KR102361131B1 - Composition for antibacterial activity of multi-drug resistant bacteria - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항생제 내성 균주에 대해 항균활성을 갖는 항균용 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 그람 양성균의 다제내성균의 세포막을 표적으로 하는 항균활성을 나타내는 항균성 화합물을 포함하는 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 조성물은 양전하를 띤 지질친화성 양이온 화합물이면서 미토콘드리아를 표적하는 트리페닐포스포니움(TPP+)을 포함하고 있어 박테리아의 세포막 음이온성 지질을 표적하는 것을 특징으로 하며, 그람양성 박테리아 특히 황색포도상구균 및 메타실린 내성 황색포도상구균에 낮은 MIC 값을 나타내고, 약물 유출 유전자의 발현을 감소시킴으로써 세포 내 유입된 항생제의 유출을 억제해 항균 활성을 나타내는바, 항생제 및 항염제와 같은 의료산업 또는 식품첨가제 등에 다양한 생물학적 적용이 가능하다.The present invention relates to an antibacterial composition having antibacterial activity against antibiotic-resistant strains, and more particularly, to a composition comprising an antimicrobial compound exhibiting antibacterial activity targeting the cell membrane of multidrug-resistant bacteria of gram-positive bacteria. The composition contains triphenylphosphonium (TPP + ), which is a positively charged lipid-affinity cationic compound and targets mitochondria, and thus targets the cell membrane anionic lipids of bacteria, Gram-positive bacteria, particularly Staphylococcus aureus and It shows a low MIC value for metacillin-resistant Staphylococcus aureus and shows antibacterial activity by suppressing the outflow of antibiotics introduced into cells by reducing the expression of drug outflow genes. applicable.

Description

항생제 내성 균주에 대해 항균활성을 갖는 항균용 조성물{Composition for antibacterial activity of multi-drug resistant bacteria}Antibacterial composition having antibacterial activity against antibiotic-resistant strains {Composition for antibacterial activity of multi-drug resistant bacteria}

본 발명은 항생제 내성 균주에 대해 항균활성을 갖는 항균용 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 그람 양성 다제내성균의 세포막을 표적으로 하여 항균활성을 나타내는 항균성 화합물을 포함하는 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an antimicrobial composition having antimicrobial activity against antibiotic-resistant strains, and more particularly, to a composition comprising an antimicrobial compound exhibiting antimicrobial activity by targeting the cell membrane of Gram-positive multidrug-resistant bacteria.

세균에 의한 감염은 인간의 질병에 있어 가장 흔하고 치명적인 원인 중의 하나이다. 세균 감염에 의한 질병에 있어 항생제의 사용은 불가피하다. 최초 항생제 페니실린(penicillin)의 발견 이후 수많은 종류의 항생제가 개발되어 세균성 감염 질병의 치료를 위해 사용되어 왔다. 그러나 최근 들어 이러한 항생제의 오남용은 항생제에 내성을 가지는 균주들의 출현 및 더 나아가 각종 항생제에 내성을 나타내는 다제내성균(MDR, mult drug resistant bacteria)이 출현함으로써 전 세계적으로 큰 문제로 여겨지고 있다. 이러한 다제내성균의 출현은, 세균성 감염질병에서 사용할 수 있는 항생제의 종류에 제한을 주고, 이에 따라, 질병 치료에 있어 큰 어려움을 줌과 동시에 치료기간의 연장 및 의료비용 상승 등의 부담을 유발시키는 문제점이 있다. Bacterial infection is one of the most common and fatal causes of human diseases. In diseases caused by bacterial infection, the use of antibiotics is inevitable. After the discovery of the first antibiotic penicillin, numerous types of antibiotics have been developed and used for the treatment of bacterial infections. However, in recent years, such misuse and abuse of antibiotics is regarded as a global problem due to the emergence of antibiotic-resistant strains and further, multi-drug resistant bacteria (MDR) that are resistant to various antibiotics. The emergence of such multidrug-resistant bacteria limits the types of antibiotics that can be used in bacterial infectious diseases, and thus causes great difficulties in disease treatment and at the same time causes burdens such as extension of treatment period and increase in medical costs. There is this.

이러한 내성균들을 극복하기 위해 지금까지 수많은 새로운 항생물질들이 개발되어졌고 지금은 약 160여 종의 항균제들이 임상적으로 사용되고 있다. 현재 국내에 등록된 항생제는 100개가 있지만, 내성균에 효과를 보이는 항생제는 sulphonamides 및 penicillin 계를 시작으로 aminoglycosides, tetracyclines, cephalosporins, macrolides, glycopeptides, quinolones, 와 carbapenems 계의 10여 종에 불과하기 때문에, 다제내성균 감염에 대항하기 위한 항생제 개발의 필요성이 증대되고 있다. To overcome these resistant bacteria, many new antibiotics have been developed so far, and about 160 antibacterial agents are being used clinically. Currently, there are 100 registered antibiotics in Korea, but antibiotics that are effective against resistant bacteria are sulphonamides and penicillin, followed by aminoglycosides, tetracyclines, cephalosporins, macrolides, glycopeptides, quinolones, and carbapenems. The need to develop antibiotics to combat resistant bacterial infections is increasing.

2002년 미국 질병통제국(Centers for Disease Control)에서 인간에게 가장 흔하게 감염을 일으키는 원인균인 황색포도상구균의 마지막 치료제라고 하던 반코마이신(vancomycin)에도 심각한 내성을 보이는 황색포도상구균(vancomycin-resistant S. aureus, VRSA)이 세계 최초로 보고됨으로써, 다제내성 박테리아의 확산 가능성이 상당히 높아지고 있다. 특히, 1988년 반코마이신 내성 장구균(vancomycin resistant enterococcus, VRE)이 유럽에서 처음으로 발견된 이후 프랑스와 한국에서 반코마이신 내성 황색포도상구균(vancomycin intermediate-resistant S. aureus, VISA)이 발생함으로써, 항생제 내성 문제는 범세계적인 문제로 대두되고 있어 새로운 개념의 항생제 개발이 시급히 요구되고 있다. In 2002, vancomycin-resistant S. aureus, which showed severe resistance to vancomycin, which the U.S. Centers for Disease Control said in the last treatment for Staphylococcus aureus, the most common cause of infection in humans, VRSA) has been reported for the first time in the world, significantly increasing the possibility of the spread of multidrug-resistant bacteria. In particular, after vancomycin resistant enterococcus (VRE) was first discovered in Europe in 1988, vancomycin intermediate-resistant S. aureus (VISA) occurred in France and Korea. As it is emerging as a global problem, the development of a new concept of antibiotics is urgently required.

이러한 주요 다제내성균을 극복하기 위해 다양한 항독성, 나노물질 및 약물전달 시스템과 같은 많은 연구들이 이루어지고 있다(대한민국 등록특허 제 10-1599587호). 최근에는 항균성 펩타이드(antibacterial peptides) 및 박테리오파지를 이용한 항균물질에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 항균성 펩타이드를 이용한 항생물질 개발은 펩타이드의 양전하를 띠는 부분이 음전하를 갖는 박테리아의 세포막과 결합하여 세포막의 전위를 변화시키거나, 세포막 자체에 천공(pore)을 형성하여 막투과성(permeability)와 막유동성(fluidity)를 변화시킴으로써 세포를 파괴하는 항균작용 메커니즘에 기인하여 이루어지고 있다. 이렇듯 항생물질을 개발하기 위한 여러 가지 노력들이 이루어지고 있으나, 이러한 방법들은 여전히 임상적으로 사용하기 위한 의약품으로 되기까지는 많은 어려움이 있는 실정이다.In order to overcome these major multidrug-resistant bacteria, many studies such as various anti-toxic, nanomaterials and drug delivery systems are being conducted (Korean Patent Registration No. 10-1599587). Recently, research on antibacterial substances using antibacterial peptides and bacteriophages has been actively conducted. In particular, in the development of antibiotics using antimicrobial peptides, the positively charged portion of the peptide binds to the negatively charged bacterial cell membrane to change the potential of the cell membrane, or to form a pore in the cell membrane itself to improve membrane permeability. It is made due to the antibacterial action mechanism that destroys cells by changing the membrane and fluidity. As such, various efforts have been made to develop antibiotics, but these methods still have many difficulties until they become drugs for clinical use.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 기존에 그람 음성 및 그람 양성 박테리아 치료에 사용되는 시프로프록사신에 박테리아의 세포막 음이온성 지질을 표적하기 위한 전략으로 트리페닐포스포니움(TPP+)을 -에스터(ester)와 -아마이드(amide) 결합을 통해 시프로프록사신의 카트복실산(carboxylic acid)과 화학적으로 결합된 2종의 시프로프록사신 유도체를 합성하고, 그람 양성 다제내성균에 대한 항균활성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have previously used triphenylphosphonium (TPP + ) as a strategy for targeting anionic lipids in the cell membrane of bacteria to ciproproxacin, which is used to treat gram-negative and gram-positive bacteria. to synthesize two types of ciproproxacin derivatives chemically combined with the carboxylic acid of ciproproxacin through -ester and -amide bonds, By confirming the antibacterial activity, the present invention was completed.

이에, 본 발명은 항생제 내성 균주에 대해 항균성을 갖는 화합물을 포함하는 항균용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an antibacterial composition comprising a compound having antibacterial properties against antibiotic-resistant strains.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 항생제 내성 균주에 대한 항균용 조성물을 제공한다.The present invention provides an antibacterial composition for antibiotic-resistant strains comprising a compound represented by the following [Formula 1].

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112020019939502-pat00001
Figure 112020019939502-pat00001

상기 [화학식 1]의 구조 및 치환기에 대한 설명은 후술하기로 한다.A description of the structure and substituents of [Formula 1] will be described later.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 D는 플루메퀸(flumequine), 옥솔린산(oxolinic acid), 로속사신(rosoxacin), 시녹사신(cinoxacin), 날리딕산(nalidixic acid), 피로미드산(piromidic acid), 피페미드산(pipemidic acid), 시프로플록사신(ciprofloxacin), 플레록사신(fleroxacin), 로메플록사신(lomefloxacin), 나디플록사신(nadifloxacin), 노르플록사신(norfloxacin), 오플록사신(ofloxacin), 페플록사신(pefloxacin), 루플록사신(rufloxacin), 에녹사신(enoxacin), 발로플록사신(balofloxacin), 그레파플록사신(grepafloxacin), 레보플록사신(levofloxacin), 파주플록사신(pazufloxacin), 스파르플록사신(sparfloxacin), 테마플록사신(temafloxacin), 토수플록사신(tosufloxacin), 클리나프록사신(clinafloxacin), 가티플록사신(gatifloxacin), 목시플록사신(moxifloxacin), 시타플록사신(sitafloxacin), 프룰리플록사신(prulifloxacin), 베시플록사신(besifloxacin), 제미플록사신(gemifloxacin), 트로바플록사신(trovafloxacin), 델라플록사신(delafloxacin), 다노플록사신(danofloxacin), 디플록사신(difloxacin), 엔로플록사신(enrofloxacin), 이바플록사신(ibafloxacin), 마보플록사신(marbofloxacin), 오비플록사신(orbifloxacin) 및 사라플록사신(sarafloxacin)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, D is flumequine, oxolinic acid, rosoxacin, cinoxacin, nalidixic acid, piromidic acid ), pipemitic acid, ciprofloxacin, fleroxacin, lomefloxacin, nadifloxacin, norfloxacin, ofloxacin (ofloxacin) Pefloxacin, rufloxacin, enoxacin, balofloxacin, grepafloxacin, levofloxacin, pazufloxacin, sparfloxacin sparfloxacin, temafloxacin, tosufloxacin, clinafloxacin, gatifloxacin, moxifloxacin, sitafloxacin, sitafloxacin Roxacin (prulifloxacin), besifloxacin (besifloxacin), gemifloxacin (gemifloxacin), trovafloxacin (trovafloxacin), delafloxacin (delafloxacin), danofloxacin (danofloxacin), difloxacin (difloxacin) It may be selected from the group consisting of rofloxacin, ibafloxacin, marbofloxacin, orbifloxacin and sarafloxacin.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 균주는 그람 양성균일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the strain may be a gram-positive strain.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 그람 양성균은 엔트로코커스 페시움(Enterococcus faecium)균 또는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the Gram-positive bacteria may be Entrococcus faecium or Staphylococcus aureus.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 엔트로코커스 페시움균은 반코마이신 내성 엔트로코커스 페시움균(VRE)일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the Entrococcus pecium may be vancomycin-resistant Entrococcus pecium (VRE).

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 황색포도상구균은 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 또는 반코마이신 내성 황색포도상구균(VISA)일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the Staphylococcus aureus may be methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VISA).

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 [화학식 1]의 화합물은 하기 [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the compound of [Formula 1] may be a compound represented by the following [Formula 2] or [Formula 3].

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020019939502-pat00002
Figure 112020019939502-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020019939502-pat00003
Figure 112020019939502-pat00003

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 조성물은 그람 양성균의 세포막을 직접적으로 표적할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the composition can directly target the cell membrane of Gram-positive bacteria.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 조성물은 그람 양성균의 바이오필름 형성을 억제할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the composition may inhibit biofilm formation of Gram-positive bacteria.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 조성물은 norA, sepA 또는 medA 유전자의 발현을 감소시킴으로써, 세포 내에 유입된 약물의 유출을 억제할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the composition may suppress the outflow of drugs introduced into cells by reducing the expression of norA , sepA or medA genes.

본 발명에 따른 항균성 화합물을 포함하는 조성물은 양전하를 띤 지질친화성 양이온 화합물이면서 미토콘드리아를 표적하는 트리페닐포스포니움(TPP+)을 포함하고 있어 박테리아의 세포막 음이온성 지질을 표적하는 것을 특징으로 하며, 그람양성 박테리아 특히 황색포도상구균 및 메타실린 내성 황색포도상구균에 낮은 MIC 값을 나타내고, 약물 유출 유전자의 발현을 감소시킴으로써 세포 내 유입된 항생제의 유출을 억제시켜 항균 활성을 나타내는바, 항생제 및 항염제와 같은 의료산업 또는 식품첨가제 등에 다양한 생물학적 적용이 가능하다.The composition comprising the antimicrobial compound according to the present invention is a positively charged lipid-affinity cationic compound and contains triphenylphosphonium (TPP + ) that targets mitochondria, so that it targets anionic lipids in the cell membrane of bacteria. , Gram-positive bacteria, particularly Staphylococcus aureus and metacillin-resistant Staphylococcus aureus, show a low MIC value, and inhibit the outflow of antibiotics introduced into cells by reducing the expression of drug outflow genes, thereby showing antibacterial activity. Various biological applications are possible, such as in the medical industry or food additives.

도 1은 다제내성 그람 음성균 및 양성균에 대한 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 항균활성을 보기 위한 MIC 결과 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 다제내성 그람 음성균에 대한 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 바이오필름 형성 억제 스크리닝 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 다제내성 그람 양성균에 대한 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 바이오필름 형성 억제 스크리닝 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 MSSA와 MRSA에 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3를 처리하고, 시간에 따른 항균 효과 양상 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 그람 양성 황색포도상구균 및 메티실린 황색포도상구균의 MIC에서 성장곡선 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 MSSA와 MRSA에 처리된 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3에 대한 형태학적 관찰을 위해 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 MSSA와 MRSA에 처리된 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3에 대한 다중유출펌프관련 유전자의 mRNA 발현양상을 qRT-PCR을 통해 확인한 결과 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 화합물 및 이의 다제내성균에 대한 항균 효과 결과를 요약한 것이다.
1 is a graph showing the MIC results for viewing the antibacterial activity of ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 against multi-drug-resistant Gram-negative and positive bacteria.
Figure 2 shows a biofilm formation inhibition screening graph of ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 for multidrug-resistant Gram-negative bacteria.
Figure 3 shows a biofilm formation inhibition screening graph of ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 for multi-drug-resistant Gram-positive bacteria.
Figure 4 is treated with ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 in MSSA and MRSA, and shows a graph showing the antibacterial effect over time.
5 is a graph showing the growth curve in the MIC of Gram-positive Staphylococcus aureus and methicillin Staphylococcus aureus.
6 shows TEM images for morphological observation of ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 treated with MSSA and MRSA.
7 is a graph showing the results of confirming the mRNA expression patterns of multiple efflux pump-related genes for the ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 treated with MSSA and MRSA through qRT-PCR. .
8 is a summary of the results of the antimicrobial effect on the compound according to the present invention and its multidrug-resistant bacteria.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 기존에 그람 음성 및 양성 박테리아 치료에 사용되는 시프로프록사신에 박테리아의 세포막 음이온성 지질을 표적하기 위한 전략으로 트리페닐포스포니움(TPP+)을 -에스터(ester)와 -아마이드(amide) 결합을 통해 시프로프록사신의 카트복실산(carboxylic acid)과 화학적으로 결합된 2종의 시프로프록사신 유도체를 합성하고, 다제내성균에 대한 항균활성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors have previously used triphenylphosphonium (TPP + ) as a strategy for targeting anionic lipids in the cell membrane of bacteria to ciproproxacin, which is used to treat gram-negative and positive bacteria, -ester and -amide ( The present invention was completed by synthesizing two types of ciproproxacin derivatives chemically combined with the carboxylic acid of ciproproxacin through amide) binding and confirming antibacterial activity against multidrug-resistant bacteria.

이에, 본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 항생제 내성 균주에 대한 항균용 조성물을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an antibacterial composition for antibiotic-resistant strains comprising a compound represented by the following [Formula 1].

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112020019939502-pat00004
Figure 112020019939502-pat00004

상기 [화학식 1]에서, In the above [Formula 1],

상기 D는 안정성이 높은 플루오로퀴놀론계 항생제 골격으로서 플루메퀸(flumequine), 옥솔린산(oxolinic acid), 로속사신(rosoxacin), 시녹사신 (cinoxacin), 날리딕산(nalidixic acid), 피로미드산(piromidic acid), 피페미드산(pipemidic acid), 시프로플록사신(ciprofloxacin), 플레록사신(fleroxacin), 로메플록사신(lomefloxacin), 나디플록사신(nadifloxacin), 노르플록사신(norfloxacin), 오플록사신(ofloxacin), 페플록사신(pefloxacin), 루플록사신(rufloxacin), 에녹사신(enoxacin), 발로플록사신(balofloxacin), 그레파플록사신(grepafloxacin), 레보플록사신(levofloxacin), 파주플록사신(pazufloxacin), 스파르플록사신(sparfloxacin), 테마플록사신(temafloxacin), 토수플록사신(tosufloxacin), 클리나프록사신(clinafloxacin), 가티플록사신(gatifloxacin), 목시플록사신(moxifloxacin), 시타플록사신(sitafloxacin), 프룰리플록사신(prulifloxacin), 베시플록사신(besifloxacin), 제미플록사신(gemifloxacin), 트로바플록사신(trovafloxacin), 델라플록사신(delafloxacin), 다노플록사신(danofloxacin), 디플록사신(difloxacin), 엔로플록사신(enrofloxacin), 이바플록사신(ibafloxacin), 마보플록사신(marbofloxacin), 오비플록사신(orbifloxacin) 및 사라플록사신(sarafloxacin) 중에서 선택될 수 있으며, 상기 플루오로퀴놀론계 항생제 골격 말단의 하이드록실기가 상기 X와 연결될 수 있다.Where D is a fluoroquinolone-based antibiotic skeleton with high stability, flumequine, oxolinic acid, rosoxacin, cinoxacin, nalidixic acid, pyrimidic acid ( piromidic acid, pipemdic acid, ciprofloxacin, fleroxacin, lomefloxacin, nadifloxacin, norfloxacin, ofloxacin (ofloxacin) ), pefloxacin, rufloxacin, enoxacin, balofloxacin, grepafloxacin, levofloxacin, pazufloxacin (pazufloxacin) Lefloxacin, sparfloxacin, temafloxacin, tosufloxacin, clinafloxacin, gatifloxacin, moxifloxacin, sitafloxacin prulifloxacin, besifloxacin, gemifloxacin, trovafloxacin, delafloxacin, danofloxacin, difloxacin , may be selected from enrofloxacin, ibafloxacin, marbofloxacin, orbifloxacin and sarafloxacin, and the fluoroquinolone antibiotic skeleton terminal A hydroxyl group of may be connected to X.

상기 X는 O, S 및 NR (상기 R은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기 및 탄소수 2 내지 10의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나임) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 O 또는 NR일 수 있다.Wherein X is any one selected from O, S and NR (wherein R is any one selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and a heteroaryl group having 2 to 10 carbon atoms) and preferably O or NR.

이때, X가 아마이드기(NR)인 경우에는 본 발명에 따른 [화학식 1]의 화합물의 체내 안정성은 더욱 우수하다.In this case, when X is an amide group (NR), the stability in the body of the compound of [Formula 1] according to the present invention is more excellent.

또한, L은 표적기 그룹과의 연결기로서, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기 및 폴리알킬렌글리콜기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In addition, L is a linking group with the target group, and may be any one selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and a polyalkylene glycol group.

또한, Q는 N. P, As 및 Sb 등의 15족 원소 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, R1 내지 R3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기 및 탄소수 2 내지 10의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In addition, Q may be any one selected from Group 15 elements such as N. P, As and Sb, R1 to R3 are the same as or different from each other, and each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, 2 to 10 carbon atoms It may be any one selected from an alkenyl group, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and a heteroaryl group having 2 to 10 carbon atoms.

또한, A-는 할로겐, 하이드록실, 카르복실레이트, 설페이트, 설퍼메이트, 설포네이트, 포스페이트, 포스포네이트, 보로네이트 및 (폴리)에틸렌옥시 중에서 선택되는 어느 하나의 음이온일 수 있다.In addition, A- may be any one anion selected from halogen, hydroxyl, carboxylate, sulfate, sulfurmate, sulfonate, phosphate, phosphonate, boronate and (poly)ethyleneoxy.

또한, 상기 할로겐은 플루오르(F), 염소(Cl), 브로민(Br) 및 아이오딘(I) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In addition, the halogen may be any one selected from fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I).

본 발명의 일 구현예에 의하여 상기 [화학식 1]의 구체적인 화합물을 예시하면 하기 [화학식 2] 또는 [화학식 3]의 화합물일 수 있으며, 이에 의하여 본 발명에 따른 [화학식 1]의 범위가 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, if a specific compound of [Formula 1] is exemplified, it may be a compound of the following [Formula 2] or [Formula 3], whereby the scope of [Formula 1] according to the present invention is limited it is not

[화학식 2] - CFX-ester-PPh3 [Formula 2] - CFX-ester-PPh 3

Figure 112020019939502-pat00005
Figure 112020019939502-pat00005

[화학식 3] - CFX-amide-PPh3 [Formula 3] - CFX-amide-PPh 3

Figure 112020019939502-pat00006
Figure 112020019939502-pat00006

본 발명은 일 구현 예에 있어서, 상기 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3은 시프로프록사신을 기반으로 트리페닐포스포니움 구조를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 트리페닐포스포니움 구조는 양전하를 띤 지질 친화성 양이온 화합물(lipophilic cationic compound)의 성질을 가지고 있으며, 미토콘트리아를 표적할 수 있다.In one embodiment, the CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 are characterized in that they include a triphenylphosphonium structure based on ciproproxacin, and the triphenylphosphoni The structure has the properties of a positively charged lipophilic cationic compound and can target the mitochondria.

상기 CFX-amide-PPh3은 CFX-ester-PPh3에서 결합부위를 에스터가 아닌 아마이드기로 변형시킨 것으로, 체내에서 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.The CFX-amide-PPh 3 is a modification of the binding site of CFX-ester-PPh 3 to an amide group rather than an ester, and can further improve stability in the body.

본 발명의 다른 구현예에서, 본 발명에 따른 항균용 조성물은 그람 양성균에 대한 항균용도를 갖는 조성물일 수 있으며, 상기 그람 양성균은 엔트로코커스 페시움 또는 황색포도상구균일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the antibacterial composition according to the present invention may be a composition having antibacterial use against Gram-positive bacteria, and the Gram-positive bacteria may be Entrococcus faecium or Staphylococcus aureus.

상기 엔트로코커스페시움 또는 황색포도상구균은 다제내성균주일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 반코마이신 내성 엔트로코커스 페시움(Vancomycin-resistant E. faecalis (VRE)), 메티실린 내성 황색포도상구균 (Methicillin-resistance S. aureus (MRSA)), 이종내성 VISA(Heteroresistant VISA (hVISA)) 및 반코마이신 내성 황색포도상구균(Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA))으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 균일 수 있으며, 바람직하게는 반코마이신 내성 엔트로코커스 페시움(VRE), 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 또는 반코마이신 내성 황색포도상구균(VISA)일 수 있다.The Entrococcus specium or Staphylococcus aureus may be a multidrug-resistant strain, but is not limited thereto, but Vancomycin-resistant E. faecalis (VRE), Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (Methicillin) -resistance S. aureus (MRSA)), heterologous resistance VISA (Heteroresistant VISA (hVISA)) and vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA)) Any one or more selected from the group consisting of uniformity, , preferably vancomycin-resistant Entrococcus faecium (VRE), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VISA).

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 조성물은 그람 양성균의 바이오필름 형성을 억제하거나 norA, sepA 또는 medA 유전자의 발현을 억제하여 세포 내에 유입된 약물의 유출을 방지하는 것일 수 있으며, 그람 양성균의 세포막을 직접적으로 표적함으로써 항균활성을 나타낼 수 있다.In another embodiment of the present invention, the composition may inhibit the biofilm formation of Gram-positive bacteria or inhibit the expression of norA , sepA or medA gene to prevent the outflow of a drug introduced into the cell, and the cell membrane of Gram-positive bacteria Antibacterial activity can be exhibited by direct targeting.

본 발명에서는 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 화합물이 다제내성균에 대한 항균효과를 나타냄을 구체적으로 확인하였다.In the present invention, as described above, it was specifically confirmed that the antimicrobial compound according to the present invention exhibits an antibacterial effect on multidrug-resistant bacteria.

본 발명은 실시예를 통해, 상기 CFX-ester-PPh3 또는 CFX-amide-PPh3으로 표시되는 화합물이 미토콘드리아 표적 특성으로 인해 미토콘드리아 유사 세포막을 갖는 박테리아에 대해 항균 활성을 나타낼 것으로 예상하고, 다제내성균 14종을 대상으로 항균 활성 스크리닝을 수행한 결과, CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3이 그람 양성 다제내성균에 대해 낮은 MIC를 갖는 것을 확인하고(실시예 3 참조), CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3 을 처리하는 경우 다제내성균이 형성하는 바이오필름 형성 억제에 대해 미치는 영향을 조사하였으며, 그 결과 그람양성 다제내성 균주에서 바이오필름이 상당히 억제되는 것을 확인하였다(실시예 4 참조). According to the present invention, through the examples, the compound represented by CFX-ester-PPh 3 or CFX-amide-PPh 3 is expected to exhibit antibacterial activity against bacteria having a mitochondrial-like cell membrane due to the mitochondrial targeting property, and multidrug-resistant bacteria As a result of performing antimicrobial activity screening for 14 species, it was confirmed that CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 had a low MIC against Gram-positive multidrug-resistant bacteria (see Example 3), and CFX-ester The effect of treatment with -PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 on the inhibition of biofilm formation formed by multidrug-resistant bacteria was investigated, and as a result, it was confirmed that the biofilm was significantly inhibited in Gram-positive multidrug-resistant strains (conduct see example 4).

본 발명의 다른 실시예에서는 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3으로 표시되는 화합물을 그람 양성 다제내성균에 처리하였을 때 6시간 이내에 박테리아의 대부분을 사멸시키는 것을 확인하였으며, 특히 CFX-amide-PPh3으로 표시되는 화합물이 시프로플록사신 및 CFX-ester-PPh3에 비해 약 2배이상 빠르게 사멸 효과가 나타나는 것을 확인하였으며, CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3으로 표시되는 화합물의 항균활성 메커니즘을 형태학적 측면 및 유전학적 측면에서 조사한 결과, 형태학적인 측면에서 CFX-ester-PPh3 또는 CFX-amide-PPh3의 화합물이 그람 양성 다제내성균의 세포막을 직접적으로 표적함으로써 항균효과를 나타냄을 확인하였고, 유전학적인 측면에서 다중약물유출펌프(multi-drug efflux pump)인 norA, sepA 또는 medA 유전자의 발현을 감소시킴으로써 항생제의 유출을 억제하는 것을 확인하였다(실시예 5 참조).In another embodiment of the present invention, it was confirmed that most of the bacteria were killed within 6 hours when the compounds represented by CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 were treated with Gram-positive multidrug-resistant bacteria, especially CFX-amide -PPh 3 It was confirmed that the compound represented by ciprofloxacin and CFX-ester-PPh 3 showed a killing effect more than twice as quickly, and the antibacterial effect of the compound represented by CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 As a result of investigating the mechanism of activity in terms of morphology and genetics, it was found that the compound of CFX-ester-PPh 3 or CFX-amide-PPh 3 exhibits antibacterial effect by directly targeting the cell membrane of Gram-positive multidrug-resistant bacteria in terms of morphology. In terms of genetics, it was confirmed that antibiotic leakage was inhibited by reducing the expression of norA , sepA or medA genes, which are multi-drug efflux pumps (see Example 5).

상기 실시예의 결과로부터 본 발명에 따른 화합물이 양이온 지질친화성 성질에 의해 효과적으로 그람 양성 다제내성균의 세포막을 표적함으로써, 우수한 항균활성을 나타내는 것을 확인하였고, 이를 기반으로 본 발명의 항균성 화합물 또는 상기 화합물을 포함하는 약학 조성물이 기존의 항생제에 비해 효과적으로 다제내성균 제어를 위한 항균 효과를 가질 수 있음을 확인하였다.From the results of the above Examples, it was confirmed that the compound according to the present invention effectively targets the cell membrane of Gram-positive multidrug-resistant bacteria by cationic lipid affinity properties, thereby exhibiting excellent antibacterial activity, and based on this, the antimicrobial compound of the present invention or the compound It was confirmed that the pharmaceutical composition comprising the composition can have an antibacterial effect for effectively controlling multi-drug-resistant bacteria compared to conventional antibiotics.

본 발명에 따른 항균용 조성물이 약학 조성물인 경우, 상기 [화학식 1]로 표시되는 항균성 화합물 또는 그 염을 유효성분으로 포함할 수 있으며, 또한 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함할 수 있다. 상기 약학적으로 허용 가능한 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 사이클로덱스트린, 덱스트로즈 용액, 말토덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올, 리포좀 등을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액 등 다른 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제, 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립, 또는 정제로 제제화할 수 있다. 적합한 약학적으로 허용되는 담체 및 제제화에 관해서는 레밍턴의 문헌에 개시된 방법을 이용하여 각 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 제형에 특별한 제한은 없으나 주사제, 흡입제, 피부 외용제, 또는 경구 섭취제 등으로 제제화할 수 있다.When the antimicrobial composition according to the present invention is a pharmaceutical composition, the antimicrobial compound represented by the above [Formula 1] or a salt thereof may be included as an active ingredient, and may also include a pharmaceutically acceptable carrier. The pharmaceutically acceptable carrier is commonly used in formulation, and includes, but is not limited to, saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, cyclodextrin, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, liposome, and the like. It does not, and may further include other conventional additives such as antioxidants and buffers, if necessary. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders, lubricants, etc. may be additionally added to form an injectable formulation such as an aqueous solution, suspension, emulsion, etc., pills, capsules, granules, or tablets. Regarding suitable pharmaceutically acceptable carriers and formulations, formulations can be preferably made according to each component using the method disclosed in Remington's literature. The pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited in the formulation, but may be formulated as an injection, inhalant, external preparation for skin, or oral ingestion.

본 발명의 약학 조성물은 목적하는 방법에 따라 경구 투여하거나 비경구투여(예를 들어, 정맥 내, 피하, 피부, 비강, 기도에 적용)할 수 있으며, 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 시간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered orally or parenterally (for example, intravenously, subcutaneously, dermally, nasally, or applied to the respiratory tract) according to a desired method, and the dosage may vary depending on the condition and weight of the patient, and the disease. Although it varies depending on the degree, drug form, administration route and time, it may be appropriately selected by those skilled in the art.

본 발명에 따른 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여한다. 본 발명에 있어서, "약학적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효용량 수준은 환자의 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있으며, 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기한 요소들을 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.The composition according to the present invention is administered in a pharmaceutically effective amount. In the present invention, "pharmaceutically effective amount" means an amount sufficient to treat a disease at a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment, and the effective dose level is the type, severity, and drug activity of the patient. , can be determined according to factors including sensitivity to drug, administration time, administration route and excretion rate, duration of treatment, concurrent drugs, and other factors well known in the medical field. The composition according to the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or may be administered in combination with other therapeutic agents, may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents, and may be administered single or multiple. In consideration of all of the above factors, it is important to administer an amount that can obtain the maximum effect with a minimum amount without side effects, which can be easily determined by those skilled in the art.

본 발명에 따른 항균용 조성물이 식품 조성물인 경우, 그람 양성균, 바람직하게는 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 또는 반코마이신 내성 황색포도상구균(VISA)에 대한 항균 용도로 사용될 수 있다. 본 발명의 식품 조성물은 기능성 식품(functional food), 영양 보조제(nutritional supplement), 건강식품(health food), 식품 첨가제(food additives) 및 사료 등의 모든 형태를 포함하며, 인간 또는 가축을 비롯한 동물을 취식대상으로 한다. 상기 유형의 식품 조성물은 당 업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다.When the antimicrobial composition according to the present invention is a food composition, it can be used for antibacterial use against Gram-positive bacteria, preferably methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VISA). The food composition of the present invention includes all forms such as functional food, nutritional supplement, health food, food additives and feed, and includes animals including humans or livestock. target for eating. Food compositions of this type can be prepared in various forms according to conventional methods known in the art.

상기 유형의 식품 조성물은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다. 일반 식품으로는 이에 한정되지 않지만 음료(알콜성 음료 포함), 과실 및 그의 가공식품(예: 과일통조림, 병조림, 잼, 마아말레이드 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(예: 햄, 소시지 콘비이프 등), 빵류 및 면류(예: 우동, 메밀국수, 라면, 스파게이트, 마카로니 등), 과즙, 각종 드링크, 쿠키, 엿, 유제품(예: 버터, 치이즈 등), 식용식물 유지, 마아가린, 식물성 단백질, 레토르트 식품, 냉동식품, 각종 조미료(예: 된장, 간장, 소스 등) 등에 상기 [화학식 1]로 표시되는 항균성 화합물 또는 그 염을 유효성분으로 함유하는 조성물을 포함할 수 있다.Food compositions of this type can be prepared in various forms according to conventional methods known in the art. Common foods include, but are not limited to, beverages (including alcoholic beverages), fruits and their processed foods (eg, canned fruit, bottled, jam, marmalade, etc.), fish, meat and their processed foods (eg, ham, sausages) Corned beef, etc.), breads and noodles (eg udon noodles, soba noodles, ramen, spagate, macaroni, etc.), fruit juice, various drinks, cookies, syrup, dairy products (eg butter, cheese, etc.), edible vegetable oils and fats, margarine , vegetable protein, retort food, frozen food, various seasonings (eg, soybean paste, soy sauce, sauce, etc.) may include a composition containing the antimicrobial compound represented by the above [Formula 1] or a salt thereof as an active ingredient.

이하에서는 바람직한 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. However, these Examples and the like are intended to explain the present invention in more detail, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예 1. CFX-ester-PPhExample 1. CFX-ester-PPh 33 의 합성synthesis of

하기 [도식 1]의 합성 경로를 통하여 CFX-ester-PPh3를 합성하였다. 하기 도식 1의 화합물 1 및 2는 종래 알려진 방법에 따라 합성하였다.CFX-ester-PPh 3 was synthesized through the synthesis route of the following [Scheme 1]. Compounds 1 and 2 of Scheme 1 were synthesized according to a conventionally known method.

[도식 1][Scheme 1]

Figure 112020019939502-pat00007
Figure 112020019939502-pat00007

(1) 화합물 3의 합성(1) Synthesis of compound 3

디메틸포름아마이드 용매에 화합물 1 (1 g, 1.975 mmol) 과 화합물 2 (852 mg, 1.975 mmol)를 녹인 뒤 탄산칼륨 (819 mg, 5.925 mmol)을 천천히 가한다. 50 ℃에서 12시간 동안 교반한 뒤 감압하여 용매를 증발시킨다. 컬럼 크로마토그래피로 분리 정제한 뒤 50 mL 혼합용액 (메탄올/증류수 = 1/9)에 녹이고 NaBF4를 넣고 1시간 동안 교반하고, 디클로로메탄과 증류수로 추출하고, 이후 메탄올에 녹이고 Dowex® 1X8 chloride를 가한 뒤 6시간 동안 교반하고 필터 후 용매를 증발시킨다.Compound 1 (1 g, 1.975 mmol) and Compound 2 (852 mg, 1.975 mmol) were dissolved in a dimethylformamide solvent, and potassium carbonate (819 mg, 5.925 mmol) was slowly added thereto. After stirring at 50 °C for 12 hours, the solvent is evaporated under reduced pressure. After separation and purification by column chromatography, it was dissolved in 50 mL of a mixed solution (methanol/distilled water = 1/9), NaBF 4 was added, stirred for 1 hour, extracted with dichloromethane and distilled water, and then dissolved in methanol and Dowex® 1X8 chloride After addition, the mixture was stirred for 6 hours, and the solvent was evaporated after filtering.

(2) CFX-ester-PPh3의 합성(2) Synthesis of CFX-ester-PPh 3

18 mL의 혼합용액 (1,4-다이옥세인/디클로로메탄 = 4/1)에 화합물 3을 녹인 뒤 0 ℃에서 4 N HCl in Dioxane 6 mL을 한 방울씩 넣어준다. 상온에서 12 시간 동안 교반한 뒤 감압하여 용매를 증발시켜 CFX-ester-PPh3를 합성하였다.After dissolving compound 3 in 18 mL of the mixed solution (1,4-dioxane/dichloromethane = 4/1), add 6 mL of 4 N HCl in Dioxane drop by drop at 0 °C. After stirring at room temperature for 12 hours, the solvent was evaporated under reduced pressure to synthesize CFX-ester-PPh 3 .

1H NMR (CDCl3, 500 MHz): δ8.50 (s, 1H), 7.87-7.70 (m, 15H), 7.66 (d, J = 13.1 Hz, 1H), 7.36 (d, J = 7.1 Hz, 1H), 4.29 - 4.23 (m, 2H), 3.69- 3.60 (m,2H), 3.59-3.53 (m, 1H), 3.50-3.42 (m, 4H), 3.30-3.20 (m, 4H), 1.78-1.65 (m, 6H), 1.61-1.53 (m, 2H), 1.39 (d, J = 5.9 Hz, 2H), 1.14 - 1.07 (m, 2H) ppm. 1 H NMR (CDCl 3 , 500 MHz): δ8.50 (s, 1H), 7.87-7.70 (m, 15H), 7.66 (d, J = 13.1 Hz, 1H), 7.36 (d, J = 7.1 Hz, 1H), 4.29 - 4.23 (m, 2H), 3.69- 3.60 (m,2H), 3.59-3.53 (m, 1H), 3.50-3.42 (m, 4H), 3.30-3.20 (m, 4H), 1.78- 1.65 (m, 6H), 1.61-1.53 (m, 2H), 1.39 (d, J = 5.9 Hz, 2H), 1.14 - 1.07 (m, 2H) ppm.

실시예 2. CFX-amide-PPhExample 2. CFX-amide-PPh 33 의 합성synthesis of

하기 [도식 2]의 합성 경로를 통하여 CFX-amide-PPh3를 합성하였다. 하기 도식 2의 화합물 1 및 2는 종래 알려진 방법에 따라 합성하였다.CFX-amide-PPh 3 was synthesized through the synthesis route of the following [Scheme 2]. Compounds 1 and 2 of Scheme 2 were synthesized according to a conventionally known method.

[도식 2][Scheme 2]

Figure 112020019939502-pat00008
Figure 112020019939502-pat00008

(1) 화합물 4의 합성 (1) Synthesis of compound 4

화합물 1 (1 g, mmol)을 35 mL의 7 N NH3 메탄올 용액에 녹인 후 3일 동안 상온에서 교반한다. 이후 용매를 감압하여 증발시키고 컬럼 크로마토그래피로 분리 정제한다.Compound 1 (1 g, mmol) was dissolved in 35 mL of 7 N NH 3 methanol solution and stirred at room temperature for 3 days. Then, the solvent is evaporated under reduced pressure, and separated and purified by column chromatography.

(2) 화합물 5의 합성(2) Synthesis of compound 5

디메틸포름아마이드 용매에 화합물 2 (1 g, 2.318 mmol), EDC hydrochloride (667 mg, 3.477 mmol), 1-Hydroxybenzotriazole hydrate (470 mg, 3.477 mmol)을 녹인 후 30분 동안 상온에서 교반한다. DMAP (425 mg, 3.477mmol)과 화합물 4 (1.025 g, 2.318 mmol)을 넣어준 뒤 12시간 동안 교반한 뒤 감압하여 용매를 증발시킨다. 컬럼 크로마토그래피로 분리 정제한 뒤 50 mL 혼합용액 (메탄올/증류수 = 1/9)에 녹이고 NaBF4를 넣고 1시간 동안 교반하고 디클로로메탄과 증류수로 추출한 후에 메탄올에 녹이고 Dowex® 1X8 chloride를 가한 뒤 6시간동안 교반하고 필터 후 용매를 증발시킨다.Compound 2 (1 g, 2.318 mmol), EDC hydrochloride (667 mg, 3.477 mmol), and 1-Hydroxybenzotriazole hydrate (470 mg, 3.477 mmol) were dissolved in a dimethylformamide solvent and stirred at room temperature for 30 minutes. After adding DMAP (425 mg, 3.477 mmol) and compound 4 (1.025 g, 2.318 mmol), the mixture was stirred for 12 hours and then the solvent was evaporated under reduced pressure. After separation and purification by column chromatography, dissolve in 50 mL of a mixed solution (methanol/distilled water = 1/9), add NaBF4, stir for 1 hour, extract with dichloromethane and distilled water, dissolve in methanol, add Dowex® 1X8 chloride, and then 6 hours After stirring, the solvent is evaporated after filtering.

(3) CFX-amide-PPh3의 합성(3) Synthesis of CFX-amide-PPh 3

18 mL의 혼합용액 (1,4-다이옥세인/디클로로메탄 = 4/1)에 화합물 5를 녹인 뒤 0

Figure 112020019939502-pat00009
에서 4N HCl in Dioxane 6mL 을 한 방울씩 넣어준다. 상온에서 12시간 동안 교반 한 뒤 감압하여 용매를 증발시켜 CFX-amide-PPh3를 합성하였다. After dissolving compound 5 in 18 mL of mixed solution (1,4-dioxane/dichloromethane = 4/1), 0
Figure 112020019939502-pat00009
Add 6mL of 4N HCl in Dioxane drop by drop. After stirring at room temperature for 12 hours, the solvent was evaporated under reduced pressure to synthesize CFX-amide-PPh 3 .

1H NMR (MeOD, 500 MHz): δ 8.88 (s, 1H), 7.95 - 7.74 (m, 17H),7.69 (d, J = 7.2 Hz, 1H) 3.85 - 3.79 (m, 1H), 3.69 - 3.64 (m, 4H), 3.54 - 3.49 (m, 4H), 3.49 - 3.41 (m, 4H), 1.77 - 1.70 (m, 2H), 1.70 - 1.58 (m, 4H), 1.53 - 1.42 (m, 4H) ppm.1H NMR (MeOD, 500 MHz): δ 8.88 (s, 1H), 7.95 - 7.74 (m, 17H),7.69 (d, J = 7.2 Hz, 1H) 3.85 - 3.79 (m, 1H), 3.69 - 3.64 ( m, 4H), 3.54 - 3.49 (m, 4H), 3.49 - 3.41 (m, 4H), 1.77 - 1.70 (m, 2H), 1.70 - 1.58 (m, 4H), 1.53 - 1.42 (m, 4H) ppm .

실시예 3. 시프록프로사신 유도체의 그람음성 및 양성 다제내성균주에 대한 최소억제농도 비교 Example 3. Comparison of minimum inhibitory concentrations of ciproxacin derivatives against Gram-negative and positive multidrug-resistant strains

본 발명자들은 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 합성된 시프로프록사신 유도체 2종을 대상으로 다제내성균 14종에 대해서 항균활성에 대한 스크리닝을 수행하였다.The present inventors performed screening for antibacterial activity against 14 multidrug-resistant bacteria targeting the two ciproproxacin derivatives synthesized in Examples 1 and 2 above.

구체적으로, 다제내성균에 대한 항균활성 스크리닝을 위해 CLSI(clinical and laboratory standard institute, 2016) 지침에 따른 감수성 시험법을 수행하였고, 이에 따라 세균의 생장을 억제할 수 있는 최소한의 항생제 농도, 최소억제농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)를 조사하였다. 감수성 시험법에 따른 MIC를 조사가기 위해 액체 배지 미량희석법(broth microdilution)을 사용하였다. 배지는 CAMHB (Cation-Adjust Muller Hilton broth)로써, 1L의 멸균증류수에 22g의 CAMHB 파우더를 녹여 제조 후, 121 ℃ 15lb psi의 압력에서 15분 동안 고압에서 고압 멸균하여 사용하였다. 본 실험에 사용된 6종의 표준균주는 ATCC(american type culture collection), CCARM(culture collection of antibiotics resistant microbes) 로부터 분양 받았고, 8종의 내성균주는 아산 병원(AMC, Asan Medical Center)으로부터 분양받았으며, 균주의 리스트는 하기 [표 1]에 나타내었다. Specifically, for the screening of antimicrobial activity against multidrug-resistant bacteria, a sensitivity test method according to the CLSI (clinical and laboratory standard institute, 2016) guidelines was performed, and accordingly, the minimum antibiotic concentration and minimum inhibitory concentration that can inhibit bacterial growth (Minimum Inhibitory Concentration, MIC) was investigated. In order to investigate the MIC according to the sensitivity test method, broth microdilution was used. The medium was CAMHB (Cation-Adjust Muller Hilton broth), which was prepared by dissolving 22 g of CAMHB powder in 1 L of sterile distilled water, followed by autoclaving at 121 ° C. at a pressure of 15 lb psi for 15 minutes at high pressure. The 6 standard strains used in this experiment were purchased from the american type culture collection (ATCC) and the culture collection of antibiotics resistant microbes (CCARM), and the 8 resistant strains were purchased from Asan Medical Center (AMC, Asan Medical Center). A list of strains is shown in [Table 1] below.

SpeciesSpecies Strainsstrains Antibiotic resistance Antibiotic resistance Gram negative bacteriaGram negative bacteria Escherichia coliEscherichia coli ATCC® 25922ATCC ® 25922 Carbapenem-susceptible E. coli Carbapenem-susceptible E. coli AMCEC 22365AMCEC 22365 Carbapenem-resistant E. coli (NDM-1 type)Carbapenem-resistant E. coli (NDM-1 type) Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae ATCC® 13883ATCC ® 13883 Carbapenem-susceptible Klebsiella pneumoniae Carbapenem-susceptible Klebsiella pneumoniae AMCKP 24272AMCKP 24272 Carbapenem-resistant K. pneumoniae (KPC type)Carbapenem-resistant K. pneumoniae (KPC type) Pseudomonas aeruginosaPseudomonas aeruginosa ATCC® 27853ATCC ® 27853 Carbapenem-susceptible Pseudomonas aeruginosa (CSPA)Carbapenem-susceptible Pseudomonas aeruginosa (CSPA) CCARM 2321CCARM 2321 Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA)Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA) Acinetobacter baumanniiAcinetobacter baumannii ATCC® 19606ATCC ® 19606 Carbapenem-susceptible Acinetobacter baumannii (CSAB)Carbapenem-susceptible Acinetobacter baumannii (CSAB) AMCAB 643AMCAB 643 Carbapenem-resistant A. baumannii (CRAB)Carbapenem-resistant A. baumannii (CRAB) Gram positive bacteriaGram positive bacteria Enterococcus faeciumEnterococcus faecium ATCC® 29212ATCC ® 29212 Vancomycin-susceptible E. faecium (VSE)Vancomycin-susceptible E. faecium (VSE) CCARM 5024CCARM 5024 Vancomycin-resistant E. faecium (VRE)Vancomycin-resistant E. faecium (VRE) Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus ATCC® 29213ATCC ® 29213 Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA)Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) AMCSA 5016AMCSA 5016 MRSA (ST5)MRSA (ST5) ATCC® 700698 (Mu3)ATCC ® 700698 (Mu3) Heteroresistant VISA (hVISA)Heteroresistant VISA (hVISA) ATCC® 700698 (Mu50)ATCC ® 700698 (Mu50) Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA)Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA)

상기 [표 1]에 나타낸 균 배양액을 준비하기 위해 14종의 다제내성균은 혈액한천배지(Blood agar plate)에서 24시간 37 ℃ 조건에서 배양하였고, 하룻밤 배양한 시험균주 16종은 각 세균의 집락을 취해 0.5 McFarland 표준탁도의 부유액을 만들었다. 다음으로 각 화합물은 CAMHB 배지를 사용하여 희석하였으며, 시프로프록사신은 최고 농도 512 μg/mL 및 시프로프록사신 유도체 2종 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3은 최고 농도 179.05 μg/mL부터 점차 2-fold로 단계 희석하여 96well microplate(round bottom)에 분주하였다. 이후, 화합물이 있는 96 well microplate에 0.5 McFarland 표준 탁도로 준비된 균 액을 1/10 희석하여 10 μL씩 접종하였다(E. coli기준 약 5 x 105 CFU/mL). 접종 후, 항온 배양기를 이용하여 37 ℃ 조건에서 20시간 배양하고, 육안으로 관찰하여 증식을 억제시킨 화합물의 최소농도를 MIC로 판독하고, 그 결과를 [표 2] 및 도 1에 나타내었다. To prepare the culture solution shown in [Table 1], 14 multidrug-resistant bacteria were cultured on a blood agar plate for 24 hours at 37° C., and 16 test strains cultured overnight were colonies of each bacteria. A suspension of 0.5 McFarland standard turbidity was prepared. Next, each compound was diluted using CAMHB medium. Ciproproxacin had a maximum concentration of 512 μg/mL and ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 had a maximum concentration of 179.05 μg It was gradually diluted 2-fold from /mL and dispensed into 96-well microplates (round bottom). Then, in a 96-well microplate containing the compound, diluted 1/10 of the prepared bacterial solution with 0.5 McFarland standard turbidity was inoculated at 10 μL (approximately 5 x 10 5 CFU/mL based on E. coli ). After inoculation, incubated for 20 hours at 37°C using an incubator, the minimum concentration of the compound that inhibited proliferation was visually observed and the MIC was read, and the results are shown in [Table 2] and FIG. 1 .

Type or straintype or strain CLSI breakpoint to CFX CLSI breakpoints to CFX
susceptibility (μg/mL)susceptibility (μg/mL)
QC range QC range
for CFX MIC testfor CFX MIC test
MIC (μg/mL)MIC (μg/mL)
CFXCFX CFX-ester-PPhCFX-ester-PPh 33 CFX-amide-PPhCFX-amide-PPh 33 Gram-negativeGram-negative Carbapenem-susceptible E. coli Carbapenem-susceptible E. coli ≤1≤1 0.004-0.0150.004-0.015 0.0040.004 5.565.56 5.565.56 Carbapenem-resistant E. coli (NDM-1 type)Carbapenem-resistant E. coli (NDM-1 type) ≤1≤1 -- 1616 >178.05>178.05 89.0289.02 Carbapenem-susceptible K. pneumoniae Carbapenem-susceptible K. pneumoniae ≤1≤1 -- 0.0310.031 22.2522.25 44.5144.51 Carbapenem-resistant K. pneumoniae (KPC type)Carbapenem-resistant K. pneumoniae (KPC type) ≤1≤1 -- 3232 >178.05>178.05 178.05178.05 Carbapenem-susceptible P. aeruginosa (CSPA)Carbapenem-susceptible P. aeruginosa (CSPA) ≤1≤1 -- 0.25-0.1250.25-0.125 89.0289.02 89.0289.02 Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA)Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA) ≤1≤1 0.25-2.00.25-2.0 3232 >178.05>178.05 178.05178.05 Carbapenem-susceptible A. baumannii (CSAB)Carbapenem-susceptible A. baumannii (CSAB) ≤1≤1 0.50.5 89.0289.02 89.0289.02 Carbapenem-resistant A. baumannii (CRAB)Carbapenem-resistant A. baumannii (CRAB) ≤1≤1 6464 89.0289.02 89.0289.02 Gram-positiveGram-positive Vancomycin-susceptible E. faecium (VSE)Vancomycin-susceptible E. faecium (VSE) ≤1≤1 0.25-2.00.25-2.0 1.0-0.51.0-0.5 178.05178.05 44.5144.51 Vancomycin-resistant E. faecalis (VRE)Vancomycin-resistant E. faecalis (VRE) ≤1≤1 -- 256256 89.0289.02 22.2522.25 Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA)Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) ≤1≤1 0.12-0.50.12-0.5 0.50.5 22.2522.25 2.782.78 MRSA (ST5 5016)MRSA (ST5 5016) ≤1≤1 128128 11.1211.12 2.782.78 Heteroresistant VISA (hVISA)Heteroresistant VISA (hVISA) ≤1≤1 6464 11.1211.12 11.1211.12 Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA)Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA) ≤1≤1 6464 44.5144.51 11.1211.12

[표 2] 및 도 1에 나타낸 바와 같이 시프로프록사신 유도체 2종은 그람 음성 다제내성균에서는 항균활성이 없으나, 그람 양성 다제내성균에서는 유의적으로 우수한 효과를 보였다. As shown in [Table 2] and FIG. 1, the two ciproproxacin derivatives had no antibacterial activity in gram-negative multidrug-resistant bacteria, but showed significantly superior effects in gram-positive multidrug-resistant bacteria.

다시 말해, 그람 음성 감수성 균주(표준균주; E. coli, K. pneumoniae, P. aeruginosa, A. baumanii)에 대해서는 비교적 낮은 MIC값을 보였으나, 다제내성 그람 음성 균주에 대해서는 높은 MIC값을 보여 항균활성을 보이지 않은 반면, VRE, MRSA, VISA의 그람 양성 다제내성균에 대해서는 시프로프록사신에 비하여 매우 낮은 MIC값을 보여 유의적인 항균활성을 나타냄을 확인할 수 있었다.In other words, it showed a relatively low MIC value against Gram-negative susceptible strains (standard strains; E. coli , K. pneumoniae, P. aeruginosa , A. baumanii ), but showed a high MIC value for multidrug-resistant Gram-negative strains. On the other hand, VRE, MRSA, and VISA of Gram-positive multidrug-resistant bacteria showed a very low MIC value compared to ciproproxacin, confirming significant antibacterial activity.

실시예 4. 시프록프로사신 유도체의 그람음성 및 양성 다제내성균주에 대한 바이오필름 억제 비교 테스트Example 4. Comparative test of biofilm inhibition against gram-negative and positive multidrug-resistant strains of ciproxacin derivatives

본 발명자들은 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 합성된 시프로프록사신 유도체 2종을 대상으로 14종에 대해서 바이오필름 형성 억제효과를 보기 위해 크리스탈 바이올렛 염색법을 수행하였다.The present inventors performed a crystal violet staining method to see the biofilm formation inhibitory effect on 14 types of the two ciproproxacin derivatives synthesized in Examples 1 and 2 above.

실험에 사용 된 6종의 표준균주는 ATCC(american type culture collection), CCARM(culture collection of antibiotics resistant microbes) 로부터 분양받았고, 8종의 내성균주는 아산 병원(AMC, Asan Medical Center)으로부터 분양받았으며, 균 주 리스트는 상기 [표 1]에 나타내었다.The 6 standard strains used in the experiment were purchased from the american type culture collection (ATCC) and the culture collection of antibiotics resistant microbes (CCARM), and the 8 resistant strains were purchased from the Asan Medical Center (AMC). The main list is shown in [Table 1] above.

구체적으로, 14종의 균주를 TSB(Tryptic soy broth)에서 37℃조건에서 24시간 배양 후, 하룻밤 배양한 배양액을 신선한 TSB에 0.5 McFarland 표준탁도의 부유액을 제조하였다. 다음으로 각 화합물은 0.1% 글루코오스를 함유한 TSB 배지를 사용하여 희석하였으며, 시프로프록사신은 최고 농도 256 μg/mL 및 시프로프록사신 유도체 2종은 최고 농도 512 μg/mL부터 점차 2-fold로 단계 희석하여 96well microplate에 분주하였다. 이후, 화합물이 있는 96 well microplate에 0.5 McFarland 표준탁도로 준비된 균액을 1/10 희석하여 10 μL씩 접종하였다(E. coli기준 약 5 x 105 CFU/mL). 접종 후, 항온 배양기를 이용하여 37 ℃ 조건에서 20시간 배양 후, 배양액 및 플랑크토닉 세균을 제거하여 96 well microplates는 완충식염수(PBS, phophate-buffered saline, pH7.4)로 조심스럽게 3회 세척하고, 50℃ 건조기에서 약 2시간 동안 완전히 건조시켰다. 건조 된 96 well microplate는 1.0% 염색약(crystal violet)을 200 μL를 첨가하여 10분동안 실온에서 염색시킨 후, 멸균 증류수를 이용하여 조심스럽게 세척하였다. 염색된 바이오 필름 매스를 정량화하기 위해, 200 μL의 33% 희석 아세트산(AcOH)을 각 well에 첨가하고 20분 동안 진탕 배양하였다. 바이오필름 매스는 Spark사에서 제공하는 Tecan Microplate Reader기를 이용하여, 흡광도 600 nm에서 측정되었다. 바이오필름 형성 억제효율은 하기 [계산식]의 식으로 계산하였고, 그 결과를 표 2, 도 2 및 도 3에 나타내었다. Specifically, 14 strains were cultured in TSB (tryptic soy broth) at 37° C. for 24 hours, and the overnight culture medium was prepared as a suspension of 0.5 McFarland standard turbidity in fresh TSB. Next, each compound was diluted using TSB medium containing 0.1% glucose, and ciproproxacin had a maximum concentration of 256 µg/mL and two ciproproxacin derivatives had a maximum concentration of 512 µg/mL, gradually 2-fold. It was diluted stepwise and dispensed into 96-well microplates. Then, in a 96-well microplate containing the compound, diluted 1/10 of the prepared bacterial solution with 0.5 McFarland standard turbidity was inoculated at 10 μL (about 5 x 10 5 CFU/mL based on E. coli). After inoculation, after incubation for 20 hours at 37 °C using an incubator, the culture medium and planktonic bacteria were removed and the 96-well microplates were carefully washed 3 times with buffered saline (PBS, phophate-buffered saline, pH7.4) and , and dried completely in a dryer at 50° C. for about 2 hours. The dried 96-well microplate was stained with 200 µL of 1.0% crystal violet at room temperature for 10 minutes, and then carefully washed with sterile distilled water. To quantify the stained biofilm mass, 200 μL of 33% dilute acetic acid (AcOH) was added to each well and incubated with shaking for 20 min. The biofilm mass was measured at absorbance at 600 nm using a Tecan Microplate Reader provided by Spark. The biofilm formation inhibition efficiency was calculated by the following [Calculation Formula], and the results are shown in Table 2, FIGS. 2 and 3 .

[계산식][formula]

Inhibition(%) = ODPositive-control - ODExperimental/ODPositive-control Inhibition(%) = OD Positive-control - OD Experimental /OD Positive-control

Type or straintype or strain Biofilm formation of Inhibition Biofilm formation of Inhibition
(Inhibition rate %)(Inhibition rate %)
CFXCFX CFX-esterCFX-ester
-PPh-PPh 33
CFX-amideCFX-amide
-PPh-PPh 33
Gram negative bacteriaGram negative bacteria E. coliE. coli <0.5 (96.49%)<0.5 (96.49%) 32 (76.0%)32 (76.0%) 8 (85.4%)8 (85.4%) Carbapenem-resistant E. coli (CRE NDM-1 type)Carbapenem-resistant E. coli (CRE NDM-1 type) -- -- -- K. pneumoniaeK. pneumoniae -- -- -- Carbapenem-resistant K. pneumoniae(CRE KPC type)Carbapenem-resistant K. pneumoniae (CRE KPC type) 128 (74.8%)128 (74.8%) >512 (28.5%)>512 (28.5%) 256 (51.2%)256 (51.2%) Carbapenem-susceptible P. aeruginosa (CSPA)Carbapenem-susceptible P. aeruginosa (CSPA) 2 (73.2%)2 (73.2%) 64 (50.1%)64 (50.1%) 256 (54.0%)256 (54.0%) Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA)Carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA) <0.5 (80.3%)<0.5 (80.3%) 64 (74.4%)64 (74.4%) 32 (56.5%)32 (56.5%) Carbapenem-susceptible A. baumannii(CSAB)Carbapenem-susceptible A. baumannii (CSAB) 256 (66.0%)256 (66.0%) >512 (48.2%)>512 (48.2%) 256 (53.4%)256 (53.4%) Carbapenem-resistant A. baumannii(CRAB, A643)Carbapenem-resistant A. baumannii (CRAB, A643) -- -- -- Gram positive bacteriaGram positive bacteria Vancomycin-susceptible E. faecium(VSE)Vancomycin-susceptible E. faecium (VSE) <0.5 (65.0%)<0.5 (65.0%) 64 (60.0%)64 (60.0%) 64 (91.5%)64 (91.5%) Vancomycin-resistant E. faecalis(VRE)Vancomycin-resistant E. faecalis (VRE) -- -- -- Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA)Methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) <0.5 (89.49%)<0.5 (89.49%) 16 (50.5%)16 (50.5%) 4 (73.5%)4 (73.5%) MRSA (ST5 5016)MRSA (ST5 5016) 64 (60.8%)64 (60.8%) 8 (52.5%)8 (52.5%) 4 (76.4%)4 (76.4%) Heterogeneous VISA (hVISA, Mu3)Heterogeneous VISA (hVISA, Mu3) -- -- -- Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA)Vancomycin-intermediate resistance S. aureus (VISA) -- -- --

- 는 바이오필름을 형성하지 않는 것을 의미한다. 상기 [표 3]과 도 2에서 나타낸 것과 같이, 그람 음성 다제내성균의 경우에는 시프로프록사신 유도체(CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3)가 시프로프록사신에 비하여 바이오필름 형성 억제 효과가 우수하지 않았다.- means that no biofilm is formed. As shown in Table 3 and FIG. 2, in the case of Gram-negative multidrug-resistant bacteria, ciproproxacin derivatives (CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 ) formed a biofilm compared to ciproproxacin. The inhibitory effect was not excellent.

반면에, 그람 양성 다제내성균의 경우, 특히 MRSA의 경우, [표 3]과 도 3에서 나타낸 것과 같이, 시프로프록사신은 높은 약물농도 64 μg/mL에서 약 60.8%의 생물막 형성 억제 활성을 확인하였으나, 시프로프록사신의 유도체(CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3)는 이보다 훨씬 낮은 농도에서도 동등 또는 유의적으로 우수한 바이오필름 형성 억제 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of Gram-positive multidrug-resistant bacteria, particularly in the case of MRSA, as shown in [Table 3] and FIG. 3, ciproproxacin confirmed the biofilm formation inhibitory activity of about 60.8% at a high drug concentration of 64 μg/mL However, it was confirmed that the derivatives of ciproproxacin (CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 ) exhibited an equally or significantly superior biofilm formation inhibitory effect even at a much lower concentration than this.

상기 결과를 토대로, MIC 및 바이오필름 형성 억제 테스트를 통해, 상기 시프로프록삭신 유도체(CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3) 그람 양성 항생제 내성균에서 뛰어난 항균효과를 확인하였고, 이러한 결과를 토대로 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 항생제 작용 메커니즘(Mode of action)을 규명하기 위해 S. aureus와 MRSA를 이용하여 하기 실험을 추가로 수행하였다. Based on the above results, through the MIC and biofilm formation inhibition test, the ciproproxoxin derivatives (CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 ) were confirmed to have excellent antibacterial effects in gram-positive antibiotic-resistant bacteria, and these results Based on the ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 , the following experiment was additionally performed using S. aureus and MRSA to elucidate the antibiotic mode of action.

실시예 5. 시프록프로사신 유도체의 그람양성균에 대한 기작 확인 Example 5. Confirmation of mechanism of ciproxacin derivatives against Gram-positive bacteria

본 발명자들은 상기 MIC결과와 바이오필름 형성 억제효율 결과를 바탕으로, 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 항균작용에 대한 메카니즘을 확인하기 위해 시프로프록사신에 대한 저항성을 갖는 반면, 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3에 대해서는 높은 항균 효과가 관찰된 Methicillin sensitive S. aureus와 내성균주 MRSA ST5 5016을 선정하고 본 균주를 대상으로 하기 실시 예를 통해 유도체의 메카니즘을 확인하였다.Based on the MIC results and the biofilm formation inhibition efficiency results, the present inventors added ciproproxacin to Methicillin sensitive S. aureus and resistant strain MRSA ST5 5016, which exhibited high antibacterial effect against ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 while having resistance to As a result, the mechanism of the derivative was confirmed through the following examples.

5-1. 타임 킬 곡선(Time-kill curve) 실험5-1. Time-kill curve experiment

선정된 Methicillin sensitive S. aureus(MSSA)와 MRSA ST5 5016에 대해, 시간에 따른 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 효과를 확인하기 위해 Time-kill curve assay를 수행하였다. For the selected Methicillin sensitive S. aureus (MSSA) and MRSA ST5 5016, time-kill curve assay was performed to confirm the effect of the ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 over time. carried out.

구체적으로, 선정 균주 MSSA와 MRSA ST5 5016를 MHB 배지에서 37 ℃ 조건에서 24시간 배양한 뒤, 신선한 MHB 배지에 배양액을 1/10 비율로 접종한 뒤, 37 ℃ 조건에서 OD600에서 0.5~0.7(약 106 CFU/mL)에 이를 때까지 진탕 배양하였다. 약 106 CFU/mL의 균주 배양액에, 시프로프록사신 및 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 하기 [표 4] 나타낸 바와 같이 0.5x MIC, 1.0x MIC, 2.0x MIC를 처리한 뒤, 37 ℃ 조건에서 진탕 배양하였다. Specifically, the selected strains MSSA and MRSA ST5 5016 were cultured in MHB medium at 37 ° C for 24 hours, inoculated with the culture medium in fresh MHB medium at a ratio of 1/10, and 0.5 to 0.7 ( about 10 6 CFU/mL) were cultured with shaking. In a strain culture medium of about 10 6 CFU/mL, ciproproxacin and ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 were added to 0.5x MIC, 1.0x MIC as shown in Table 4 below. , after treatment with 2.0x MIC, incubated with shaking at 37 °C.

MSSAMSSA MRSA ST5 5016MRSA ST5 5016 CFXCFX CFX-ester-PPh3 CFX-ester-PPh 3 CFX-amide-PPh3 CFX-amide-PPh 3 CFXCFX CFX-ester-PPh3 CFX-ester-PPh 3 CFX-amide-PPh3 CFX-amide-PPh 3 0.5x MIC0.5x MIC 0.25 0.25 11.1211.12 1.391.39 6464 5.565.56 1.391.39 1.0x MIC1.0x MIC 0.50.5 22.2522.25 2.782.78 128128 11.1211.12 2.782.78 2.0x MIC2.0x MIC 1.01.0 44.5144.51 5.565.56 256256 22.2522.25 5.565.56

배양 후, 0, 3, 6시간에서 배양액 10 μL를 취해서 LB 평판배지에 도말하고 24시간 동안 37 ℃ 조건에서 배양하여, 생성 된 집락의 수를 계수하였으며, 각 배지의 집락의 수의 계산은 3번 실시하여 집락의 수의 평균값을 구하였다. 계수 된 집락은 CFU/mL로 환산하여 그래프로 나타내었다.After incubation, 10 μL of the culture medium was taken at 0, 3, and 6 hours, spread on LB plate medium, and cultured at 37 ° C for 24 hours, and the number of generated colonies was counted. times, the average value of the number of colonies was obtained. The counted colonies were converted to CFU/mL and displayed as a graph.

그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 MSSA(a)와 MRSA(b)에서 negative control인 화합물을 처리하지 않은 조건에서는 시간이 경과함에 따라, 균수가 점점 증가하는 것을 확인하였다. MSSA(a)와 MRSA(b) 모두에서 가장 높은 항균활성을 보이는 것은 CFX-amide-PPh3이였다. CFX-amide-PPh3의 경우, 모든 농도에서 MSSA(a)와 MRSA(b)를 3시간 이내에 성장을 억제시켰고, 6시간 이내에 거의 사멸한 것을 확인하였다. CFX-ester-PPh3의 경우, MRSA(b)에서는 CFX-amide-PPh3과 유사하게 6시간 이내에 거의 사멸하는 것을 확인하였으나, MSSA(a)에서는 1.0x MIC와 2.0x MIC에서 6시간 이내에 약 50%의 성장을 억제시키는 것을 확인하였다. 반면에, 기존의 항생제 시프로프록사신을 처리하였을 때, MSSA(a)는 모든 농도에서 6시간 이내에 성장을 억제하는 것을 관찰하였으며, MRSA(b)의 경우 0.5x MIC와 1.0x MIC에서는 3시간 이내에는 일정하게 균수가 유지되었는데, 2.0x MIC에서는 MRSA의 경우 대부분 6시간 이내에 사멸되는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 4 , it was confirmed that the number of bacteria gradually increased as time passed in the condition in which the compound, which was a negative control, was not treated in MSSA (a) and MRSA (b). CFX-amide-PPh 3 showed the highest antibacterial activity in both MSSA (a) and MRSA (b). In the case of CFX-amide-PPh 3 , it was confirmed that MSSA (a) and MRSA (b) at all concentrations inhibited growth within 3 hours, and almost died within 6 hours. In the case of CFX-ester-PPh 3 , similar to CFX-amide-PPh 3 in MRSA(b), almost apoptosis was confirmed within 6 hours, but in MSSA(a), 1.0x MIC and 2.0x MIC within 6 hours It was confirmed that 50% of growth was inhibited. On the other hand, when treated with the conventional antibiotic ciproproxacin, MSSA (a) was observed to inhibit growth within 6 hours at all concentrations, and in the case of MRSA (b), 0.5x MIC and 1.0x MIC for 3 hours The number of bacteria was kept constant within, and it was confirmed that most of the MRSA was killed within 6 hours at 2.0x MIC.

즉, 이러한 결과를 토대로 시프로프록사신의 유도체 CFX-amide-PPh3은 0.5x MIC에서 6시간 이내에 성장 저해 효능을 보이는 높은 항균효과를 갖는 것을 확인하였다. That is, based on these results, it was confirmed that the ciproproxacin derivative CFX-amide-PPh 3 had a high antibacterial effect showing a growth inhibitory effect within 6 hours at 0.5x MIC.

또한, MSSA와 MRSA에 시프로프록사신 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 MIC 값을 처리한 뒤, 0, 3, 6, 9, 12, 24시간에 걸쳐 OD를 측정함으로써, 균주에 대한 성장 곡선을 획득하였고, 그 결과 도 5에 나타낸 바와 같이 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 처리하지 않은 컨트롤 그룹의 MSSA와 MRSA는 배양 후 3시간 이후 대수성장기에 접어드는 것을 관찰하였다. 반면에, CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 처리한 그룹에서는 각각의 MIC 값에서 3시간 이내에 성장이 저해되는 것을 관찰하였다. In addition, by treating the MIC values of ciproproxacin CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 in MSSA and MRSA, and measuring the OD over 0, 3, 6, 9, 12, 24 hours, Growth curves for the strain were obtained, and as a result, as shown in FIG. 5 , MSSA and MRSA of the control group not treated with CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 entered the logarithmic growth phase 3 hours after incubation. that was observed. On the other hand, in the group treated with CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 , growth inhibition was observed within 3 hours at each MIC value.

5-2. 투과전자현미경(TEM)을 통한 형태학적 관찰5-2. Morphological observation through transmission electron microscopy (TEM)

상기 시프로프록사신 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 항균작용 메커니즘을 확인하기 위해, CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3 처리 후 MRSA ST5 5016의 형태학적 변화를 투과전자현미경(TEM, transmission electron microscopy)을 이용해 이미징하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. To confirm the antimicrobial action mechanism of the ciproproxacin CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 , the morphological change of MRSA ST5 5016 after treatment with CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 Transmission electron microscopy (TEM, transmission electron microscopy) was used for imaging, and the results are shown in FIG. 6 .

구체적으로, TEM을 관찰하기 위해, MRSA ST5 5016은 MHB 배지에서 대수성장기까지 배양한 후, 1:10의 비율로 신선한 MHB 배지에 희석 접종하였다. 그리고 시프로프록사신과 그 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3를 0.5x MIC 농도로 처리하여 6시간 동안 배양한 후, 원심분리를 통해 세균을 수득하였다. 상층액이 제거된 세균 펠렛은 PBS로 3회 세척 후, 4 ℃에서 Karnovsky`s 고정액을 이용해 24시간 동안 고정하였다. 그 후, PBS로 다시 3회 세척하고 다시 2% 오스뮴 테트라옥사이드로(OsO4, osmium tetroxide) 1시간동안 고정시킨 다음, 에탄올(EtOH)로 탈수시킨 후 100% 프로필렌옥사이드(propylene oxide)로 치환하고, 프로필렌옥사이드:Spurr`s 레진의 1:1비율로 60 ℃에서 하루 동안 중합시켰다. 고체화된 조직을 1 μm 초박 절편을 만들어 3% 우라닐 아세테이트(uranyl acetate)로 염색해 TEM으로 관찰하였다. Specifically, to observe TEM, MRSA ST5 5016 was cultured in MHB medium until the logarithmic growth phase, and then diluted and inoculated in fresh MHB medium at a ratio of 1:10. Then, ciproproxacin and its CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 were treated with 0.5x MIC concentration and cultured for 6 hours, and then the bacteria were obtained by centrifugation. The bacterial pellet from which the supernatant was removed was washed 3 times with PBS and then fixed at 4°C using Karnovsky's fixative for 24 hours. After that, it was washed again with PBS 3 times, fixed again with 2% osmium tetraoxide (OsO 4 , osmium tetroxide) for 1 hour, and then dehydrated with ethanol (EtOH) and replaced with 100% propylene oxide , Propylene oxide: Polymerized for one day at 60 ℃ in a 1:1 ratio of Spurr's resin. The solidified tissue was made into 1 μm ultra-thin sections, stained with 3% uranyl acetate, and observed by TEM.

TEM을 통해 시프로프록사신 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3를 처리한 MRSA를 관찰한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 약물을 처리하지 않은 군에 비해 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3를 처리하였을 때 현저한 형태학적 변화를 관찰하였다. 약물을 처리하지 않은 컨트롤 그룹의 MRSA에서는 온전한 격막과 박테리아의 매끄러운 표면 특징을 갖은 코커스(coccus)형태를 확인하였다. 그러나 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 처리함에 따라 불규칙하고 거친 표면의 상당한 막 변형을 관찰하였다. 특히, CFX-amide-PPh3을 처리한 MRSA는 심각한 막의 손상으로 인해 세포막이 붕괴되는 현상을 확인하였으며, 이로 인해 세포질 내 contents가 일부 밖으로 유출되는 현상을 관찰하였다. As a result of observing MRSA treated with ciproproxacin CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 through TEM, CFX-ester-PPh 3 and Significant morphological changes were observed when CFX-amide-PPh 3 was treated. In the MRSA of the control group that was not treated with the drug, a coccus form with an intact septum and smooth surface features of bacteria was confirmed. However, significant membrane deformation of irregular and rough surfaces was observed by treatment with CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 . In particular, MRSA treated with CFX-amide-PPh 3 confirmed the breakdown of the cell membrane due to severe membrane damage, and this observed a phenomenon in which the contents in the cytoplasm were partially leaked out.

5-3. 유전학적 측면에서 메커니즘 분석을 위한 qRT-PCR5-3. qRT-PCR for Mechanism Analysis in Genetics

상기 시프로프록사신 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3의 항균작용 메카니즘을 유전학적인 측면에서 분석하기 위해 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응(qRT-PCR, quantitative reverse transcription polymerase chain reaction)을 수행하였다. 일반적으로 항생제에서는 다중약물 유출펌프를 통해 세포 안으로 들어온 항생제가 다시 세포 밖으로 유출되어 다중약물 유출펌프는 양성자원동력(PMF, proton motive force)에 의존하는 특성을 나타내는바, 본 발명자들은 이러한 사실에 근거하여 시프로프록사신 유도체 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3은 PMF를 감소시킴으로써, 약물의 유출을 억제할 것이라고 예상하여, PMF 관련 다중약물 유출 펌프인 norA, sepA 및 medA 유전자의 발현양상을 qRT-PCR을 통해 확인하였다. To analyze the antibacterial action mechanism of ciproproxacin CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 from a genetic point of view, quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) was performed. did In general, in antibiotics, antibiotics that have entered the cell through the multi-drug efflux pump flow back out of the cell, and the multi-drug efflux pump exhibits a characteristic dependent on proton motive force (PMF). Based on this fact, the present inventors Ciproproxacin derivatives CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 were expected to inhibit drug efflux by reducing PMF. Expression patterns of norA, sepA and medA genes, which are PMF-related multidrug efflux pumps was confirmed by qRT-PCR.

qRT-PCR을 수행하기 위해, 상기 기술된 [실시예 5-2]와 같이 약물을 처리하여 균주를 배양하였고, 배양 후, 균주를 모두 수득하여 qRT-PCR을 하기 위해 RNA를 추출하였다. 총 RNA 추출은 easy-Blue RNA extraction kit을 사용하였고, kit에서 제공된 방법에 따라 수행하였다. 총 RNA 추출 후, High-capacity cDNA reverse transcription kit를 사용하여 MSSA와 MRSA에서 추출된 RNA로부터 cDNA를 합성하였다. cDNA를 template로 하여 norA, sepA, medA 유전자의 발현양상을 보기 위해 qRT-PCR을 수행하였다. 그 결과 도 7에 나타낸 바와 같이, norA유전자의 발현이 시프로프록사신을 처리하였을 때는 상당히 발현이 증가하였으나, 시프로프록사신 유도체인 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 처리한 군에서는 norA의 mRNA 발현이 MSSA와 MRSA 모두에서 유의적으로 감소하는 경향을 확인하였다. MRSA에서는 sepA medA 유전자의 발현양상은 norA유전자와 유사한 패턴으로써 CFX-ester-PPh3 및 CFX-amide-PPh3을 처리하였을 때, 시프로프록사신을 처리한 그룹보다 mRNA 발현이 감소하는 경향을 보였다. 반면에, MSSA에서는 sepAmedA 유전자가 발현하지 않는 것을 확인하였다. In order to perform qRT-PCR, the strain was cultured by treating the drug as in [Example 5-2] described above, and after culturing, all strains were obtained and RNA was extracted for qRT-PCR. Total RNA extraction was performed using the easy-Blue RNA extraction kit, and was performed according to the method provided in the kit. After total RNA extraction, cDNA was synthesized from RNA extracted from MSSA and MRSA using a high-capacity cDNA reverse transcription kit. Using cDNA as a template, qRT-PCR was performed to view the expression patterns of norA , sepA , and medA genes. As a result, as shown in FIG. 7, the expression of norA gene was significantly increased when ciproproxacin was treated, but CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 which are ciproproxacin derivatives were treated. In the group, it was confirmed that the mRNA expression of norA significantly decreased in both MSSA and MRSA. In MRSA, the expression patterns of sepA and medA genes were similar to those of the norA gene, indicating that when CFX-ester-PPh 3 and CFX-amide-PPh 3 were treated, mRNA expression was decreased compared to the group treated with ciproproxacin. seemed On the other hand, it was confirmed that the sepA and medA genes were not expressed in MSSA.

기술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.The description of the present invention described is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above are only for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

Claims (10)

하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 항생제 내성 균주에 대한 항균용 조성물:
[화학식 1]
Figure 112021119464901-pat00010

상기 [화학식 1]에서,
D는 시프로플록사신(ciprofloxacin)으로서 X와 연결되고,
X는 O 및 NR 중에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 R은 수소이고,
L은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이며,
Q는 P 이고,
R1 내지 R3는 페닐기이며,
A-는 할로겐, 하이드록실, 카르복실레이트, 설페이트, 설퍼메이트, 설포네이 트, 포스페이트, 포스포네이트, 보로네이트 및 (폴리)에틸렌옥시 중에서 선택되는 어느 하나의 음이온이다.
Antibacterial composition for antibiotic-resistant strain comprising a compound represented by the following [Formula 1]:
[Formula 1]
Figure 112021119464901-pat00010

In the above [Formula 1],
D is ciprofloxacin and is linked to X,
X is any one selected from O and NR, wherein R is hydrogen,
L is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms,
Q is P,
R 1 to R 3 are a phenyl group,
A - is any one anion selected from halogen, hydroxyl, carboxylate, sulfate, sulfurmate, sulfonate, phosphate, phosphonate, boronate and (poly)ethyleneoxy.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 균주는 그람 양성균인 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
According to claim 1,
The strain is characterized in that the gram-positive bacteria, antibacterial composition.
제3항에 있어서,
상기 그람 양성균은 엔트로코커스 페시움(Enterococcus faecium)균 또는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)인 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
4. The method of claim 3,
The Gram-positive bacteria are Entrococcus faecium ( Enterococcus faecium ) or Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus ), characterized in that the antibacterial composition.
제4항에 있어서,
상기 엔트로코커스 페시움균은 반코마이신 내성 엔트로코커스 페시움균인 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
5. The method of claim 4,
The Entrococcus pecium bacteria is an antibacterial composition, characterized in that the vancomycin-resistant Entrococcus pecium bacteria.
제4항에 있어서,
상기 황색포도상구균은 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 또는 반코마이신 내성 황색포도상구균(VISA)인 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
5. The method of claim 4,
The Staphylococcus aureus is an antibacterial composition, characterized in that it is methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VISA).
제1항에 있어서,
상기 [화학식 1]의 화합물은 하기 [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물:
[화학식 2]
Figure 112020019939502-pat00011

[화학식 3]
Figure 112020019939502-pat00012
According to claim 1,
The compound of [Formula 1] is an antibacterial composition, characterized in that it is a compound represented by the following [Formula 2] or [Formula 3]:
[Formula 2]
Figure 112020019939502-pat00011

[Formula 3]
Figure 112020019939502-pat00012
제1항에 있어서,
상기 조성물은 그람 양성균의 세포막을 직접적으로 표적하는 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
According to claim 1,
The composition is characterized in that it directly targets the cell membrane of Gram-positive bacteria, antibacterial composition.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 그람 양성균의 바이오필름 형성을 억제하는 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
According to claim 1,
The composition is characterized in that it inhibits the biofilm formation of Gram-positive bacteria, antibacterial composition.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 norA, sepA 또는 medA 유전자의 발현을 감소시킴으로써, 세포 내에 유입된 약물의 유출을 억제하는 것을 특징으로 하는, 항균용 조성물.
According to claim 1,
The composition is norA , by reducing the expression of sepA or medA gene, characterized in that to inhibit the outflow of the drug introduced into the cell, antibacterial composition.
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