Khảo sát tác động kháng Staphylococcus aureus của phối hợp dẫn chất acid carboxylic của 2 salicyloylbenzofuran và một số kháng sinh

Bài viết trình bày việc đánh giá tác động kháng S. aureus của phối hợp dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran và một số kháng sinh.

KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG KHÁNG STAPHYLOCOCCUS AUREUS

CỦA PHỐI HỢP DẪN CHẤT ACID CARBOXYLIC CỦA 2-SALICYLOYLBENZOFURAN VÀ MỘT SỐ KHÁNG SINH

Vũ Thanh Thảo * , Trần Cát Đông * , Phạm Ngọc Tuấn Anh *

TÓM TẮT

Mở đầu: Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA) là tác nhân chính gây các b ệnh nhiễm

khuẩn với tỉ lệ mắc cũng như tử vong cao Do đó, cần thiết phải có sự hợp tác toàn cầu nhằm hướng tới giải quyết các thách thức của tình trạng đề kháng kháng sinh, trong đó cần phải thúc đẩy việc nghiên cứu, tìm kiếm thuốc kháng sinh mới Trong nghiên cứu trước, dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran cho thấy có tác động kháng khuẩn yếu trên chủng S aureus Trong nghiên cứu này, các dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran được khảo sát tác động kháng S aureus khi phối hợp với một số thuốc kháng sinh

Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá tác động kháng S aureus của phối hợp dẫn chất acid carboxylic

của 2-salicyloylbenzofuran và một số kháng sinh

Đối tượng - phương pháp nghiên cứu: Các phối hợp dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran với

kháng sinh ampicillin, cefuroxim, ciprofloxacin, gentamicin và vancomycin MIC của chất thử và kháng sinh được xác định bằng phương pháp pha loãng trong thạch Định tính tác động hiệp đồng kháng khuẩn trên phiến 96 giếng, trong đó mỗi giếng chứa ½MIC của kháng sinh và dẫn chât 2-salicyloylbenzofuran Định lượng khả năng hiệp đồng kháng khuẩn bằng phương pháp bàn cờ

Kết quả: Dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran 1a–f sở hữu hoạt tính kháng khuẩn

yếu trên các chủng S aureus với MIC = 32 – 1024 µg/mL Kết quả đánh giá khả năng hiệp đồng kháng

khuẩn đã phát hiện được 6 phối hợp cho kết quả (+) trong đó phối hợp 1e + gentamicin cho tác động hiệp đồng (FICI = 0.375) trên MRSA ATCC 33591, 1c + ciprofloxacin/gentamicin, 1f + ciprofloxacin

cho tác động hiệp đồng một phần trên MRSA ATCC 33591 với FICI lần lượt là 0.75, 0.625, 0.625 và

tác động cộng hợp (FICI = 1.0) trên chủng MRSA ATCC 43300 của phối hợp 1b + cefuroxim/gentamicin Các phối hợp này đều làm tăng hoạt tính của các kháng sinh lên 2 - 4 lần Kết luận: Các dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran sở hữu hoạt tính kháng khuẩn

yếu nhưng khi phối hợp với các kháng sinh đã cho các tác động hiệp đồng với FICI = 0.375–1.0 Các phối hợp này làm tăng hoạt tính của các kháng sinh lên 2 – 4 lần, qua đó cho thấy tiềm năng của các dẫn chất này trong việc sử dụng phối hợp với kháng sinh để làm tăng hoạt lực kháng khuẩn trên các chủng đề kháng kháng sinh MRSA

Từ khóa: 2-salicyloylbenzofuran, Staphylococcus aureus, kháng sinh, tác động hiệp đồng, chỉ số

ức chế riêng phần, FICI

*Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh

Tác giả liên lạc: TS Phạm Ngọc Tuấn Anh ĐT: 0909704081 Email: pnta@ump.edu.vn

ABSTRACT

SYNERGISTIC ANTIBACTERIAL EFFECTS OF 2-SALICYLOYLBENZOFURAN BEARING CARBOXYLIC ACID DERIVATIVES

AND ANTIBIOTICS ON STAPHYLOCOCCUS AUREUS

Vu Thanh Thao, Tran Cat Dong, Pham Ngoc Tuan Anh

* Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol 23 - No 2- 2019: 83 – 88

Background: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a major cause of a variety of

community- and healthcare-related infections that have been extremely difficult to treat with related morbidity and mortality being on the rise The prevention and control of the antibiotic resistance threats have been identified as global public health priorities that require actions across all government sectors and society To combat increasingly serious threat, one of the most important main actions is to accelerate the discovery and development of new classes of antibacterial agents In the previous study, the carboxylic acid derivatives of 2-salicyloylbenzofuran were found to exhibit reasonable activity against S aureus In continuation

of our work on search for novel anti-MRSA agents, the carboxylic acid derivatives of 2-salicyloylbenzofuran were determined their anti-S aureus in combination with antibiotics

Objectives: This research aims to study on synergistic effects of combining 2-salicyloylbenzofuran

bearing carboxylic acid derivatives with approved antibiotics against S aureus strains

Materials and Methods: 2-Salicyloylbenzofuran bearing carboxylic acid derivatives and approved

antibiotics including ampicillin, cefuroxime, ciprofloxacin, gentamicin and vancomycin were used in this research MICs of compounds were deterimined by agar dilution method The preliminarily screening of the synergistic effect was performed in 96-well microdilution plate containing ½ x MIC of antibiotic and ½ x MIC 2-salicyloylbenzofuran derivative The combinations with positive interactions were determined the fractional inhibitory concentration index (FICI) by the agar dilution checkerboard procedure

Results: The 2-salicyloylbenzofuran bearing carboxylic acid derivatives 1a-f were found to possess

weak activities against S aureus strains (MICs = 32 – 1024 µg/mL) The preliminarily screening of the

synergistic combinations exhibited six positive interactions The combination of 1e with gentamicin

displayed the most synergistic interaction against MRSA ATCC 33591 (FICI = 0.375) Meanwhile,

combinations of 1c with ciprofloxacin or gentamicin, 1f with ciprofloxacin showed partial synergistic

interactions against MRSA ATCC 33591 with FICI values 0.75, 0.625, 0.625, respectively Besides, the synergistic test observed two additive interactions (FICI = 1.0) against MRSA ATCC 43300 strain when

compound 1b was used in combination with cefuroxime or gentamicin The rates in increasing susceptibility of MRSA with antibiotics were 2-4 fold in these cases

Conclusion: In this study, 2-salicyloylbenzofuran bearing carboxylic acid derivatives did not

show much significant activities against MSSA and MRSA alone However, these compounds when used in combination with approved antibiotics exhibited significant synergistic activities in some cases with the FICI values in the range of 0.375–1.0 The rates in increasing susceptibility of MRSA with antibiotics were 2-4 fold in these cases These findings suggested that 2-salicyloylbenzofuran bearing carboxylic acid derivatives could potentially be used as antibiotic enhancers to the activity of existing antibiotics against MRSA

Key words: 2-salicyloylbenzofuran, Staphylococcus aureus, antibiotic, synergistic effect, the fractional

inhibitory concentration index, FICI

MỞ ĐẦU

Vấn đề đề kháng kháng sinh đã mang tính

toàn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển

bệnh nhiễm khuẩn có tỉ lệ mắc cũng như tử

vong cao và việc kiểm soát các loại bệnh này

chịu tác động của tình trạng đề kháng kháng

sinh(1,2,8).Trong các chủng đề kháng kháng sinh

thì Staphylococcus aureus kháng methicillin

(MRSA) là tác nhân chính gây các bệnh nhiễm

khuẩn nguy hiểm trên da, mô mềm, xương,

đường hô hấp và máu(3,4,8).Tại Mỹ, MRSA gây

ra khoảng 90.000 ca bệnh và ước tính khoảng

19.000 trường hợp tử vong trong năm 2005(1,4)

Tại Châu Âu, MRSA liên quan tới hơn 150.000

bệnh nhân nhiễm trùng và làm tăng chi phí

điều trị lên tới 380 triệu euro mỗi năm(4).Do

đó, việc nhiễm vi khuẩn này hiện là vấn đề

nghiêm trọng trên lâm sàng nên việc kiểm

soát và điều trị chủng MRSA được xác định là

một trong những nhiệm vụ cấp bách của hệ

thống y tế trên toàn thế giới(1-4,7,8)

Khung cấu trúc 2-aroylbenzofuran đã được

tổng hợp và sàng lọc hoạt tính kháng khuẩn trên

các chủng vi khuẩn Gram (+) và Gram (–) trong

các nghiên cứu trước đây Kết quả cho thấy một

2-salicyloylbenzofuran 1a–f (Hình 1) cho tác động

kháng khuẩn tiềm năng trên chủng vi khuẩn S

aureus bao gồm cả chủng đề kháng kháng sinh

MRSA(6) Trong nghiên cứu này, các dẫn chất

acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran được

khảo sát tác động kháng S aureus khi phối hợp

với một số thuốc kháng sinh

Hình 1: Cấu trúc dẫn chất acid carboxylic của

5,7-dibromo-2-salicyloylbenzofuran 1a–f

ĐỐI TƯỢNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng thử nghiệm

Dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloyl

benzofuran 1a–f

Kháng sinh

gentamicin và vancomycin

Vi khuẩn thử nghiệm

Staphylococcus aureus ATCC 29213 (MSSA), Staphylococcus aureus ATCC 43300 (MRSA) và

Staphylococcus aureus ATCC 33591 (MRSA)

Phương pháp nghiên cứu

Xác định MIC của chất thử và kháng sinh (6)

MIC của chất thử 1a-f và kháng sinh được

xác định bằng phương pháp pha loãng trong thạch Chất thử nghiệm được cân chính xác và pha thành dung dịch mẹ trong DMSO Khi sử dụng pha loãng bằng môi trường thử nghiệm hoặc pha trực tiếp với môi trường thử nghiệm sao cho tạo thành dãy nồng độ trong môi trường thử nghiệm (có nồng độ sau bằng ½ nồng độ trước) Vi khuẩn khảo sát được pha với nồng độ 107 CFU/ml và cho 1 – 2 μl huyền phù dịch vi khuẩn lên mặt thạch để đạt được mật độ vi khuẩn trên thạch là 104 CFU/ml, ủ ở

37 oC/18-24h Khi pha chất thử vào môi trường phải đảm bảo nồng độ DMSO nằm trong khoảng từ 2 – 5 % nhằm tránh việc nồng độ DMSO cao sẽ ức chế sự phát triển của vi khuẩn thử nghiệm Xác định đĩa có nồng độ chất kháng khuẩn thấp nhất ức chế hoàn toàn

sự tạo khóm, nồng độ tại đĩa thạch này là MIC của chất thử đối với vi khuẩn thử nghiệm

Định tính tác dụng hiệp đồng của các chất thử với kháng sinh (5)

Pha nồng độ các chất thử 1a-f phối hợp với

kháng sinh theo tỉ lệ ½ MIC của mỗi chất trong mỗi giếng của phiến 96 giếng Vi khuẩn thử nghiệm được pha với nồng độ 107 CFU/ml

và chấm khoảng 1-2 µL lên bề mặt tất cả các

giếng, ủ ở 37oC/18-24 h Các phối hợp không

có vi khuẩn mọc được xác định là có tác dụng

hiệp đồng và sẽ được thực hiện định lượng

khả năng hiệp đồng bằng thử nghiệm bàn cờ

Định lượng khả năng hiệp đồng của các chất

thử với kháng sinh (5)

Sử dụng phương pháp bàn cờ trên phiến

96 giếng, chất thử 1a-f và kháng sinh được

khảo sát ở nồng độ từ 1/32 đến 2 lần MIC

của mỗi chất Bắt đầu từ giếng chứa chất thử

và kháng sinh có nồng độ gấp 2 lần MIC,

kháng sinh có nồng độ giảm dần ½ theo

chiều ngang, chất thử có nồng độ giảm dần

½ theo chiều dọc Vi khuẩn khảo sát được

pha với nồng độ 107 CFU/ml được chấm

khoảng 1-2 µL lên bề mặt tất cả các giếng, ủ

ở 37 oC/16-18 h Xác định giếng có nồng độ

chất thử và kháng sinh thấp nhất ức chế

hoàn toàn sự tạo khóm

Đánh giá kết quả (5)

Các phối hợp có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn thử nghiệm sẽ được chọn

để tính chỉ số ức chế riêng phần FICI (the fractional inhibitory concentration index) theo công thức sau: FICI = FICchất thử 1a-f + FICkháng sinh

Trong đó: FIC = MICtrong phối hợp/ MICkhông phối hợp

FICI  0,5: hiệp đồng; 0,5 < FICI < 1: hiệp đồng một phần; FICI = 1: cộng hợp; 1 < FICI < 4: không tương tác; FICI ≥ 4: đối kháng

KẾT QUẢ MIC của chất thử và kháng sinh

Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của các dẫn chất acid carboxylic của

5,7-dibromo-2-salicyloylbenzofuran 1a-f trên các chủng vi

khuẩn MSSA ATCC 29213, MRSA ATCC

43300 và MRSA ATCC 33591 được trình bày trong Bảng 1

Bảng 1: Hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn chất 1a-f

Hợp chất

ATCC 29213

MRSA

ATCC 43300

MRSA

ATCC 33591

Ampicillin

Cefuroxim

Ciprofloxacin

Gentamicin

Vancomycin

0.25 (0.0007)

8 (0.02) 0.5 (0.0016)

2 (0.004) 0.0625 (0.00004)

16 (0.05)

16 (0.04) 0.125 (0.0004)

4 (0.008) 0.0625 (0.00004)

16 (0.05)

8 (0.02) 0.5 (0.0016)

8 (0.017)

1 (0.0007)

a MIC được xác định từ nghiên cứu trước (6) MSSA: sensitive Staphylococcus aureus MRSA: methicillin-resistant Staphylococcus aureus

Định tính khả năng hiệp đồng kháng khuẩn

Kết quả định tính khả năng hiệp đồng

kháng khuẩn của các dẫn chất acid carboxylic

của 2-salicyloylbenzofuran 1a-f với kháng sinh

trên các chủng vi khuẩn MSSA ATCC 29213, MRSA ATCC 43300 và MRSA ATCC 33591 đã tìm được 6 kết hợp cho hiệp đồng kháng

khuẩn (Bảng 2)

Bảng 2: Kết quả định tính khả năng hiệp đồng kháng khuẩn

Kháng sinh

Hợp chất

MRSA ATCC

43300

MRSA ATCC

33591

MRSA ATCC

43300

MRSA ATCC

33591

MRSA ATCC

43300

MRSA ATCC

33591

MRSA ATCC

43300

MRSA ATCC

33591

MSSA: methicillin-sensitive Staphylococcus aureus MRSA: methicillin-resistant Staphylococcus aureus

Định lượng khả năng hiệp đồng kháng

khuẩn

Kết quả định lượng khả năng hiệp đồng

kháng khuẩn của 6 phối hợp gồm 1b +

cefuroxime/gentamicin trên MRSA ATCC

43300 và 1c + ciprofloxacin/gentamicin, 1e + gentamicin, 1f + ciprofloxacin trên MRSA

ATCC 33591 được trình bày trong Bảng 3

Bảng 3: Kết quả định lượng khả năng hiệp đồng kháng khuẩn

Chủng vi

MRSA

ATCC 43300

MRSA

ATCC 33591

a MRSA: methicillin-resistant Staphylococcus aureus, b FICI  0,5 : hiệp đồng; 0,5 < FICI < 1: hiệp đồng một phần; FICI = 1: cộng hợp

BÀN LUẬN

Các dẫn chất acid carboxylic của

2-salicyloylbenzofuran có hoạt tính kháng

khuẩn yếu trên các chủng vi khuẩn MSSA

ATCC 29213, MRSA ATCC 43300 và MRSA

ATCC 33591 với MIC = 32 – 1024 µg/mL

Trong đó, dẫn chất 1c và 1e cho hoạt tính

mạnh nhất trên chủng MSSA ATCC 29213

(MIC = 32 µg/mL), dẫn chất 1e cho tác động

mạnh nhất trên chủng MRSA ATCC 43300 (MIC = 32 µg/mL) Kết quả định tính khả năng hiệp đồng kháng khuẩn của các phối hợp giữa các dẫn chất acid carboxylic của

5,7-dibromo-2-salicyloylbenzofuran 1a-f với các kháng sinh

gồm ampicillin, cefuroxim, ciprofloxacin, gentamicin, vancomycin đã phát hiện được 6

phối hợp cho kết quả (+) gồm 1b +

cefuroxim/gentamicin trên MRSA ATCC

43300, và 1c + ciprofloxacin/gentamicin, 1e +

gentamicin, 1f + ciprofloxacin trên MRSA

ATCC 33591 Trên chủng MSSA ATCC 29213,

không có phối hợp nào cho tác động hiệp

đồng Cũng như tất cả các phối hợp giữa dẫn

chất acid acetic của 2-salicyloylbenzofuran 1a,

1d với các kháng sinh đều cho kết quả (–)

Kết quả định lượng khả năng hiệp đồng

của 6 phối hợp (+) cho thấy phối hợp 1e +

gentamicin trên MRSA ATCC 33591 cho tác

động hiệp đồng (FICI = 0.375) Đặc biệt, nồng

độ MIC của gentamicin đã giảm 4 lần trong

phối hợp này Trong khi đó, 1c +

ciprofloxacin/gentamicin, 1f + ciprofloxacin

cho kết quả hiệp đồng một phần trên chủng

MRSA ATCC 33591 với FICI lần lượt là 0.75,

0.625, 0.625 Ngoài ra, kết quả cũng ghi nhận

tác động cộng hợp (FICI = 1.0) trên chủng

MRSA ATCC 43300 của phối hợp 1b +

cefuroxim/gentamicin Tất cả các phối hợp này

đều làm tăng hoạt tính của các kháng sinh lên

2 lần Kết quả bước đầu cho thấy tiềm năng

của các dẫn chất acid carboxylic của

2-salicyloylbenzofuran trong việc làm tăng hoạt

tính kháng MRSA của các kháng sinh đặc biệt

là gentamicin khi sử dụng phối hợp

KẾT LUẬN

Các dẫn chất acid carboxylic của

2-salicyloylbenzofuran có hoạt tính kháng

khuẩn yếu trên các chủng vi khuẩn MSSA

ATCC 29213, MRSA ATCC 43300 và MRSA

ATCC 33591 với MIC = 32 – 1024 µg/mL Kết

quả hoạt tính kháng khuẩn không cho thấy

nhiều tiềm năng kháng khuẩn riêng rẽ nhưng

khi phối hợp với các kháng sinh đã cho thấy

được các tương tác hiệp đồng giữa 1b +

cefuroxim/gentamicin trên MRSA ATCC

43300, và 1c + ciprofloxacin/gentamicin, 1e +

gentamicin, 1f + ciprofloxacin trên MRSA

ATCC 33591 với FICI = 0.375–1.0 Các phối

hợp này làm tăng hoạt tính của các kháng sinh lên 2 – 4 lần, qua đó cho thấy tiềm năng của các dẫn chất acid carboxylic của 2-salicyloylbenzofuran trong việc sử dụng phối hợp với kháng sinh để làm tăng hoạt lực kháng khuẩn trên các chủng đề kháng kháng sinh MRSA

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Carlet J, Jarlier V, Harbarth S, Voss A, Goossens H, Pittet D (2012) Ready for a world without antibiotics? The

Pensières Antibiotic Resistance Call to Action Antimicrobial

Resistance & Infection Control, vol 1, Article no 11, pp.13

2 Gilbert ND, Guidos JR, Boucher WH, Talbot HG, Spellberg

B, Edwards Jr EJ, Michael Scheld W, Bradley SJ, Bartlett GJ (2010) The 10 x ‘20 Initiative: Pursuing a Global Commitment to Develop 10 New Antibacterial Drugs by

2020 Clinical Infectious Diseases, 50: pp.1081–1083

3 Köck R, Becker K, Cookson B, van Gemert-Pijnen JE, Harbarth S, et al (2010) Methicillin-resistant

Staphylococcus aureus (MRSA): burden of disease and

control challenges in Europe Euro surveillance, vol 15,

no 41, Article ID 19688, pp.9

4 Monina Klevens R, Morrison MA, Nadle J, et al (2007) Invasive Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus

Infections in the United States JAMA, 298: pp.1763–1771

5 Mun SH, Kang OH, Joung DK, Kim SB, Choi, JG.; Shin

DW, Kwon DY (2014) In vitro anti-MRSA activity of carvone with gentamicin Experimental and Therapeutic

Medicine, 7: pp.891–896

6 Phan P-TT, Nguyen T-TT, Nguyen H-NT, Le B-K N, Vu

TT, Tran DC, Pham T-AN (2017) Synthesis and

2-Salicyloylbenzofurans as Antibacterial Agents

Molecules, 22 (5): 687, pp.13

7 Tacconelli E, De Angelis G, de Waure C, Cataldo MA, La Torre G, Cauda R (2009) Rapid screening tests for

methicillin-resistant Staphylococcus aureus at hospital admission: systematic review and meta-analysis The Lancet

Infectious Diseases, 9: pp.546–554

8 World Health Organization Antimicrobial resistance:

global report on surveillance World Health Organization,

Geneva, Switzerland, 2014 Available online: http://www.who.int/drugresistance/documents/surveillanc ereport/en/ (accessed on 10 January 2017)

Ngày phản biện nhận xét bài báo: 01/11/2018