PL231692B1

PL231692B1 - Preparat do zastosowania w leczeniu nosemozy u pszczół

Info

Publication number: PL231692B1
Application number: PL408774A
Authority: PL
Inventors: Mariusz Trytek; Aneta Ptaszyńska; Dorota Gryko; Grzegorz Borsuk
Original assignee: Inst Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk; Univ M Curie Sklodowskiej; Univ Przyrodniczy W Lublinie
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2019-03-29
Also published as: PL408774A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest preparat do zastosowania w leczeniu mikrosporydioz, zwłaszcza nosemozy u pszczół, wywołanej zakażeniem grzybami takimi jak, Nosema opis czy Nosema ceranae, sporządzany na bazie powszechnie stosowanych pokarmów z dodatkiem związków porfirynowych, otrzymywanych w wyniku wprowadzenia do struktury porfiryny ugrupowań aminokwasów i peptydów, mezo-podstawionych porfiryn czy też pochodnych chlorofilu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest preparat do zastosowania w leczeniu nosemozy u pszczół, wywołanej zakażeniem grzybami takimi jak, Nosema apis czy Nosema ceranae, sporządzany na bazie powszechnie stosowanych pokarmów, zawierający jedną z homogenicznie rozprowadzonych protoporfiryn z podstawnikami amidowymi lub jedną z mezo-podstawionych porfiryn, lub pochodną chlorofilu.

W zwalczaniu nosemozy pszczół, stosowano lek na bazie fumagiliny, substancji wyizolowanej z grzyba Aspergillus fumigatus, której działanie polega jedynie na hamowaniu aktywności enzymu aminopeptydazy metioninowej MetAP-2, bez niszczenia zarodników Nosema spp., co w konsekwencji prowadzi do rozwijania się oporności grzyba na ten antybiotyk. Ponadto, fumagilina trudno rozpuszcza się w wodzie, będącej podstawą syropów cukrowych, jako najprostszej formy podawania pszczołom leków, przez co konieczne jest stosowanie różnych dodatków chemicznych zwiększających rozpuszczalność antybiotyku w roztworach wodnych. Z uwagi na możliwość przenikania samej fumagiliny lub produktów jej metabolizmu do miodu, do zwalczania nosemozy stosowane są też mieszanki ziołowe, jak np. wyciąg z kory dębu, których terapeutyczne działanie nie jest dostatecznie skuteczne w stosunku do organizmów wywołujących mikrosporydiozy u pszczół.

Inny, znany z opisu patentowego MX 2011011839 sposób zapobiegania i zwalczania nosemozy u pszczół, polega na wyciszaniu wybranych genów Nosema spp., z zastosowaniem konstruktów genetycznych lub cząsteczek kwasów nukleinowych - dsRNAs, np. siRNAs, miRNAs and shRNAs - funkcjonalnie związanych z białkami penetrującymi komórkę.

Jak wykazuje praktyka, metoda ta również nie gwarantuje dostatecznej skuteczności zwalczania nosemozy u pszczół, dodatkowo wiąże się z koniecznością użycia drogich technik otrzymywania i oczyszczania genów, a sama idea aplikowania pszczołom preparatów na bazie modyfikowanych genetycznie związków jest dyskusyjna i nie jest powszechnie akceptowana. Miód i inne produkty pszczele są wykorzystywane przez człowieka jako produkty żywnościowe, lecznicze czy suplementy diety. Z tego powodu, leczenie pszczół powinno opierać się o dobrze poznane, bezpieczne preparaty, łatwo degradowalne i nie powodujące zmian genetycznych w organizmach pszczół.

Grupą związków, które między innymi, wykorzystuje się w medycynie do niszczenia tkanek nowotworowych w tzw. fotodynamicznej terapii nowotworowej czy też do zwalczania patogennych mikroorganizmów, są porfiryny. Terapia z użyciem tych związków polega na naświetlaniu chorych tkanek lub miejsc zakażonych drobnoustrojami, w stacjonarnych warunkach, promieniowaniem laserowym lub innymi źródłami światła o odpowiedniej długości fali, w wyniku czego, wzbudzone cząsteczki porfiryn przyczyniają się do generowania wysoce reaktywnych form tlenu niszczących tkanki nowotworowe lub szkodliwe mikroorganizmy.

Nieznane jest zastosowanie porfiryn przeciwko mikroorganizmom patogennym, bez wywołania mechanizmu fotouczuleniowego poprzez aktywację światłem.

Celem wynalazku było opracowanie skutecznego preparatu do zwalczania grzybów z rodzaju Nosema i hamowania rozwoju ich zarodników, do bezpiecznego stosowania w leczeniu mikrosporydioz u pszczół, zwłaszcza nosemozy.

Nieoczekiwanie okazało się, że grupa znanych z publikacji Ksenia Maximova, Sabina Pisarek, Dorota Gryko, Synthesis, 2013, 45, 1099-1105, pochodnych porfirynowych otrzymywanych w wyniku funkcjonalizacji protoporfiryny aminokwasami i peptydami, zwiększającymi biodostępność związków porfirynowych, takimi jak np. lizyna, glicyna, arginina, kwas asparaginowy, glutaminowy czy też peptyd lizyna-lizyna, mezo-podstawione porfiryny, np. H2TMePyP i H2TTMePP, a także pochodne chlorofilu znajdują nowe zastosowanie w preparatach do leczenia mikrosporydioz u pszczół.

Preparat według wynalazku, na bazie płynnych czy też stałych pokarmów stosowanych powszechnie do dokarmiania pszczół, zawierający jedną z rozprowadzonych homogenicznie porfiryn zawierających podstawniki amidowe, jak pokazano we wzorze 1 lub mezo-podstawionych porfiryn - wzór 2, lub pochodną chlorofilu, znajduje nowe zastosowanie do leczenia nosemozy u pszczół.

Korzystnym jest, jeśli porfirynami zawierającymi podstawniki amidowe są amidowe pochodne protoporfiryny, takie jak, PPIX[Lys(TFA)]2, PP(Arg-TFA)2, PP(Lys-Lys-2TFA)2, PPIX(GlyONa)2, PPIX[Asp(ONa)2]2, PPIX[Asp(ONa)2-Glu(ONa)2]2, a mezo-podstawione porfiryny to H2TMePyP, H2TTMePP, zaś pochodną chlorofilu stanowi chlorofilina sodowo-miedziowa - CAA-2.

Korzystnym jest również, jeśli porfiryny zawierające podstawniki amidowe, mezo-podstawione porfiryny, jak i pochodna chlorofilu, stosowane są w ilości od 1x10^-3 do 1 jednostek wagowych na 10000 tych samych jednostek wagowych (j.w.) pokarmu.

PL 231 692 B1

Wynalazek i jego działanie przedstawiono w poniższych przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1 mg protoporfiryny IX oraz 90 mg chlorowodorku estru metylowego N_e-Boc-L-lizyny rozpuszczono w 4 ml suchego dimetyloformamidu, dodano 60 mg heksafluorofosforanu 2-(1H-benzotriazolo-1-ilo)-1,1,3,3-tetrametylouroniowego, 29 mg 1-hydroksybenzotriazolu oraz 37 μl diizopropyloaminy. Roztwór mieszano w temperaturze pokojowej, w atmosferze argonu przez 18 godzin. Następnie mieszaninę rozcieńczono chlorkiem metylenu i przemyto 5% wodnym roztworem kwasu solnego, nasyconym roztworem NaHCO3, wodą oraz solanką. Warstwę organiczną osuszono bezwodnym Na2SO4. Produkt oczyszczono metodą chromatografii DCVC na żelu krzemionkowym (2% metanolu w chlorku metylenu). Po krystalizacji z mieszany chlorek metylenu/heksan otrzymano 49 mg pochodnej protoporfiryny IX PPIX[Lys(OMe)(Boc)]2 w postaci czerwonego osadu. Otrzymany produkt rozpuszczono w 2 ml chlorku metylenu, ogrzano do temperatury 40°C, dodano 2 ml metanolu oraz 1 ml wodnego roztworu NaOH o stężeniu 4 M. Mieszaninę reakcyjną mieszano w 40°C do czasu pełnej konwersji. Wytrącony po ochłodzeniu czerwonobrunatny osad przemyto kilkakrotnie wodą oraz eterem. W celu usunięcia grupy zabezpieczającej do 48 mg otrzymanej soli PPIX[Lys(ONa)(Boc)]2 rozpuszczonej w 0,3 ml chlorku metylenu i ochłodzonej do 0°C, dodano 1,62 ml mieszaniny: kwas trifluorooctowy (1,4 ml) - chlorek metylenu (0,16 ml) - anizol (0,06 ml), po 3 godzinach roztwór ochłodzono do 0°C i dodano eter dietylowy. Wytrącony czerwonobrunatny osad przemyto eterem dietylowym, otrzymując 48 mg amidowej pochodnej protoporfiryny - PPK[Lys(TFA)]2.

Następnie 500 g izoglukozy rozpuszczono w 500 g wody i do roztworu dodano PPIX[Lys(TFA)]2, w ilości 10,5 mg. Otrzymano pokarm płynny zawierający porfirynę w ilości 0,0105 j.w. (10,5x10^-3) na 1000 j.w. pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 2

Do 100 mg Wang-Arg(Pbf)-NHFmoc dodano 1 ml suchego dimetyloformamidu. Po 30 minutach usunięto rozpuszczalnik. Do osadzonego na żywicy aminokwasu dodano 20% roztwór piperydyny w dimetyloformamidzie. Zawiesinę wytrząsano przez godzinę. Następnie usunięto substancje lotne, a stałą pozostałość przemyto trzykrotnie diemtyloformamidem. Następnie do otrzymanego osadu dodano 36 mg protoporfiryny IX, 72 mg heksafluorofosforanu 2-(1H-benzotriazolo-1-ilo)-1,1,3,3-tetrametylouroniowego oraz 60 μl diizopropyloaminy. Mieszaninę reakcyjną wytrząsano przez 18 godzin. Po tym czasie żywicę przemyto kilkakrotnie dimetyloformamidem oraz chlorkiem metylenu. Do żywicy dodano 1,62 ml mieszaniny: kwas trifluorooctowy (1,4 ml) - chlorek metylenu (0,16 ml) - anizol (0,06 ml) i wytrząsano przez 2 godziny. Roztwór odsączono, a stałą pozostałość przemyto kwasem trifluorooctowym. Do roztworu dodano eter dietylowy o temperaturze 4°C. Wytrącony osad odsączono i przemyto eterem dietylowym. Produkt oczyszczono za pomocą chromatografii kolumnowej w układzie faz odwróconych (RP-C18, H2O:MeOH 1:3 z dodatkiem 0,4% TFA) otrzymując 38 mg aminowej pochodnej protoporfiryny IX PP(Arg-TFA)2 w postaci czerwonego osadu. Procedurę otrzymywania diamidu powtórzono czterokrotnie.

Następnie przygotowano pokarm stały poprzez równomierne zmieszanie 137,5 mg PP(Arg-TFA)2 z 1,0 kg cukru pudru i 0,25 kg miodu ogrzanego do temp. 50°C. Po ostudzeniu mieszaniny do temperatury pokojowej otrzymano ciasto zawierające porfirynę w ilości 0,11 g na 1000 g (1,1x10^-1 j.w. na 1000 j.w.) pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 3

Do 50 mg Wang-Lys(Boc)-NHFmoc dodano 1 ml suchego dimetyloformanidu i pozostawiono na 30 minut. Następnie usunięto rozpuszczalnik i do osadzonego na żywicy aminokwasu dodano 20% roztwór piperydyny w dimetyloformamidzie. Zawiesinę wytrząsano przez godzinę. Po odsączeniu, a stałą pozostałość przemyto trzykrotnie diemtyloformamidem. Do osadzonego na żywicy aminokwasu dodano 37 mg Lys(Boc)-NHFmoc, 46 mg heksafluorofosforanu 2-(1H-benzotriazolo-1-ilo)-1,1,3,3-tetrametylouroniowego oraz 20 μl diizopropyloaminy. Zawiesinę wytrząsano przez 18 godzin, a następnie odsączono, a stałą pozostałość przemyto trzykrotnie diemtyloformamidem. Do osadzonego na żywicy aminokwasu dodano do niej 1 ml 20% roztworu piperydyny w dimetyloformamidzie i wytrząsano przez 3 godziny. Żywicę odsączono i przemyto kilkakrotnie suchym dimetyloformamidem. Do osadzonego na żywicy dipeptydu dodano 23 mg protoporfiryny IX, 46 mg heksafluorofosforanu 2-(1 H-benzotriazolo-1-ilo)-1,1,3,3-tetrametylouroniowego oraz 20 μl diizopropyloaminy i wytrząsano przez 18 godzin. Następnie żywicę przemyto kilkakrotnie dimetyloformamidem oraz chlorkiem metylenu. Do żywicy dodano 1,62 ml mieszaniny: kwas trifluorooctowy (1,4 ml) - chlorek metylenu (0,16 ml) - anizol (0,06 ml) i wytrząsano

PL 231 692 B1 przez 2 godziny. Po odsączeniu, stałą pozostałość przemyto kwasem trifluorooctowym. Do roztworu dodano eter dietylowy o temperaturze 4°C. Wytrącone kryształy odwirowano i trzykrotnie przemyto eterem dietylowym. Produkt oczyszczono za pomocą chromatografii kolumnowej w układzie faz odwróconych (RP-C18, H2O:MeOH:TFA 2:3:0,05) otrzymując 9 mg pochodnej protoporfiryny IX PP(Lys-Lys-2TFA)2 w postaci czerwonego osadu.

Następnie, 500 g cukru spożywczego rozpuszczono w 500 g wody i dodano PP(Lys-Lys-2TFA)2, w ilości 7,6 mg. Otrzymano pokarm płynny i zawierający porfirynę w ilości 0,0076 j.w. (7,6 x10^-3) na 1000 j.w. pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 4

100 mg protoporfiryny IX oraz 135 mg chlorowodorku estru etylowego L-glicyny rozpuszczono w 10 ml suchego dimetyloformamidu, dodano 215 mg heksafluorofosforanu 2-(1H-benzotriazolo-1-ilo)-1,1,3,3-tetrametylouroniowego, 105 mg 1-hydroksybenzotriazolu oraz 135 μl diizopropyloaminy. Roztwór mieszano w temperaturze pokojowej przez 18 godzin. Następnie mieszaninę rozcieńczono chlorkiem metylenu i przemyto wodnym roztworem kwasu solnego (5%), nasyconym roztworem NaHCO3, wodą oraz solanką. Warstwę organiczną osuszono bezwodnym Na 2SO4, a następnie usunięto rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem. Produkt oczyszczono metodą chromatografii DCVC na żelu krzemionkowym (5% metanolu w chlorku metylenu). Krystalizowano z mieszany chlorek metylenu/heksan otrzymując 92 mg pochodnej protoporfir yny IX PPIX[Gly(OMe)(Boc)]2 w postaci czerwonego osadu. Otrzymany produkt rozpuszczono w 4 ml chlorku metylenu, ogrzano do temperatury 40°C, dodano 4 ml metanolu oraz 2 ml wodnego roztworu NaOH o stężeniu 4 M. Roztwór ochłodzono do 0°C, dodano eter dietylowy, wytrącony czerwonobrunatny osad przemyto eterem dietylowym, otrzymując 55 mg produktu PPIX(GlyONa)2.

Następnie 500 g sacharozy rozpuszczono w 500 g wody i dodano PP(GlyONa)2, w ilości 1 mg. Otrzymano pokarm płynny zawierający i porfirynę w ilości 0,001 j.w. (1x10^-3) na 1000 j.w. pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ła d 5

120 mg zmodyfikowanej porfiryny PPIX[Asp(ONa)2]2 otrzymano według procedury analogicznej do opisanej dla przykładu 4, używając 100 mg protoporfiryny IX oraz 220 mg chlorowodorku diestu metylowego kwasu L-asparagiowego.

Następnie przygotowano pokarm stały poprzez równomierne zmieszanie 110,1 mg PPIX[Asp(ONa)2]2c z 1 kg cukru pudru, po czym wygniatano z 0,25 kg miodu ogrzanego uprzednio do temp. 50°C. Po ostudzeniu mieszaniny do temperatury pokojowej otrzymano ciasto zawierające porfirynę w ilości 0,088 g na 1000 g (8,8x10^-3 j.w. na 1000 j.w) pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 6

Otrzymaną w przykładzie 5 pochodną protoporfiryny, PPIX[Asp(ONa) 2]2s w ilości 8,8 mg, dodano do syropu cukrowego sporządzonego przez rozpuszczenie 500 g cukru spożywczego w 500 g przegotowanej wody. Tak przygotowanym preparatem zawierającym 0,0088 g porfiryny na 1000 g pokarmu (8,8x10^-2 j.w. na 1000 j.w. pokarmu) karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 7

130 mg zmodyfikowanej porfiryny PPIX[Asp(ONa)2-Glu(ONa)2]2 otrzymano według procedury analogicznej do opisanej dla przykładu 4, używając 120 mg protoporfiryny IX.

Zmieszano 250 g hydrolizatu skrobiowego z 250 mg przegotowanej wody i PPIX[Asp(ONa)2-Glu(ONa)2]2 dodano w ilości 500 mg, tj. 1 j.w. na 1000 j.w. pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 8

Gotową zakupioną w firmie Sigma-Aldrich, pochodną chlorofilu (CAA-2) w ilości 36 mg, rozpuszczono w syropie cukrowym sporządzonym przez zmieszanie 250 g cukru spożywczego z 250 g przegotowanej wody.

Tak przygotowanym preparatem zawierającym 0,072 g związku CAA-2 na 1000 g pokarmu (7,2x10^-2 j.w. na 1000 j.w. pokarmu) karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

PL 231 692 B1

P r z y k ł a d 9

Gotową zakupioną w firmie Sigma-Aldrich, mezo-podstawioną porfirynę H2TMePyP w ilości 136 mg, rozpuszczono w syropie cukrowym sporządzonym przez zmieszanie 500 g cukru spożywczego z 500 g przegotowanej wody. Tak przygotowanym preparatem zawierającym 0,136 g związku H2TMePyP na 1000 g pokarmu (13,6x10^-2 j.w. na 1000 j.w. pokarmu) karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

P r z y k ł a d 10

Gotową zakupioną w firmie Sigma-Aldrich, mezo-podstawioną porfirynę H2TTMePP w ilości 78 mg równomiernie zmieszano z 1 kg cukru pudru, po czym wygniatano z 0,25 kg miodu ogrzanego uprzednio do temp. 50°C. Po ostudzeniu mieszaniny do temperatury pokojowej otrzymano ciasto zawierające porfirynę w ilości 0,062 g na 1000 g (6,2x10^-2 j.w. na 1000 j.w) pokarmu. Tak przygotowanym preparatem karmiono pszczoły zdrowe i sztucznie zakażone Nosema spp.

Dla zbadania skuteczności preparatu i jego toksyczności wykonywano rozciery z 10 żywych pszczół oraz zliczano i usuwano martwe pszczoły z klatek, tzw. upadki pszczół.

Co drugi dzień, po wykonaniu rozcierów zliczano zarodniki Nosema spp. w komorze Burkera pod mikroskopem optycznym. Od 4 dnia doświadczenia obserwowano spadek liczby zarodników u pszczół karmionych pokarmem z dodatkiem porfiryn, w stosunku do pszczół z grupy kontrolnej karmionej samym syropem cukrowym, np. w dniach 4-10 liczba zarodników w grupie kontrolnej wynosiła od 12,8 do 15,8 mln/pszczołę, natomiast w grupie doświadczalnej od 0 do 2,4 mln/pszczołę. Jednocześnie nie zaobserwowano wzrostu śmiertelności u zdrowych pszczół karmionych porfirynami.

Wyniki przemawiające za skutecznością wynalazku przedstawiono na rysunku w tabelach i na wykresach, gdzie:

Tabela 1 i wykres - fig. 1 obrazują spadek liczby zarodników nosema w mln/pszczołę, wskutek dokarmiania preparatami według wynalazku.

Tabela 2 i wykres - fig. 2 obrazują brak toksyczności preparatu według wynalazku na przeżywalność zdrowych pszczół.

Tabela 3 i wykres - fig. 3 obrazują brak toksyczności preparatu według wynalazku na przeżywalność zakażonych pszczół.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Preparat na bazie płynnych czy też stałych pokarmów stosowanych powszechnie do dokarmiania pszczół, znamienny tym, że zawiera jedną z rozprowadzonych homogenicznie porfiryn zawierających podstawniki amidowe jak pokazano we wzorze 1 lub mezo-podstawionych porfiryn - wzór 2, lub pochodną chlorofilu, do zastosowania w leczeniu nosemozy u pszczół.

2. Preparat według zastrz. 1 , znamienny tym, że amidowe pochodne porfiryny, mezo-podstawione porfiryny jak i pochodną chlorofilu, stosuje się w ilości od 1x10^-3 do 1 jednostek wagowych, na 10000 tych samych jednostek wagowych pokarmu.

3. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że porfiryny zawierające podstawniki amidowe to amidowe pochodne protoporfiryny takie jak: PPIX[Lys(Tfa)]2, PP(Arg-TFA)2, PP(LysLys-2TFA)2, PPIX(GlyONa)2, PPIX[Asp(Ona)2]2 lub PPIX[Asp(Ona)2-Glu(Ona)2]2.

4. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że mezo-podstawione porfiryny to H2TMePyP lub H2TTMePP.

5. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że pochodna chlorofilu to chlorofilina sodowo-miedziowa - CAA-2.