actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2022-7.3.14actabiomedica-3560Research ArticleМИКРОБИОЛОГИЯ И ВИРУСОЛОГИЯMICROBIOLOGY AND VIRUSOLOGYАнтибактериальная и антибиоплёночная активность полифункциональных производных бензимидазолаAntibacterial and antibiofilm activity of polyfunctional benzimidazole derivativeshttps://orcid.org/0000-0001-9522-010XЗайцеваЮ. В.ZaitsevaYu. V.

 кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экобиомониторинга и контроля качества, доцент кафедры ботаники и микробиологии

150003, г. Ярославль, ул. Советская, 14, Россия 

Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Ecobiomonitoring and Quality Control, Associate Professor at the Department of Botany and Microbiology

Sovetskaya str. 14, Yaroslavl 150003, Russian Federation 

zjv9@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9109-023XЕгоровД. О.EgorovD. O.

 аспирант кафедры ботаники и микробиологии

150003, г. Ярославль, ул. Советская, 14, Россия 

 Postgraduate at the Department of Botany and Microbiology 

Sovetskaya str. 14, Yaroslavl 150003, Russian Federation 

egorovv97@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4610-9744БегуновР. С.BegunovR. S.

 кандидат химических наук, доцент Института фундаментальной и прикладной химии

150003, г. Ярославль, ул. Советская, 14, Россия 

 Cand. Sc. (Chem.), Associate Professor at the Institute of Fundamental and Applied Chemistry 

Sovetskaya str. 14, Yaroslavl 150003, Russian Federation 

begunov@bio.uniyar.ac.ruХлопотининА. И.KhlopotininA. I.

 аспирант Института фундаментальной и прикладной химии

150003, г. Ярославль, ул. Советская, 14, Россия 

 Postgraduate at the Institute of Fundamental and Applied Chemistry 

 Sovetskaya str. 14, Yaroslavl 150003, Russian Federation 

mouthleg547@gmail.comФГБОУ ВО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова»P.G. Demidov Yaroslavl State University20220507202273134141Copyright © Зайцева Ю.В., Егоров Д.О., Бегунов Р.С., Хлопотинин А.И., 20222022Зайцева Ю.В., Егоров Д.О., Бегунов Р.С., Хлопотинин А.И.Zaitseva Y.V., Egorov D.O., Begunov R.S., Khlopotinin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/3560

Обоснование. Соединения на основе конденсированных производных имидазола могут стать основой для разработки клинических терапевтических средств нового поколения для более эффективного лечения резистентных бактериальных инфекций человека. Для этого необходимо проведение исследований, включающих дизайн, синтез и скрининг биологически активных соединений этой группы.Цель исследования. Изучение влияния полифункциональных производных бензимидазола на выживаемость культуры Escherichia coli AB1157 и её способность формировать биоплёнки.Методы. Антибактериальную активность исследуемых соединений оценивали с использованием метода серийных разведений. Моделирование формирования биоплёнок производилось в лунках иммунологического планшета с последующим окрашиванием биомассы кристаллическим фиолетовым.Результаты. Было продемонстрировано наличие ингибирующей активности у некоторых из исследуемых соединений на образование биоплёнок грамотрицательной бактерией E. coli AB1157. Наиболее выраженный ингибирующий эффект на биоплёнки E. coli АВ1157 оказывал 5-бром-2- (трифторметил)-1-H-бензимидазол. Уровень образования биоплёнок снижался в 2–4 раза в районе концентраций 15–60 мкг/мл и в 8–10 раз – при концентрациях 125 мкг/мл и выше.Заключение. Представленная работа расширяет знания о биологической активности бензимидазолов. Полученные результаты показывают, что производные бензимидазолов являются хорошими кандидатами для разработки новых препаратов против биоплёнок. Полученные данные представляют практический интерес и нуждаются в дальнейшем изучении.

Introduction. Compounds based on fused imidazole derivatives can become the basis for the development of a new generation of clinical therapeutic agents for more effective treatment of resistant human bacterial infections. This requires research, including the design, synthesis, and screening of biologically active compounds of this group.The aim. To study the effect of polyfunctional benzimidazole derivatives on the survival of Escherichia coli AB1157 culture and its ability to form biofilms.Methods. The antibacterial activity of the studied compounds was evaluated using the serial dilution method. Modeling of the formation of biofilms was carried out in the wells of an immunological plate with subsequent staining of the biomass with crystal violet.Results. The inhibitory activity of some of the studied compounds on the formation of biofilms by the Gram-negative bacterium E. coli AB1157 was demonstrated. The most pronounced inhibitory effect on E. coli AB1157 biofilms was exerted by 5-bromo-2-(trifluoromethyl)-1-H-benzimidazole. The level of biofilm formation decreased by 2–4 times in the area of concentrations of 15–60 µg/ml and by 8–10 times at concentrations of 125 µg/ml and above.Conclusion. The presented work expands the knowledge about the biological activity of benzimidazoles. The obtained results show that benzimidazole derivatives are good candidates for the development of new drugs against biofilms. The data obtained are of practical interest and need further study.

полифункциональные производные бензимидазолабиоплёнкиантибактериальная активностьEscherichia colipolyfunctional benzimidazole derivativesbiofilmsantibacterial activityEscherichia coliИсследование выполнено в рамках Программы развития ФГБОУ ВО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова», проект № П2-К-1-Г-1/2021.ReferencesMaunders E, Welch M. Matrix exopolysaccharides; the sticky side of biofilm formation. FEMS Microbiol Lett. 2017; 364(13): fnx120. doi: 10.1093/femsle/fnx120Maunders E, Welch M. Matrix exopolysaccharides; the sticky side of biofilm formation. FEMS Microbiol Lett. 2017; 364(13): fnx120. doi: 10.1093/femsle/fnx120Wu H, Moser C, Wang HZ, Høiby N, Song ZJ. Strategies for combating bacterial biofilm infections. Int J Oral Sci. 2015; 7(1): 1-7. doi: 10.1038/ijos.2014.65Wu H, Moser C, Wang HZ, Høiby N, Song ZJ. Strategies for combating bacterial biofilm infections. Int J Oral Sci. 2015; 7(1):Davies D. Understanding biofilm resistance to antibacterial agents. Nat Rev Drug Discov. 2003; 2(2): 114-122. doi: 10.1038/nrd10081-7. doi: 10.1038/ijos.2014.65Høiby N, Ciofu O, Johansen HK, Song ZJ, Moser C, Jensen PØ, et al. The clinical impact of bacterial biofilms. Int J Oral Sci. 2011; 3(2): 55-65. doi: 10.4248/IJOS11026Davies D. Understanding biofilm resistance to antibacterial agents. Nat Rev Drug Discov. 2003; 2(2): 114-122. doi: 10.1038/nrd1008Jabłońska-Wawrzycka A, Rogala P, Czerwonka G, Gałczyńska K, Drabik M, Dańczuk M. Ruthenium complexes with 2-pyridin-2-yl-1H-benzimidazole as potential antimicrobial agents: Correlation between chemical properties and antibiofilm effects. Int J Mol Sci. 2021; 22(18): 10113. doi: 10.3390/ijms221810113Høiby N, Ciofu O, Johansen HK, Song ZJ, Moser C, Jensen PØ, et al. The clinical impact of bacterial biofilms. Int J Oral Sci. 2011; 3(2): 55-65. doi: 10.4248/IJOS11026Sambanthamoorthy K, Gokhale AA, Lao W, Parashar V, Neiditch MB, Semmelhack MF, et al. Identification of a novel benzimidazole that inhibits bacterial biofilm formation in a broad-spectrum manner. Antimicrob Agents Chemother. 2011; 55(9): 4369-4378. doi: 10.1128/AAC.00583-11Jabłońska-Wawrzycka A, Rogala P, Czerwonka G, Gałczyńska K, Drabik M, Dańczuk M. Ruthenium complexes with 2-pyridin-2-yl-1H-benzimidazole as potential antimicrobial agents: Correlation between chemical properties and anti-biofilm effects. Int J Mol Sci. 2021; 22(18): 10113. doi: 10.3390/ijms221810113Shrestha L, Kayama S, Sasaki M, Kato F, Hisatsune J, Tsuruda K, et al. Inhibitory effects of antibiofilm compound 1 against Staphylococcus aureus biofilms. Microbiol Immunol. 2016; 60(3): 148-159. doi: 10.1111/1348-0421.12359Sambanthamoorthy K, Gokhale AA, Lao W, Parashar V, Neiditch MB, Semmelhack MF, et al. Identification of a novel benzimidazole that inhibits bacterial biofilm formation in a broad-spectrum manner. Antimicrob Agents Chemother. 2011; 55(9): 4369-4378. doi: 10.1128/AAC.00583-11Zha GF, Preetham HD, Rangappa S, Sharath Kumar KS, Girish YR, Rakesh KP, et al. Benzimidazole analogues as efficient arsenals in war against methicillin-resistance staphylococcus aureus (MRSA) and its SAR studies. Bioorg Chem. 2021; 115: 105175. doi: 10.1016/j.bioorg.2021.105175Shrestha L, Kayama S, Sasaki M, Kato F, Hisatsune J, Tsuruda K, et al. Inhibitory effects of antibiofilm compound 1 against Staphylococcus aureus biofilms. Microbiol Immunol. 2016; 60(3): 148-159. doi: 10.1111/1348-0421.12359Song D, Ma S. Recent development of benzimidazolecontaining antibacterial agents. ChemMedChem. 2016; 11(7): 646-659. doi: 10.1002/cmdc.201600041Zha GF, Preetham HD, Rangappa S, Sharath Kumar KS, Girish YR, Rakesh KP, et al. Benzimidazole analogues as efficient arsenals in war against methicillin-resistance staphylococcus aureus (MRSA) and its SAR studies. Bioorg Chem. 2021; 115: 105175. doi: 10.1016/j.bioorg.2021.105175Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам: методические указания. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004.Song D, Ma S. Recent development of benzimidazolecontaining antibacterial agents. ChemMedChem. 2016; 11(7): 646-659. doi: 10.1002/cmdc.201600041Hoffman LR, D’Argenio DA, MacCoss MJ, Zhang Z, Jones RA, Miller SI. Aminoglycoside antibiotics induce bacterial biofilm formation. Nature. 2005; 436(7054): 1171-1175. doi: 10.1038/nature03912Determination of the sensitivity of microorganisms to antibacterial drugs: Guidelines. Moscow: Federal Center for State Sanitary and Epidemiological Surveillance of the Ministry of Health of Russia, 2004. (In Russ.).Zaitseva J, Granik V, Belik A, Koksharova O, Khmel I. Effect of nitrofurans and NO generators on biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa PAO1 and Burkholderia cenocepacia 370. Res Microbiol. 2009; 160(5): 353-357. doi: 10.1016/j.resmic.2009.04.007Hoffman LR, D’Argenio DA, MacCoss MJ, Zhang Z, Jones RA, Miller SI. Aminoglycoside antibiotics induce bacterial biofilm formation. Nature. 2005; 436(7054): 1171-1175. doi: 10.1038/nature03912BansalY, Kaur M, Bansal G. Antimicrobial potential of benzimidazole derived molecules. Mini Rev Med Chem. 2019; 19(8): 624-646. doi: 10.2174/1389557517666171101104024Zaitseva J, Granik V, Belik A, Koksharova O, Khmel I. Effect of nitrofurans and NO generators on biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa PAO1 and Burkholderia cenocepacia 370. Res Microbiol. 2009; 160(5): 353-357. doi: 10.1016/j.resmic.2009.04.007BansalY, Kaur M, Bansal G. Antimicrobial potential of benzimidazole derived molecules. Mini Rev Med Chem. 2019; 19(8): 624-646. doi: 10.2174/1389557517666171101104024BansalY, Kaur M, Bansal G. Antimicrobial potential of benzimidazole derived molecules. Mini Rev Med Chem. 2019; 19(8): 624-646. doi: 10.2174/1389557517666171101104024

The authors declare that there are no conflicts of interest present.