Antimicrobial activity of new bicyclic lactones with three or four methyl groups obtained both synthetically and biosynthetically
化学与生物合成制备的三、四甲基取代新型双环内酯及其抗菌活性
来源：Journal of Saudi Chemical Society, Volume 22, Pages 363-371, 2018
《沙特化学会期刊》，2018年，第22卷，页码363-371
摘要
本研究经五步化学合成得到10种异佛尔酮衍生物，包含两类带有三甲基、四甲基的不饱和双环内酯；选用多株真菌对上述内酯进行生物转化，得到4种全新羟基内酯，因四甲基不饱和内酯为非对映异构体混合物，开展结构解析；对全部不饱和内酯与羟基内酯进行抑菌试验与气味评定，结果显示部分化合物可抑制金黄色葡萄球菌、荧光假单胞菌、白色念珠菌、链格孢与青霉等致病微生物生长。
关键词
不饱和内酯；生物转化；羟基化；抗菌活性；气味
研究目的
1 通过化学合成制备三甲基、四甲基取代不饱和双环内酯，利用真菌生物转化制备新型羟基内酯；
2 明确不同真菌对底物的羟基化转化规律，确定优势转化菌株；
3 评价各类内酯对多种细菌、酵母菌、丝状真菌的抑制效果；
4 测定所有合成产物的气味特征，发掘香料与抑菌先导化合物。
研究思路
1 以异佛尔酮为起始原料，经克莱森重排、酯水解、溴代内酯化、脱卤脱氢多步化学反应合成6a、6b两种不饱和双环内酯；
2 选取镰刀菌、毛霉、青霉等17株真菌开展底物生物转化筛选，借助GC、TLC跟踪转化进程，优选菌株进行放大制备，分离纯化四种羟基内酯产物并完成波谱结构鉴定；
3 采用芬兰Bioscreen全自动生长分析仪，测定各内酯对受试细菌、酵母、丝状真菌生长迟滞期与最大吸光度变化，评价抑菌能力；
4 组织专业品评人员对所有产物开展感官气味评测，汇总气味特征数据。
研究亮点
1 联用化学合成与微生物生物转化两种方式制备系列甲基取代双环内酯，仅少数菌株可实现底物选择性羟基化，区域选择性突出；
2 6b非对映异构体在同种真菌作用下发生不同位点羟基化，底物细微构型变化显著改变产物结构；
3 首次证实部分双环内酯兼具抑菌活性与特征香气，兼具抗菌药剂和香精原料开发潜力；
4 利用Bioscreen连续动态监测微生物生长，量化内酯对菌体生长抑制程度，数据重复性佳。
可延伸的方向
1 优化合成与生物转化工艺，提升羟基内酯制备收率；
2 改造内酯分子结构，优化抑菌与香气性能，开发新型食品天然防腐剂；
3 开展体内抑菌试验，探究化合物实际应用安全性；
4 探究内酯抑菌分子作用靶点，阐明详细抑菌机理。
测量的数据及研究意义
1 不同培养时间下底物剩余占比与转化产物生成占比数据，数据来自表1、表2；该数据筛选出高效转化菌株，明确培养时长对生物转化转化率的影响，确定青霉、侧耳、犁头霉等优势菌种，为后续放大生物转化制备羟基内酯提供工艺参数。
2 微生物迟滞期、菌体最大OD吸光度数据，数据来自表3；通过迟滞期延长幅度和终OD下降程度量化内酯抑菌强弱，区分不饱和内酯与羟基内酯的抑菌谱差异，筛选出对芽孢杆菌、荧光假单胞菌、镰刀菌高效抑制的目标化合物。
3 各类内酯、衍生物感官香气描述数据；汇总不同化合物香型特点，筛选果香、木香类潜在香料原料，拓展产物在香精领域的应用价值。
结论
1 以异佛尔酮为原料成功合成2种不饱和双环内酯，6b为两种非对映异构体混合物；17株受试真菌中仅少数可实现底物羟基化，转化具有严格区域与立体选择性。
2 P.vermiculatum等菌株可选择性在烯丙位甲基羟基化，S.racemosum可在叔碳位点实现特殊羟基修饰，不同构型底物转化产物存在明显区别。
3 6a主要抑制荧光假单胞与线镰刀菌，6b对白色念珠菌、链格孢、青霉有效；羟基内酯对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌抑制效果更优；酯类产物多带有果香，羟基内酯多呈现木香、森林系香气。
使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义
1 Bioscreen仪器每隔30 min自动测定菌液560 nm吸光度，连续数天动态记录微生物全生长曲线，相较于单点平板计数，可直观体现内酯对菌体迟滞期、对数期、稳定期全阶段生长影响，精准量化抑制强弱。
2 仪器微孔板高通量检测实现多菌株、多化合物同步平行试验，三次重复数据稳定性高，减少人工操作误差，高效完成大量抑菌筛选试验。
3 通过迟滞期延长和终OD值下降两个量化指标，客观区分完全抑菌、部分抑菌效果，建立内酯结构与抑菌活性的数据关联，为构效关系分析提供可靠试验依据。