Methylglyoxal bis-thiosemicarbazonesの抗マイコプラズマ活性に関する研究 Studies on the antimycoplasmal activity of methylglyoxal bis-thiosemicarbazones

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著者

    • 福安, 嗣昭 フクヤス, ツグアキ

書誌事項

タイトル

Methylglyoxal bis-thiosemicarbazonesの抗マイコプラズマ活性に関する研究

タイトル別名

Studies on the antimycoplasmal activity of methylglyoxal bis-thiosemicarbazones

著者名

福安, 嗣昭

著者別名

フクヤス, ツグアキ

学位授与大学

麻布大学

取得学位

獣医学博士

学位授与番号

乙第242号

学位授与年月日

1986-05-07

注記・抄録

博士論文

抗生物質や抗菌性薬剤は,獣医領域において家畜の疾病予防および治療をはじめ,発育促進や飼料効率の改善などきわめて広範囲かつ大量に使用され,家畜の生産性の向上に大きく貢献している。しかしながら一方,このような大量使用により薬剤耐性菌の出現や伝達性薬剤耐性因子(Rプラスミッド)保有菌の増加などが,家畜衛生上および公衆衛生上重要な問題として提起されるようになった。 さて,家畜の慢性呼吸器病の病原体として重視されているマイコプラズマに対しては,マクロライド系やテトラサイクリン系抗生物質あるいはニトロフラン剤などの合成抗菌剤などが使用されてきたが,近年これら薬剤に対して耐性を示すマイコプラズマの出現が他の病原細菌と同様に明らかにされ,この対策が強く望まれている。 そこで,新しい型の抗マイコプラズマ剤を見出すため,1970年より土壌微生物の培養生産物や種々の合成化合物などについて評価試験を実施した。その結果,Thiosemicarbazone類(TS)に極めて強い抗マイコプラズマ活性のあることを究明した。このTSは,Amidinohydrazone類(AH)と化学構造的に類似し,AHのアミジノ部位をイオウ(S)に置換されたものである。しかし,これら両系統の化合物の性状の差は,AHが一般に塩酸塩として合成され水溶性であるのに対し,TSは水に難溶性である。 これまでに,TSおよびAHの生物学的活性,特に抗菌活性,抗原虫活性および抗ウィルス活性については明らかにされているものの抗マイコプラズマ活性については明らかでなかった。そこで,TSおよびAH化合物114種について抗マイコプラズマ活性を試験し,これら化合物の構造と活性との関係について追究した。 さらに,試験管内で有効性が明らかにされた化合物について,動物生体に投与した時の薬物の動態,特に血中濃度を指標にした腸管吸収性とニワトリの呼吸器性マイコプラズマ症およびマウスのマイコプラズマ性肺炎の人工感染モデルにおける生体内での有効性について追究し新たな知見を得た。 その概要を述べれば以下のとおりである。1.供試化合物の抗マイコプラズマ活性について 供試化合物114種(TS39化合物,AH75化合物)について,Mycoplasma gallisepticum 4株に対する最小阻止濃度(MIC)を液体培地希釈法により測定し,各供試化合物の抗マイコプラズマ活性を比較検討した。(1) 供試化合物の中で,α-Ketoaldehyde bis-TSは、極めて強い抗マイコプラズマ活性を示した。特に、Methylglyoxal bis-TSのMICは0.0039~0.0078μg/mlで一連の供試化合物の中で最強の活性を示した。次いで,Phenylglyoxal体、Hydroxymethylglyoxal体,Hydroxyphenylglyoxal体の順であった。これらはいずれも0.1μg/ml以下のMICであり,マクロライド感受性および耐性マイコプラズマの両者に対して同等な活性を示した。(2) Methylglyoxal bis-TS化合物の4位の置換基では,メチル基およびエチル基が最も強い活性を有し,ハイドロキシメチル基,ブチル基,フェニル基の順に活性が低下することを明らかにした。(3) TSの抗マイコプラズマ活性発現において,その分子中の>C=C<構造とアルコキシ基が重要な役割を果たしていることを明らかにした。(4) AHのBenzalacetone体,Acetophenone体および、Benzaldehyde体化合物は,Benzalacetone体のパラニトロ体およびパラクロル体が比較的強い活性を示し,そのMICは3.12~6.25μg/mlであった。また,フェニル環の置換部位ではパラ位化合物の活性が強く,メタ位,オルト位の順に活性が低下した。(5) AHの抗マイコプラズマ活性発現においてもTSと同様に,その分子中の>C=C<構造が重要な役割を果たしていることを明らかにした。(6) AHのアルコキシ体は非アルコキシ体に比較して強い活性が認められた。それはアルコキシ体では脂溶性が付与されるために,細胞膜の透過性の増加が大きく関与していることが考えられた。さらに,アルコキシ体の中で、アルコキシの炭素数が5であるペンチル基(C_5 H_11)が最強の抗マイコプラズマ活性,MIC3.12~6.25μg/mlを示し,この化合物より炭素数が増加あるいは減少した化合物では抗マイコプラズマが低下することを明らかにした。2.α-Ketoaldehyde bis-TS類の動物生体内における動態について 試験管内でマイコプラズマに対して強い活性を示したα-Ketoaldehyde bis-TSの8化合物について,マウスおよびブタにそれぞれ体重(kg),あたり100mgを経口投与し,経時的に各動物の血中濃度を測定することにより,これら化合物の腸管吸収性を検討した。さらに,飼料中に化合物をそれぞれ1kgあたり20mg添加し,これをブタに給与し(飼料添加法),供試化合物の血中濃度の推移についても試験した。(1) マウスおよびブタで腸管吸収される化合物は,Methylglyoxal bis(4-methyl-TS)とMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS)の2化合物であることを明らかにした。(2) ブタにおけるこれら化合物の血中濃度の推移を数式化した。すなわち,体重(kg)あたり100mgを経口投与した時の経時的(経口投与後の時間;t,hours)な血中濃度(経口投与t時間後における濃度;Ct,μg/ml)の推移は,それぞれMethylglyoxal bis(4-methyl-TS): Ct=7.986e^-0.053t -7.995e^-0.117tMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS): Ct=82.60e^-0.097t -117.55e^-0.151t +35.19e^-0.295tの一般式で表わせることを明らかにした。 これらから,Methylglyoxal bis(4-methyl-TS)およびMethyl-glyoxal bis(4-ethyl-TS)の最高血中濃度に達する時間は,それぞれ投与12.4時間後および投与13.0時間後であり,その最高血中濃度は2.27μg/mlと7.66μg/mlであった。また,腸管吸収速度および血中からの消失速度に関して,Methylglyoxal bis(4-ethyl-TS)は,Methylglyoxal bis(4-methyl-TS)より,それぞれ約1.3倍,約1.6倍速く,これら化合物の血中における生物学的半減期は,それぞれ8.3時間および13.1時間であることを推定した。(3) これら化合物を飼料添加によりブタに投与した場合,腸管吸収速度および血中からの消失速度が速いMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS)よりも,それらの速度の遅いMethylglyoxal bis(4-methyl-TS)の方が,より高い血中濃度を長時間維持することを明らかにした。3.マイコプラズマ感染症に対するMethylglyoxal bis-TS類の効果について 抗マイコプラズマ活性に関する試験の結果,強い活性を示し,しかも腸管吸収されるMethylglyoxal bis(4-methyl-TS)とMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS)について,人工感染マイコプラズマ症に対する効果を検討した。ニワトリでは,Mycoplasma gallisepticumによる呼吸器性マイコプラズマ症およびマウスではMycoplasma pulmonisによるマイコプラズマ性肺炎について試験した。(1) ニワトリの呼吸器性マイコプラズマ症に対して,Methylglyoxal bis(4-methyl-TS)5ppm以上の添加飼料を給与することにより気嚢炎の発症を有意に阻止した。また,5ppm添加では呼吸器系器官からマイコプラズマを減少,消失させるに至らなかったが,しかし,25ppm添加ではこれら器官からマイコプラズマが減少することを明らかにした。(2) マウスのマイコプラズマ性肺炎に対して,Methylglyoxal bis(4-methyl-TS)およびMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS)ともに,それぞれ2mg/マウス,5回の経口投与と50ppm添加飼料の給与を併用することにより,肺炎の発症を有意に阻止した。さらに,これら感染予防試験において,血清学的検討をした結果,抗マイコプラズマ剤を投与したマウスの血中CF抗体価とその肺病変の程度との関係は,必ずしも平行しないことを明らかにした。 以上の研究結果から,試験管内および動物生体内においてマイコプラズマに対し有効な新しい型の化合物であるMethylglyoxal bis(4-methyl-TS)およびMethylglyoxal bis(4-ethy1-TS)を見出すことができた。しかも,これら化合物の抗マイコプラズマ活性の発現にはその分子中の>C=C<構造,アルコキシ体などの誘導体化合物の炭素数および置換基などが大きな影響を与えていることを明らかにした。 さらに,α-Ketoaldehyde bis-TS類の腸管吸収性においても,その化学構造が影響し,Methylglyoxal体は腸管吸収されるものの,分子量がこれより大きな化合物Phenylglyoxal体,Hydroxymethylglyoxal体,Hydroxyphenylglyoxal体では腸管吸収されないことを明らかにした。これら試験管内の抗マイコプラズマ活性および動物生体内における腸管吸収性や血中濃度などの試験結果から選抜された化合物,すなわちMethylglyoxal bis(4-methyl-TS)およびMethylglyoxal bis(4-ethyl-TS)は,いずれも実験的マイコプラズマ感染症に対して有効であることが明らかにできた。 このような化合物の構造とその活性の関係あるいは腸管吸収性などに関する一連の研究は,今後,抗マイコプラズマ剤をはじめ化学療法剤研究の基礎的データの一端になるものと確信する。

Antibiotics and antibacterial drugs have been used extensively in veterinary medicine and livestock breeding for both therapeutic and prophylactic purposes and also for the promotion of growth and for the improvement of feed efficiency. In consequence, the occurrence of drug-resistant bacteria and transferable drug-resistance factors (R plasmids) has been wide, and has brought about serious problems in the field of both animal and public health. At present, effective chemotherapeutics against Mycoplasma include antibiotics of the tetracyclines and macrolides groups and synthetics antibacterial agents as nitrofurans. It has been clarified, however, that some Mycoplasma strains, as well as some bacterial strains, have been proved to be resistant to those drugs. Then, to find new and effective antimycoplasmal substance, since 1970, the author has examined the antimycoplasmal activity of many fermentative samples of soil microorganisms and various synthetic chemical preparations. It was found, as described in this thesis, that two novel thiosemicarbazone (TS) compounds had a very strong antimycoplasmal activity in vitro. The chemical structure of these TS compounds are similar to that of amidinohydrazone (AH) compounds which also have antimycoplasmal activity to some extent. Namely, their imino groups in the amidino moiety are substituted by sulfur atoms. AH and TS are different in their simple physicochemical properties. For example, All is generally water soluble and prepared as hydrochloride, while TS is hardly soluble in water. The biological activities, especially antibacterial, antiprotozoal and antiviral activities, of AH and TS have been clarified up to this time. Nothing has been known, however, about the antimycoplasmal activity of AH and TS. In this study, a total of 114 chemical compounds of AH and TS were examined for antimycoplasmal activity in vitro. These compounds which were found to have antimycoplasmal activity in vitro, were further examined for the absorption in the intestinal tract of mice and pigs. Moreover, two TS compounds were examined for the antimycoplasmal efficacy in vivo by using chickens with experimental respiratory mycoplasmosis and mice with mycoplasmal pneumonia. The results of this study are summarized as follows.1. In vitro antimycoplasmal activities of the test compounds. A total of 114 test compounds (75 AH and 39 TS compounds) were subjected to the estimation of the minimum inhibitory concentration (MIC) against four strains, S-6, KP-13, CH-3T and 4AS, of Mycoplasma gallisepticum by using the liquid medium dilution method. The antimycoplasmal activities estimated were compared with one another. 1) In AH compounds, including benzalacetone, acetophenone and benzaldehyde, the p-nitro and p-chlor forms of benzalacetone compounds have comparatively stronger antimycoplasmal activity. The MIC's of the derivatives were 3.12 ~ 6.25 μg/ml. As for the substitution of the benzene position, the para position exhibited stronger antimycoplasmal activity than the meta or the ortho position. 2) It was evident that the > C = C < structure of AH played an important role in the activity of AH against Mycoplasma. This role was as important as the function of this structure against bacteria or fungi. 3) AH possessing an alkoxy group had stronger activity than AH compounds lacking this group. It was speculated that the introduction of an alkoxy group to the AH derivative might increase its transferable properties through the cell membrane of the Mycoplasma organisms. 4) It was shown that bis-AH had little activity against Mycoplasma. Then, the substitution of amidino moiety did not greatly increase its antimycoplasmal activity. 5) The TS derivatives of benzalacetone, acetophenone and benzaldehyde had weaker activities against Mycoplasma than the similar derivatives of AH. The antimycoplasmal activity of TS might also be closely related to their > C = C < structures and the alkoxy radical. 6) Alpha-ketoaldehyde bis-TS derivatives, unlike AH, had very strong efficacy against Mycoplasma. Methylglyoxal bis-TS derivatives in them had the strongest and most striking efficacy against Mycoplasma. In a series of synthetic preparation of this study, their MIC's were 0.0039 ~ 0.0078 μg/ml. The antimycoplasmal activity decreased in methylglyoxal, phenylglyoxal, hydroxymethylglyoxal and hydroxyphenylglyoxal compounds, in the order listed, in the α-ketoaldehyde bis-TS derivatives. Their MIC's, however, were less than 0.1 μg/ml. Furthermore, these derivatives showed strong activity against Mycoplasma strains sensitive or resistant to the macrolide antibiotics. It was demonstrated that the introduction of a methyl or an ethyl on the 4-position of the methylglyoxal bis-TS produced the strongest and most striking efficacy against Mycoplasma.2. The absorption of antimycoplasmal compounds through the intestinal tract. Eight synthetic compounds belonging to the α-ketoaldehyde bis-TS group were selected for these studies. These compounds all exhibited fairly strong antimycoplasmal activity in vitro. The absorption of these compounds through the intestinal tract of mice and pigs was estimated and compared with one another. 1) It was observed that two of eight compounds were effectively absorbed into the blood. The two compounds were methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis(4-ethyl-TS). It was presumed that the chemical structure, the molecular weights and the method of bio-assay were possible reasons for the lack of absorption through the intestinal tract in mice and pigs. 2) It was demonstrated that the concentration of methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis (4-ethyl-TS) in the blood could be expressed by means of a mathematical formula. When these test compounds were administered orally to pigs at the dose of 100 mg per kilogram of body weight, it was estimated that a rise and fall in the blood concentration of these test compounds were expressed as the following general formulae. methylglyoxal bis(4-methyl-TS): Ct=7.986e^-0.053t -7.995e^-0.117t methylglyoxal bis(4-ethyl-TS): Ct=82.60e^-0.097t -117.55e^-0.151t +35.19e^-0.295tThese formulae were used to calculate the times required for methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis (4-ethyl-TS) to reach the highest concentration in the blood after oral administration. The times required of the two compounds were 12.4 and 13.0 hours, respectively, and the highest blood concentrations at those times were 2.27 and 7.66 μg/ml, respectively. It was estimated that the biological half-life periods of the compounds in vivo were 13.1 and 8.3 hours, respectively, in oral administration. 3) With the administration in the form of feed additives, methylglyoxal bis (4-methyl-TS) showed a higher level and a longer lasting characteristic in the blood than methylglyoxal bis(4-ethyl-TS).3. The efficacy of antimycoplasmal compounds on the experimental mycoplasmal infection. Methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis(4-ethyl-TS) which possessed stronger antimycoplasmal activity in vitro and proficiency in passing through the intestinal tract of mice and pigs, were examined for their efficacies against respiratory mycoplasmosis of chickens and mycoplasmal pneumonia of mice. 1) Methylglyoxal bis (4-methyl-TS) was very effective in preventing gross air-sac lesions when it was administered to chickens with respiratory mycoplasmosis at the level of five grams per ton of feed. This level, however, could not elicit the decrease in number or the disappearance of Mycoplasma organisms from the respiratory organs. The administration of a level of twenty-five grams of the compound per ton of feed decreased in number of Mycoplasma organisms in these organs of infected chickens. 2) It also was evident that methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis (4-ethyl-TS) prevented experimental mice significantly from manifesting any clinical symptoms of mycoplasmal pneumonia. From these results, the two synthetic compounds appear to be worthy of further study as to their possible efficacies against other animal mycoplasmal infections. In conclusion, the eight compounds belonging to the α-ketoaldehyde bis-TS of 114 compounds exhibited fairly strong antimycoplasmal activity. Of them, two compounds of methylglyoxal bis-TS were effectively absorbed into the blood through the intestinal tract in mice and pigs. A series of studies were carried out to clarify the relationship between the structure of each α-ketoaldehyde bis-TS and its activity or its absorption from the intestinal tract. These two compounds were demonstrated to have an effect to inhibit clinical symptoms in experimental respiratory mycoplasmosis of chickens and mycoplasmal pneumonia of mice. From these results, it was concluded that the two compounds, methylglyoxal bis (4-methyl-TS) and methylglyoxal bis (4-ethyl-TS), were new type antimycoplasmal substances. The results obtained are believed to serve as basic data for further studies on the development of antimycoplasmal and other chemotherapeutic agents.

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  • NII論文ID(NAID)
    500000004089
  • NII著者ID(NRID)
    • 8000000004089
  • 本文言語コード
    • jpn
  • NDL書誌ID
    • 000000168403
  • データ提供元
    • 機関リポジトリ
    • NDL-OPAC
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