In silico simulation of metabolism of selected compounds with antimicrobial activity

People and animals are exposed to numerous microbial infections. Microorganisms including bacteria colonize every living organism. Hence, injuries of the epidermis of the skin or a decrease in the resistance of a living organism may cause the occurrence of lesions. The above is a prerequisite for searching for solutions that are to help in reducing microbial infections or improve the treatment of diseases caused by bacteria.This work aims to determine, by means of in silico simulations, the metabolism of selected chemical compounds that exhibit antimicrobial activity towards the eradication of bacteria such as Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis.The theoretical part of the work discusses the structure and functions of the skin. In addition, the penetration of active substances through the lipid barrier of the skin has been described (among others, routes of penetration of active substances into the skin and types of transport of active substances). The theoretical part also presents a discussion on the lipophilicity of biologically active substances. Body bacterial infections (infections caused by staphylococci and streptococci) were reviewed. Bacterial biofilm - its structure and stages of formation were discussed. The bacterium Staphylococcus aureus and the bacterium MRSA were characterized and the MetaSite program was described, which made it possible to predict the metabolism of specific chemical compounds with antimicrobial activity.The experimental part describes the software settings. The work also contains the results of in silico simulations carried out in the MetaSite program on compounds AW18002, AW18018, AW19002 and AW19004. Places of metabolism of the above mentioned substances in skin and liver were predicted, as well as structures of skin and liver metabolites. Additionally, lipophilicity values of individual skin and liver metabolites were presented and compared with lipophilicity values of the above-mentioned compounds. The compound AW18002 has the lowest value of lipophilicity, and the largest compound AW19002. Nevertheless, changes in lipophilicity can be seen to decrease mainly the individual skin and hepatic metabolism products of the compounds included in the work.

Ludzie i zwierzęta narażeni są na liczne zakażenia spowodowane drobnoustrojami. Na każdym organizmie żywym kolonizują drobnoustroje, między innymi bakterie. Stąd urazy naskórka skóry lub spadek odporności organizmu żywego mogą być przyczyną wystąpienia zmian chorobowych. Powyższe stanowi przesłanki do poszukiwania rozwiązań, które mają pomóc w zniwelowaniu uciążliwych zakażeń drobnoustrojami lub udoskonalić leczenie chorób wywołanych przez bakterie. Niniejsza praca ma na celu określenie za pomocą symulacji in silico metabolizmu wybranych związków chemicznych, które wykazują aktywność przeciwdrobnoustrojową, w kierunku eradykacji bakterii takich jak Staphylococcus aureus i Staphylococcus epidermidis. W części teoretycznej pracy omówiono budowę i funkcje skóry. Ponadto opisano przenikanie substancji czynnych przez barierę lipidową skóry (między innymi drogi wnikania substancji czynnych w głąb skóry i rodzaje transportu substancji aktywnych). Część teoretyczna przedstawia również dyskusję na temat lipofilowości substancji biologicznie aktywnych. Dokonano przeglądu zakażeń bakteriami ustrojowymi (zakażeń wywoływanych przez gronkowce i paciorkowce). Omówiono biofilm bakteryjny – jego budowę i etapy powstawania. Scharakteryzowano bakterię Staphylococcus aureus i bakterię MRSA oraz opisano program MetaSite, który umożliwił przewidywanie metabolizmu określonych związków chemicznych o aktywności przeciwdrobnoustrojowej.Część eksperymentalna zawiera opis ustawień oprogramowania. Praca zawiera również wyniki symulacji in silico przeprowadzonych w programie MetaSite związków AW18002, AW18018, AW19002 i AW19004. Przewidziano miejsca metabolizmu wyżej wymienionych substancji w skórze i wątrobie, jak również przedstawiono struktury metabolitów skórnych i wątrobowych. Dodatkowo przedstawiono wartości lipofilowości poszczególnych metabolitów skórnych i wątrobowych oraz porównano je z wartościami lipofilowości wyżej wymienionych związków. Najmniejszą wartość lipofilowości posiada związek AW18002, a największą związek AW19002. Mimo to można zauważyć zmiany lipofilowości w większości w kierunku zmniejszenia poszczególnych produktów metabolizmu skórnego i wątrobowego ujętych w pracy związków.