Synthesis and Antimicrobial Activity of Thiosulfinates, Allicin Analogues

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Diallyl thiosulfinate (allicin) effectively inhibits the growth of various microorganisms, including antibiotic-resistant strains, so it can be considered a broad-spectrum antimicrobial compound. However, its instability in the bloodstream hinders its use as a therapeutic agent. We have synthesized a number of allicin analogues, both natural and synthetic, and evaluated in vitro their antimicrobial properties against Staphylococcus aureus and Candida albicans. The synthesized compounds were shown to exhibited more pronounced antifungal activity than antibacterial one. Among the compounds obtained, synthetic di-(2,2,2-trichloroethyl) ester of 3,3'-[(thio)sulfinyl]dipropionic acid effectively inhibited the growth of both fungi and bacteria at concentrations comparable to those of known antimicrobial agents used in medical practice.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. M. Puchkov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

A. D. Lyfenko

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

V. S. Koval

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

S. V. Revtovich

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

V. V. Kulikova

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

N. V. Anufrieva

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

A. S. Zemskaya

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

E. A. Morozova

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

P. N. Solyev

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: elmorozova@yahoo.com
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Hall-Stoodley L., Costerton J.W., Stoodley P. (2004) Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nat. Rev. Microbiol. 2, 95–108.
  2. Nobile C.J., Johnson A.D. (2015) Candida albicans biofilms and human disease. Annu. Rev. Microbiol. 69, 71–92.
  3. Wolcott R., Costerton J.W., Raoult D., Culter S.J. (2013) The polymicrobial nature of biofilm infection. Clin. Microbiol. Infect. 19, 107–112.
  4. Goetghebeur M., Landry P.A., Han D., Vicente C. (2007) Methicillin resistant Staphylococcus aureus: a public health issue with economic consequences. Can. J. Infect. Dis. Med. Microbiol. 18, 27–34.
  5. Silva-Santana G., Lenzi-Almeida K.C., Lopes V.G.S., Aguiar-Alves F. (2016) Biofilm formation in catheter-related infections by panton-valentine leukocidin-producing Staphylococcus aureus. Int. Microbiol. 19, 199–207.
  6. Peters B.M., Jabra-Rizk M.A., O’May G.A., Costerton J.W., Shirtliff M.E. (2012) Polymicrobial interactions in biofilms: impact on pathogenesis and human disease. Clin. Microbiol. Rev. 25, 193–213.
  7. Klotz S.A., Chasin B.S., Powell B., Gaur N.K., Lipke P.N. (2007) Polymicrobial bloodstream infections involving Candida species: analysis of patients and review of the literature. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 59, 401–406.
  8. Pfaller M.A., Diekema D.J. (2007) Epidemiology of invasive candidiasis: a persistent public health problem. Clin. Microbiol. Rev. 20, 133–163.
  9. Harriott M.M., Noverr M.C. (2010) Ability of Candida albicans mutants to induce Staphylococcus aureus vancomycin resistance during polymicrobial biofilm formation. Antimicrob. Agents Chemother. 54, 3746–3755.
  10. Lebeaux D., Ghigo J.M., Beloin C. (2014) Biofilm-related infections: bridging the gap between clinical management and fundamental aspects of recalcitrance toward antibiotics. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 78, 510–543.
  11. Borlinghaus J., Albrecht F., Gruhlke M.C.H., Nwachukwu I.D., Slusarenko A.J. (2014) Allicin: chemistry and biological properties. Molecules. 19, 12591‒12618.
  12. Sharifi-Rad J., Hoseini Alfatemi S., Sharifi Rad M., Iriti M. (2014) Antimicrobial synergic effect of allicin and silver nanoparticles on skin infection caused by methicillin-resistant Staphylococcus aureus spp. Ann. Med. Health Sci. Res. 4(6), 863–868.
  13. Muller A., Eller J., Albrecht F., Prochnow P., Kuhlmann K., Bandow J.E., Slusarenko A.J., Leichert L.I.O. (2016) Allicin induces thiol stress in bacteria through S-allylmercapto modification of protein systeines. J. Biol. Chem. 291, 11477–11490.
  14. Leontiev R., Hohaus N., Jacob C., Gruhlke M.C.H., Slusarenko A.J. (2018) A comparison of the antibacterial and antifungal activities of thiosulfinate analogues of allicin. Sci. Rep. 8, 6763.
  15. Revtovich S., Morozova E., Kulikova V., Koval V., Anufrieva N., Nikulin A., Demidkina T. (2020) Sulfoxides of sulfur-containing amino acids are suicide substrates of Citrobacter freundii methionine γ-lyase. Structural bases of the enzyme inactivation. Biochimie. 168, 190–197.
  16. Anufrieva N.V., Morozova E.A., Kulikova V.V., Bazhulina N.P., Manukhov I.V., Degtev D.I., Gnuchikh E.Y., Rodionov A.N., Zavilgelsky G.B., Demidkina T.V. (2015) Sulfoxides, analogues of L-methionine and L-cysteine as pro-drugs against Gram-positive and Gram-negative bacteria. Acta Naturae. 7(27), 128–135.
  17. Revtovich S., Lyfenko A., Tkachev Y., Kulikova V., Koval V., Puchkov V., Anufrieva N., Solyev P., Morozova E. (2023) Anticandidal activity of in situ methionine γ-lyase-based thiosulfinate generation system vs. synthetic thiosulfinates. Pharmaceuticals. 16(12), 1695.
  18. (2008) M27-A3 Reference method for broth dilution antifungal susceptibility testing of yeasts; approved standard. (2008) National Committee for Clinical and Laboratory Standards, Wayne PA. 28(14). https://clsi.org/media/1461/m27a3_sample.pdf
  19. (2018) M07–A11 Methods for dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically; approved standard. Clinical and Laboratory Standards Institute, Wayne PA. 11th edition. 38(2). https://clsi.org/media/1928/m07ed11_sample.pdf
  20. Marinescu M., Popa C.V. (2022) Pyridine compounds with antimicrobial and antiviral activities. Int. J. Mol. Sci. 23(10), 5659.
  21. Karunanidhi A., Ghaznavi-Rad E., Jeevajothi Nathan J., Joseph N., Chigurupati S., Mohd Fauzi F., Pichika M.R., Hamat R.A., Lung L.T.T., van Belkum A., Neela V. (2019) Bioactive 2-(methyldithio)oyridine-3-carbonitrile from persian shallot (Allium stipitatum Regel.) exerts broad-spectrum antimicrobial activity. Molecules. 24(6), 1003.
  22. Roseblade A., Ung A., Bebawy M. (2017) Synthesis and in vitro biological evaluation of thiosulfinate derivatives for the treatment of human multidrug-resistant breast cancer. Acta Pharm. Sinica. 38(10), 1353–1368.
  23. Stellenboom N., Hunter R., Caira M.R., Bourne S.A., Cele, K. Qwebani T., le Roex T. (2007) Synthesis and inclusion of S-aryl alkylthiosulfinates as stable allicin mimics. ARKIVOC. 9, 53–63.
  24. Mehendale H.M. (2010) 7.19 ‒ Halogenated hydrocarbons. In: Comprehensive Toxicology, 2nd edition, vol. 7. Ed. McQueen C.A. Elsevier, pp. 459–474. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-046884-6.00824-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of synthesis of thiosulfinates. Reagents and general conditions: (i) H2O2, HCOOH, 0°C; (ii) m-CPBA, CH2Cl2, -78°C → 0°C; (iii) ROH, boiling, H2SO4. The output of the product is indicated in parentheses. Designations: Me ‒ methyl group, Et ‒ ethyl group, Pr ‒ propyl group, Allyl ‒ allyl group, Py-N-oxide ‒ pyridine-N-oxide, propionic acid ‒ propionic acid.

Download (148KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».