylcoumarin Derivatives for β-Lactamase and Carbapenemase Activities β-lactam derivatives are the most widely used antimicrobial agents due to their extended spectrum and high antibacterial effects. However, in recent years, the increase of multidrug resistance (MDR) seen against β-lactam and the spread of Gram negative pathogens, which are generally resistant to β-lactam drugs, have been threatening the public health. The most common resistance mechanism seen in these clinically important bacteria is the hydrolysis of the β-lactam ring by the β-lactamase produced by these bacteria and the elimination of the antibiotic effect. MDR and the rate of death related to the infections caused by these bacteria keep growing fast and the health authorities are on the alert. Carbapenemase enzymes are a large group of A, B, and D type β-lactamases being the target for difficult-to-treat infections. As a solution to the resistance, β-lactam antibiotics are often given with β-lactamase inhibitors clavulanate, tazobactam, sulbactam. However, the affinity of these inhibitors for the β-lactamase enzymes is weak and also many β-lactamases which have been discovered recently such as carbapenemases can not be inactivated by these inhibitors. Therefore, there is an urgent need to develop new efficient β-lactamase inhibitors. In this thesis, the affinities of 39 previously synthesized arylcoumarin derivatives were calculated by molecular docking method for class A, C and D β-lactamases. Compounds with high affinity to these enzymes were screened in silico and their effects on β-lactamase activity were tested by in vitro biochemical experiments. The molecular dynamics (MD) simulations of the enzyme-ligand complexes showing the highest affinity in all 3 enzyme classes were investigated. As a result of in silico studies, benzocoumarin derivative A10 was proposed to be the most promising and efficient inhibitor for AmpC and KPC-2 enzymes for further studies.