PL235567B1 - Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny - Google Patents

Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny Download PDF

Info

Publication number
PL235567B1
PL235567B1 PL424896A PL42489618A PL235567B1 PL 235567 B1 PL235567 B1 PL 235567B1 PL 424896 A PL424896 A PL 424896A PL 42489618 A PL42489618 A PL 42489618A PL 235567 B1 PL235567 B1 PL 235567B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
nac
formula
acetylcysteine
derivatives
biofilm
Prior art date
Application number
PL424896A
Other languages
English (en)
Other versions
PL424896A1 (pl
Inventor
Dorota Kręgiel
Anna Rygała
Maria Nowacka
Anna Kowalewska
Original Assignee
Centrum Badan Molekularnych I Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk
Politechnika Lodzka
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centrum Badan Molekularnych I Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk, Politechnika Lodzka filed Critical Centrum Badan Molekularnych I Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL424896A priority Critical patent/PL235567B1/pl
Publication of PL424896A1 publication Critical patent/PL424896A1/pl
Publication of PL235567B1 publication Critical patent/PL235567B1/pl

Links

Landscapes

  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny o wzorze 1 i wzorze 2, w których R oznacza grupę N-acetylocysteinową, do eradykacji biofilmów w instalacjach wodnych.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny do eradykacji biofilmów w instalacjach wodnych.
Aktywność metaboliczna komórek tworzących biofilmy prowadzi do wtórnego zanieczyszczenia wód, a produkcja metabolitów biofilmu powoduje biokorozję materiałów przewodów wodociągowo-kanalizacyjnych.
Biofilmy są wszechobecne na stałych podłożach w środowisku wodnym. Kluczowe znaczenie w tworzeniu struktury biofilmu przypisuje się zewnątrzkomórkowym substancjom polimerowym (EPS: extracellular polymer substances), które budują otoczkę bakterii lub są uwalniane do otoczenia, gdzie wchodzą w skład śluzu. Składniki otoczki wraz ze śluzem tworzą glikokaliks, który ułatwia proces adhezji do gładkich powierzchni tworzyw sztucznych i metali. W środowisku, gdzie występują turbulentne przepływy, biofilm przybiera postać rozciągniętych pasków, natomiast w środowiskach wodnych o słabej turbulencji lub wodach stojących, biofilm tworzy swoją masę w postaci „grzyba” lub osadu. EPS w biofilmie stanowi barierę dla typowych czynników myjąco-dezynfekcyjnych. Skutkiem tego bakterie w biofilmach powstających wewnątrz systemów instalacji wykazują nawet 1000-krotnie zwiększoną oporność na środki dezynfekcyjne w porównaniu do komórek planktonowych. W rezultacie, inaktywacja komórek bakterii tworzących biofilmy konwencjonalnymi metodami, takimi jak stosowanie środków dezynfekcyjnych jest często nieskuteczna.
W opisie patentowym PL218746 ujawniony jest sposób dezintegracji biofilmu w środowisku wodnym, polegający na tym, że obejmuje dodawanie do wskazanego środowiska wodnego, zawierającego biofilm, bądź wytwarzanie w tym środowisku, jednej lub więcej chlorowanych hydantoin, wybranych spomiędzy monochlorodimetylohydantoiny, di-chlorodimetylohydantoiny lub ich mieszanin, w ilości wystarczającej do uzyskania stężenia tych chlorowanych hydantoin od 20 do 100 ppm (wyrażonego jako Cb) w tym środowisku wodnym.
Natomiast w opisie patentowym PAT.228178 ujawniono sposób hamowania wzrostu biofilmu bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich z wykorzystaniem chlorkowych kompleksów Ru(IV) i Ru(VI).
N-acetylocysteina (NAC) to pochodna aminokwasu L-cysteiny o silnym działaniu przeciwutleniającym, mukolitycznym i przeciwbakteryjnym (Y. Samuni, S. Goldstein, O. M. Dean, M. Berk Biochimica et Biophysica Acta 2013, 1830 4117-4129). Jest to nietoksyczny dla człowieka związek, stosowany jako substancja czynna w wielu lekach o działaniu przeciwutleniającym i mukolitycznym, a także jako antidotum w przypadku zatruć paracetamolem (N-(4-hydroksyfenylo)acetamidem), mogących prowadzić do ostrej niewydolności wątroby (I.E. Dhouib, M. Jallouli, A. Annabi, N. Gharbi, S. EIfazaa, M.M. Lasrama Life Sciences 2016,151,359-363).
N-acetylocysteina stosowana jest także jako środek zmniejszający obrosty biologiczn e i zapobiegający powstawaniu biofilmu mikroorganizmów na powierzchniach ze stali nierdzewnej. Związek ten powoduje zmniejszenie przyczepności bakterii, a także obniża poziom wytwarzanych poza komórkowych EPS, zakłócając tym samym powstawanie biofilmów (A-C.Olofsson, M.Hermansson, H. Elwing Appl Environ Microbiol 2003, 69(8): 4814-4822). NAC, podobnie jak inne klasyczne mukolityki zawierające tiolowe grupy redukujące, powoduje degradację trójwymiarowej sieci EPS poprzez redukcję wiązań dwusiarczkowych (S-S) do wiązania sulfhydrylowego (S-H) (AM. Sadowska, J. Verbraecken, K. Darquennes, WA. DeBacker Therapeutics and Clinical Risk Management 2006,2(1), 3-18). Niektóre bakterie heterotroficzne, np. te należące do rodziny Enterobacteriaceae, wykazują aktywność desulfurazy cysteiny (H. Mihara, N. Esaki Appl Microbiol Biotechnol 2002, 60, 12-23; T. Oguri, B. Schneider, L. Reitzer J Bacteriol 2012, 194(16), 4366-4376; K. Takumi,
G. Nonaka J Bacteriol 2016, 198, 1384-1392). Aktywność takich drobnoustrojów w efekcie prowadzi do degradacji NAC i wytworzenia pirogronianu, amoniaku oraz siarczków, które mogą stanowić dla bakterii heterotroficznych źródło C i N oraz S, zwłaszcza w środowiskach wodnych, ubogich w te pierwiastki oraz prowadzić do wyraźnego zmniejszenia aktywności antybiofilmowej NAC. Wówczas, niezbędne staje się zastosowanie kombinacji NAC oraz innych związków antydrobnoustrojowych, np. odpowiednich antybiotyków. Jednak stosowanie antybiotyków w instalacjach wodnych jest niedopuszczalne.
Celem wynalazku jest dostarczenie skutecznego sposobu eradykacji biofilmów w instalacjach wodnych, w przypadku występowania bakterii heterotroficznych obniżających efektywność antybiofilmową NAC.
PL 235 567 Β1
Na potrzeby niniejszego wynalazku pochodna N-acetylocysteiny i polimerów krzemoorganicznych o wzorze 1 i nazwie chemicznej liniowy poli(2-[2-(acetyloamino)-karboksyetyltio]etylo)silseskwioksan zakończony grupami trimetylosililowymi określana będzie nazwą NAC-Si-1, pochodna o wzorze 2 i nazwie chemicznej liniowy poli(2-[2-(acetyloamino)-karboksyetyltio]etylo,metylo)siloksan zakończony grupami trimetylosililowymi określana będzie nazwą NAC-Si-2.
Pochodne N-acetylocysteiny i polimerów krzemoorganicznych: NAC-Si-1 o wzorze 1 oraz NACSi-2 o wzorze 2 są związkami otrzymanymi na drodze fotoinicjowanej addycji enotiolowej N-acetylocysteiny do odpowiednich prekursorów polimerowych z podstawnikami winylowymi [odpowiednio, poli(winylosilseskwioksanów) (Mn = 1000 Da, PDI = 1.4) oraz poli(metylowinylosiloksanów) (Mn = 1800 Da, PDI = 1.3)]. Rozpuszczalność pochodnych NAC w wodzie o pH = 7 w temperaturze 25°C wynosi: NAC-Si-1 = 12,5 mg/ml; NAC-Si-2 = 2,0 mg/ml.
Podczas badań dotyczących aktywności antybiofilmowej, nieoczekiwanie okazało się, że polimerowe pochodne N-acetylocysteiny o wzorach 1 i 2 także wykazują działanie anty-drobnoustrojowe, stanowiąc jednocześnie trudniej dostępne substraty dla bakterii w instalacjach wodnych w porównaniu do N-acetylocysteiny, biorąc pod uwagę zarówno budowę przestrzenną tych związków oraz stopień addycji molekuł NAC w cząsteczkach polimerów. Związki te są nietoksyczne dla środowiska i nie rozwijają oporności na czynniki aktywne oraz wykazują wzmocnione pasywno/aktywne właściwości przeciwdrobnoustrojowe.
Istotą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny: o wzorze 1 oraz wzorze 2 , w których R oznacza grupę N-acetylocysteinową do eradykacji biofilmów w instalacjach wodnych.
Wzór 1
Wzór 2
Korzystnie powierzchnie wewnętrzne instalacji wodnych lub zbiorników wyrównawczych traktuje się od 60 minut do 24 godzin roztworem lub zawiesiną polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny: NAC-Si-1 o wzorze 1 lub NAC-Si-2 wzorze 2, w stężeniu od 0,05% w/v do 1% w/v, w temperaturze 15-37°C, a następnie płucze się powierzchnie wodą.
Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady:
Przykład 1
W celu oceny skuteczności działania NAC oraz polimerowych pochodnych o wzorach 1 i 2 na komórki drobnoustrojów w formie planktonowej przygotowano zawiesinę bakterii Gram-ujemnych (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophila i Aeromonas hydrophile),
PL 235 567 Β1
Gram-dodatnich (Staphylococcus aureuś) oraz drożdży (Candida albicans, Saccharomyces cerevisiae i S. cerevisiae killer T158C) o gęstości 108 komórek/ml.
Zastosowano NAC oraz jej pochodne: NAC-Si-1 o wzorze 1 i NAC-Si-2 o wzorze 2, w stężeniach od 0,0625% do 0,25% w/v, w pożywkach płynnych przeznaczonych dla hodowli bakterii (TSB) oraz drożdży (MEB), a inkubacje prowadzono w czasie 24 godzin w temp. 20°C - 37°C, w zależności od rodzaju drobnoustroju. Jako kontrolę procesu wybrano ten sam materiał biologiczny, ale bez traktowania NAC lub jej polimerowymi pochodnymi. Po czasie inkubacji oznaczano poziom zmętnienia hodowli drobnoustrojów w pożywkach hodowlanych w zależności od stężenia badanych związków [°McF], a następnie wyznaczono minimalne stężenie hamujące wzrost drobnoustrojów (MIC). Na rysunku, jako Fig. 1, przedstawiono wykres z wynikami oznaczeń MIC dla N-acetylocysteiny oraz jej pochodnych NAC-Si-1 (wzór 1) i NAC-Si-2 (wzór 2) przedstawiono jako zależność: Gęstość zawiesiny komórek (°McF) = f(MIC) Wykres 1).
Wykazano, że polimerowe pochodne NAC o wzorze 1 i wzorze 2 wykazują działanie antydrobnoustrojowe. Traktowanie komórek planktonowych roztworem NAC lub jej pochodnych powoduje znaczące zahamowanie wzrostu wszystkich testowanych drobnoustrojów w stosunku do prób kontrolnych.
Przykład 2
W celu oceny działania NAC oraz jej polimerowych pochodnych na komórki bakterii Gramujemnych (E. coli) oraz Gram-dodatnich (S. aureuś) przygotowano dojrzałe formy biofilmów tych drobnoustrojów, uformowane przez 7 dni na powierzchni szklanej. Zastosowano roztwór wodny NAC oraz zawiesiny wodne polimerów NAC-Si-1 i NAC-Si-2 w stężeniu 1% w/v o temp. 25°C. Czas kontaktu zawiesiny związku aktywnego z materiałem biologicznym wynosił 60 minut. Po czasie traktowania komórek związkami NAC oznaczano liczebność żywych komórek w biofilmach metodą płytkową. Kontrolę stanowiły komórki w biofilmie nie poddane traktowaniu powyższych związków. Wyniki oznaczeń przedstawiono w tabeli.
Tabela
Liczba żywych komórek zaadherowanych do szklanego nośnika.
Typ biofilmu Liczba komórek [jtk/cm2]
Kontrola NAC Wzór 1 NAC-Si-1 Wzór 2 NAC-Si-2
E. coli 1 x 106 <1 1,3 x 104 5,3 x 104
S. aureuś 1 x 106 1,1 X 103 4 χ 103 1 x 1O1
Stwierdzono, że traktowanie biofilmów 1% roztworem lub zawiesiną pochodnych NAC powoduje zmniejszenie liczby żywych komórek w biofilmie od 2 do 5 jednostek logarytmicznych w stosunku do próby kontrolnej. Najbardziej oporny na działanie NAC był biofilm wytworzony przez S. aureuś, jednak pochodne NAC: NAC-Si-1 i działały na ten szczep na podobnym poziomie lub efektywniej, w porównaniu do substancji natywnej NAC.

Claims (2)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny o wzorze 1 i wzorze 2, w których R oznacza grupę N-acetylocysteinową, do eradykacji biofilmów w instalacjach wodnych.
    Wzór 1
    R R R
    Wzór 2
  2. 2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnie wewnętrzne instalacji wodnych lub zbiorników wyrównawczych traktuje się od 60 minut do 24 godzin roztworem lub zawiesiną polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny o wzorze 1 lub wzorze 2, o stężeniu od 0,05% w/v do 1% w/v, w temperaturze 15-37°C, a następnie płucze się powierzchnie wodą.
PL424896A 2018-03-15 2018-03-15 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny PL235567B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL424896A PL235567B1 (pl) 2018-03-15 2018-03-15 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL424896A PL235567B1 (pl) 2018-03-15 2018-03-15 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL424896A1 PL424896A1 (pl) 2019-09-23
PL235567B1 true PL235567B1 (pl) 2020-09-07

Family

ID=67979719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL424896A PL235567B1 (pl) 2018-03-15 2018-03-15 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL235567B1 (pl)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL226255B1 (pl) * 2011-07-28 2017-07-31 Univ Medyczny W Lublinie Zastosowanie medyczne N-etylo-3-amino-4-fenylo-5-okso- 2,5-dihydro-1H-pirazolo-1-karbotioamidu
PL228178B1 (pl) * 2015-03-23 2018-02-28 Univ Jana Kochanowskiego W Kielcach Wykorzystanie nowych kompleksów Ru(IV) i Ru(VI) jako inhibitorów procesu tworzenia sie biofilmu bakteryjnego

Also Published As

Publication number Publication date
PL424896A1 (pl) 2019-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lock et al. Degradation and antibacterial properties of magnesium alloys in artificial urine for potential resorbable ureteral stent applications
US8940792B2 (en) Antimicrobial composition and methods for using same
CN104310795B (zh) 一种基材表面抗菌涂层的制备方法
TW201720306A (zh) 微生物防治劑及殺蟎組成物
CZ147092A3 (en) Method of controlling the formation of biological sediments
Thomé et al. Bactericidal low density polyethylene (LDPE) urinary catheters: microbiological characterization and effectiveness
WO2003011821A2 (en) Use of cyclic heptapeptides for the inhibition of biofilm formation
Cooper et al. The potential of photo-deposited silver coatings on Foley catheters to prevent urinary tract infections
Wang et al. Evaluation of trehalase as an enhancer for a green biocide in the mitigation of Desulfovibrio vulgaris biocorrosion of carbon steel
CN106538583A (zh) 长效消毒抗菌组合物、其涂布方法和用于涂层的再生方法
Unsal et al. d-Tyrosine enhancement of microbiocide mitigation of carbon steel corrosion by a sulfate reducing bacterium biofilm
Nair et al. Inhibition and inactivation of Escherichia coli O157: H7 biofilms by Selenium
CN1788564A (zh) 一种杀菌消毒剂及其应用
CN106413398A (zh) 涂布抗微生物膜组合物
JP4288866B2 (ja) 工業用抗菌方法
Riduan et al. Evaluation of the ZnO Nanopillar Surface for Disinfection Applications
CN102696683A (zh) 使用含溶菌酶的组合物抑制含水体系中微生物生长的方法
Kozhyn et al. The activity of the disinfectant “Enzidez” against bacteria in biofilms
EP3003029A1 (fr) Composition antimicrobienne à base de silicone
Vlamakis The world of biofilms
Qi et al. Diverse reactions of aquaculture biofilter biofilms following acute high-dose peracetic acid
Turetgen et al. The efficacy of nano silver sulfadiazine and nano benzalkonium chloride on heterotrophic biofilms
GB2353522A (en) Water sterilisation using biocides
Rad et al. Allicin prevents the formation of Proteus-induced urinary crystals and the blockage of catheter in a bladder model in vitro
Hjelm et al. Comparison of adhesion of the food spoilage bacterium Shewanella putrefaciens to stainless steel and silver surfaces