ĐẶT VẤN ĐỀ Thời kỳ “kỷ nguyên vàng của kháng sinh” bắt đầu khi hàng loạt kháng sinh được phát hiện từ những năm 1940 và kết thúc khá đột ngột vào những năm 1960 khi tình trạng kháng thuốc bắt đầu được tích lũy [42]. Tình trạng kháng thuốc ngày càng trầm trọng để lại nhiều thách thức, gánh nặng cho y tế. Năm 2019, ước tính kháng kháng sinh do vi khuẩn là nguyên nhân trực tiếp gây ra 1,27 triệu ca tử vong trên toàn cầu, trong đó có 254 nghìn ca tại Đông Nam Á và Đông Á [7]. Nhiều biện pháp, chiến lược đã và đang được triển khai, trong đó sàng lọc và tổng hợp thuốc từ nguồn nguyên liệu tự nhiên cho thấy nhiều dấu hiệu tích cực.
Các hợp chất tự nhiên thường sở hữu cấu trúc hoá học độc đáo và đa dạng, tạo nền tảng cho việc phát triển các loại thuốc mới với cơ chế tác dụng khác biệt. Phương pháp bán tổng hợp có thể được áp dụng để chọn lọc được các hợp chất có hoạt tính mạnh hơn chất ban đầu. Từ đó, các sản phẩm này sẽ mở ra cơ hội lớn cho nghiên cứu, phát triển thuốc mới trong tương lai [59]. Eugenol là một phenylpropanoid, có trong tinh dầu của một số loài thực vật thuộc họ Lamiaceae, Lauraceae, Myrtaceae và Myristicaceae.
Eugenol là thành phần chính của một số tinh dầu có thể kể đến như tinh dầu hương nhu trắng, tinh dầu trầu không, tinh dầu đinh hương và được sử dụng chủ yếu trong cả thực phẩm và mỹ phẩm như một chất tạo hương vị [47]. Những năm gần đây, eugenol được nghiên cứu và chứng minh hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, chống ung thư,…. Trong một loạt những tác dụng sinh học tiềm năng, hoạt tính sinh học nổi bật có thể kể đến của eugenol là khả năng kháng vi sinh vật. Từ đó, eugenol trở thành một trong những hợp chất tự nhiên đáng chú ý trong chuyển hóa hữu cơ để tạo ra các hợp chất mới có hoạt tính kháng vi sinh vật vượt trội và tối ưu hơn [10, 17].
Nhằm khai thác ứng dụng tiềm năng này, nghiên cứu đánh giá một số dẫn chất bán tổng hợp từ eugenol được thực hiện để tìm kiếm các hợp chất mới có khả năng kháng vi sinh vật hiệu quả. Đề tài “Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật của một số hợp chất bán tổng hợp từ eugenol” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật ở dạng tự do của một số hợp chất bán tổng hợp từ eugenol 2. Đánh giá tính kháng biofilm Staphylococcus aureus ATCC 33591 của một số hợp chất bán tổng hợp từ eugenol.
Hợp chất bán tổng hợp có tác dụng kháng vi sinh vật 1. Đại cương về hợp chất bán tổng hợp Bán tổng hợp là phương pháp tổng hợp hóa học sử dụng sản phẩm tự nhiên làm nguyên liệu để tạo ra các hợp chất mới.Với nguyên liệu ban đầu là các hợp chất tự nhiên, thông qua quá trình biến đổi hóa học để tạo ra các phân tử có cấu trúc và đặc tính mong muốn [18]. Hướng đi này đã được khai phá sâu rộng hơn trong những thập kỉ gần đây bởi triển vọng đầy hứa hẹn của chúng trong ứng dụng hóa dược, sinh học phân tử và khoa học dược phẩm. Từ năm 1940 đến năm 2019, có 363 thuốc có nguồn gốc tự nhiên được phê duyệt, trong đó 286 hợp chất là sản phẩm bán tổng hợp từ tự nhiên.
Nhóm các hợp chất này tập trung vào các thuốc kháng vi sinh vật và chống ung thư với 54% các thuốc kháng khuẩn được cấp phép là các thuốc có nguồn gốc từ tự nhiên, con số này đối với thuốc chống ký sinh trùng là 45% và chống ung thư là 25% [42]. Có thể thấy các hợp chất tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong dược phẩm và vẫn là những lựa chọn tiềm năng, lý tưởng để phát triển thuốc mới, đặc biệt là thuốc kháng khuẩn. Với số lượng phong phú, đa dạng với nhiều cách sắp xếp cấu trúc các nhóm chức khác nhau, số lượng trung tâm lập thể nhiều, tỷ lệ dị nguyên tử khác nhau, khung cấu trúc vòng lõi đa dạng, có khả năng ứng dụng cao trong thiết kế và bán tổng hợp chất tương tự với đặc tính dược lý và hoạt tính sinh học đáng chú ý [45]. Aspirin nguyên chất bán tổng hợp đầu tiên, dựa trên một hợp chất tự nhiên salicin được phân lập từ Salix alba, được Bayer công bố vào năm 1899.
Trong những thập kỷ gần đây, nhiều thuốc bán tổng hợp từ nguyên liệu tự nhiên cũng được nghiên cứu và ứng dụng: nitisinone có nguồn gốc từ sản phẩm tự nhiên leptospermone (Callistemon citrinus) được sử dụng trong điều trị bệnh chống huyết khối, apomorphine là một hợp chất bán tổng hợp có nguồn gốc từ morphine (Papaver somniferum) được sử dụng trong bệnh Parkinson [64]. Không thể phủ nhận vai trò của tổng hợp hữu cơ trong nghiên cứu phát triển thuốc. Hóa học tổ hợp được chứng minh là khá thành công trong nhiều lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên, đối với kháng sinh, các chiến dịch sàng lọc rất lớn nhằm vào hàng chục mục tiêu đã không mang lại kết quả khả quan [42]. Bên cạnh đó, các hợp chất hầu hết các nguyên liệu ban đầu được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ đều có nguồn gốc từ dầu mỏ, các nguyên liệu không thể tái tạo, độc hại, dễ cháy, tiềm ẩn rủi ro cho sức khỏe con người và môi trường.
Để hạn chế sử dụng các nguồn tài nguyên thiên 2 nhiên không thể tái tạo nhiều nhóm nghiên cứu về tổng hợp hữu cơ đã phải đối mặt với vấn đề tìm kiếm các giải pháp thay thế tự nhiên, dựa trên các nguồn sinh khối thay cho các nguồn thu được từ dầu mỏ. Một trong những hướng nghiên cứu phổ biến hiện nay, tiềm năng ứng dụng tinh dầu và các dẫn xuất của chúng được chú ý như là nguyên liệu ban đầu cho các hóa chất có hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, kháng virus và chống ung thư [11, 36, 57]. Các thành phần dễ bay hơi của tinh dầu (như linalool, eugenol, limonen…) về cơ bản là các dẫn xuất terpen và phenolic có trọng lượng phân tử thấp, đồng thời sự có mặt của các liên kết không bão hòa, các nhóm chức (cacbonyl, hydroxyl, epoxid…) và cấu trúc đa dạng làm cho tinh dầu trở thành những nguyên liệu ban đầu tiềm năng để dẫn xuất hóa từ đó thu được các hợp chất kháng vi sinh vật bán tổng hợp có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, y học, chất bảo quản thực phẩm [40]. Hoạt tính kháng vi sinh vật của các hợp chất bán tổng hợp từ thành phần của thực vật Từ lâu, hoạt tính kháng vi sinh vật các chất từ thực vật đã được biết đến và chứng minh qua các nghiên cứu.
Một số hợp chất quan trọng có thực vật thể hiện nhiều hoạt tính kháng khuẩn có thể kể đến như tanin, eugenol, piperin…[37]. Các hợp chất bán tổng hợp từ tinh dầu cũng thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật tốt và có thể vượt trội hơn chất gốc. Một số hợp chất bán tổng hợp từ flavonoid, citral, oleanolic.đã được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn tốt: Karim Chouaïb và cộng sự (2015) đã tổng hợp dẫn xuất ester của oleanolic acid. Hoạt tính kháng khuẩn của dãy các dẫn xuất được đánh giá bằng kỹ thuật khuếch tán trên đĩa thạch cho thấy tác dụng chống lại 9 chủng vi sinh vật gây bệnh khác nhau ở người (05 chủng nấm men, 02 chủng vi khuẩn Gram (-) và 02 chủng vi khuẩn Gram (+)).
Tất cả các dẫn chất bán tổng hợp trong thử nghiệm đều bước đầu cho thấy hoạt tính kháng vi sinh vật, trong đó dẫn xuất (2a,3b)-2,3-Bis(pivaloyloxy)olean-12-en- 28-oic acid có hoạt tính mạnh nhất [14]. Goldbeck và cộng sự (2014) đã đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của 3-(p- chlorophenyl) thio citronellal tổng hợp từ citral. Kết quả chỉ ra rằng hợp chất 3-(p- chlorophenyk) thio citronellal là một chất kháng khuẩn mạnh và hiệu quả chống lại vi khuẩn gram (+) S. Kết quả cũng cho thấy tế bào vi sinh vật chết nhanh hơn khi được xử lý bằng chất tổng hợp 3-(p-chlorophenyl) thio citronellal [22].
Gontijo và cộng sự (2012) đã phân lập bioflavonoid tự nhiên morelloflavone từ trái cây dạng khô và dạng bột. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp ba dẫn chất 3 từ bioflavonoid theo ba dãy phản ứng khác nhau. Ba dẫn chất này thể hiện các hoạt tính diệt Leishmanicidal amazonensi, chống phân giải protein và chống oxy hóa cũng như độc tính tế bào thấp. Ba dẫn xuất bán tổng hợp thể hiện hoạt tính diệt L.
amazonensi chống lại các chất kích thích của L. amazonensis cao hơn khi so sánh với hợp chất tự nhiên gốc, trong khi các hợp chất gốc lại cho thấy đặc tính chống oxy hóa cao hơn [23]. Hoạt tính kháng biofilm của các hợp chất bán tổng hợp từ thành phần của thực vật. Các xét nghiệm đánh giá kháng kháng sinh ban đầu được phát triển để kiểm tra tính kháng của vi sinh vật tự do [44].
Trên thực tế, vi khuẩn không chỉ tồn tại ở dạng phù du mà có thể tồn tại dưới nhiều kiểu hình, quần thể phức tạp. Đặc biệt, biofilm là một mô hình thường gặp, có vai trò trong lây truyền và hình thành các chủng kháng của vi khuẩn gây bệnh. Trên thực tế có 65-80 % các trường hợp nhiễm vi khuẩn ở các nước phát triển có liên quan đến biofilm [46]. Vậy nên, để đánh giá sâu hơn về hoạt tính kháng khuẩn, bên cạnh nghiên cứu hoạt tính của hợp chất trên vi sinh vật tự do, khảo sát trên các mô hình biofilm cũng được quan tâm, nghiên cứu.
Biofilm là cộng đồng vi sinh vật nằm trong chất nền ngoại bào gồm các hợp chất cao phân tử ngoại bào: polysaccharid, AND ngoại bào và protein, lipid. Những chất cao phân tử này được sắp xếp như một ma trận và được đánh giá là có khả năng bảo vệ vi khuẩn khỏi các tác nhân của môi trường như nhiệt, ẩm, miễn dịch của vật chủ cũng như các chất diệt khuẩn [19]. Vi khuẩn trong biofilm có sức đề kháng với điều kiện ngoại cảnh cao hơn so với vi khuẩn ở dạng tự do. Các vi khuẩn trong biofilm kém đáp ứng với kháng sinh được cho là liên quan chủ yếu đến hiệu ứng cản trở của chất nền ngoại bào biofilm, điều này giảm khả năng tiếp xúc của thuốc với các VSV trong biofilm [46].
Biofilm Staphylococcus aureus Tụ cầu vàng Staphyococcus aureus là nguyên nhân chính gây nhiễm trùng bệnh viện và nhiễm trùng mắc phải tại cộng đồng, đồng thời là gánh nặng đáng kể cho hệ thống chăm sóc sức khỏe. Tụ cầu vàng có khả năng sinh biofilm trên các bề mặt sinh học và bề mặt nhân tạo.