Búsqueda de sustancias antifúngicas para el control de hongos fitopatógenos a partir de constituyentes químicos presentes en Piper pesaresanum

Abstract

El cacao es una de las especies primordiales del sistema agroforestal campesino de muchas regiones en Colombia y es considerado como uno de los cultivos de mayor proyección económica, dado su valor agregado, a su alta demanda por diversas industrias y a que se puede cultivar junto con otras especies de importancia alimenticia. Los rendimientos de producción en nuestro país son muy bajos, debido a múltiples factores entre los que se destacan las enfermedades causadas por diversos tipos de hongos y oomycetes fitopatógenos. Por lo que es de gran interés el desarrollo de agentes fitosanitarios eficaces y seguros para el control de hongos y oomycetes fitopatógenos asociados al cultivo del cacao con lo que se puedan minimizar las pérdidas y aumentar los rendimientos de producción. En Colombia se encuentran presentes un gran número de especies vegetales, muchas de las cuales no cuentan con investigaciones, o presentan investigaciones preliminares, lo que las hace un objeto interesante para emprender investigaciones hacia la búsqueda de sustancias con actividad antifúngica. Este es el caso de la especie Piper pesaresanum de la cual se han reportado algunos estudios químicos y biológicos preliminares. Dado el interés del equipo de investigación en esta temática la presente investigación contribuye a la búsqueda de sustancias antifúngicas para el control de hongos fitopatógenos asociados al cacao, a partir del estudio de los constituyentes químicos presentes en P. pesaresanum. El trabajo comprendió el aislamiento y caracterización de los compuestos químicos presentes en P. pesaresanum con actividad antifúngica frente a los hongos asociados al fruto del cacao, los cuales fueron Moniliophthora roreri, Fusarium solani y Phytophthora sp. Posteriormente, con los compuestos más activos se realizó un estudio de aproximación de relación estructura-actividad para establecer la influencia de los diferentes grupos funcionales sobre la actividad exhibida frente a los hongos fitopatógenos objeto de estudio. Finalmente se realizó un estudio computacional para el desarrollo de un modelo farmacofórico a partir de las características estructurales más importantes de los compuestos de mayor potencial antifúngico. El estudio fitoquímico biodirigido permitió el aislamiento y la identificación de tres derivados de ácido benzoico (ácido 4-metoxinervogénico P-1, ácido nervogénico P-2 y ácido 3-(3’,3’-dimetilalil-1’-oxo)-5-(3’’,3’’-dimetilalil)-4-hidroxibenzoico P-3) y una dihidrochalcona (2’,6’-dihidroxi-4’-metoxidihidrochalcona P-4), de los cuales (P-2 a P-4) son reportados por primera vez en la especie. Los compuestos aislados e identificados presentaron actividad antifúngica moderada frente a los tres hongos evaluados, en rangos de CI50 de 26,72 a 97,42 µM, siendo los de mayor potencial P-3 y P-4. A partir de los compuestos naturales se realizó la síntesis siete derivados (P-5 a P-11), por modificaciones sencillas en sus grupos funcionales, siendo los compuestos P-7 y P-9 los de mayor actividad antifúngica con valores de CI50 de 6,68 y 2,95 µM, respectivamente. En este estudio se incluyeron algunos compuestos comerciales (P-12 a P-19) con subestructuras similares a los compuestos bioactivos y otros compuestos aislados previamente en el grupo de especies del género Piper (P-20 a P-23). Los resultados permitieron establecer que para los derivados de ácido benzoico la presencia de sustituyentes prenilados y el grupo carboxilo en el anillo aromático son necesarios para la actividad antifúngica. La actividad se incrementó significativamente cuando se sintetizaron los compuestos cíclicos de tipo cromeno P-9 y 4-cromanona P-10. Para los derivados de flavonoides se determinó que el grupo carbonilo en el núcleo tipo dihidrochalcona es importante para mantener la actividad antifúngica, en dónde P-4 fue el que presentó el mayor potencial antifúngico. Finalmente, a partir de los compuestos de mayor potencial antifúngico (P-2, P-3, P-4, P-7, P-9 y P-21), se desarrolló un modelo farmacofórico teniendo en cuenta las características estructurales relevantes para la actividad antifúngica y a partir de él se proponen algunas moléculas que pueden llegar a ser potenciales antifúngicos frente a hongos fitopatógenos asociados al cacao.

Abstract: Cocoa is one of the primary species of the rural agroforestry system in many regions in Colombia and is considered as one of the crops with major economic projection due to its added value, to its high demand from several industries and because it can be grown along with other species of nutritional importance. The production yields in our country are very low, due to multiple factors among which diseases caused by various types of fungi and phytopathogenic oomycetes stand out. Therefore, the development of effective and safe phytosanitary agents for the control of fungi and phytopathogenic oomycetes associated with the cultivation of cocoa is of great interest for minimizing losses and increasing production yields. A big number of plant species are present in Colombia, many of which either do not have any research or present just some preliminary research, making them an interesting subject to undertake research towards the search for substances with antifungal activity. This is the case of the Piper pesaresanum species of which some preliminary chemical and biological studies have been reported. Given the interest of the research team in this area, this research contributes to the search for antifungal substances to the control the phytopathogenic fungi associated with cocoa, based on the study of the chemical constituents present in P. pesaresanum. This work included the isolation and characterization of the chemical compounds present in P. pesaresanum with antifungal activity against fungi associated with cocoa fruit, which, for this research consisted in Moniliophthora roreri, Fusarium solani and Phytophthora sp. Subsequently, with the most active compounds, an approximation study of structure-activity relationship was carried out to establish the influence of the different functional groups on the activity exhibited against the phytopathogenic fungi under study. Finally, a computational study was carried out for the development of a pharmacophoric model based on the most important structural characteristics of the compounds with the highest antifungal potential. The bio-directed phytochemical study allowed the isolation and identification of three derivatives of benzoic acid (4-methoxyinervogenic acid P-1, nervogenic acid P-2 and 3-(3',3'-dimethylalkyl-1'-oxo) -5-(3'',3''-dimethylalkyl)-4-hydroxybenzoic P-3) and a dihydrochalcone (2',6'-dihydroxy-4'-methoxyhydrochalcone P-4), from which (P-2 to P -4) are reported for the first time in the species. The isolated and identified compounds showed moderate antifungal activity against the three fungi evaluated, with IC50 ranging from 26.72 to 97.42 µM, where the highest potential were P-3 and P-4. From the natural compounds, seven derivatives (P-5 to P-11) were synthesized, by simple modifications in their functional groups, the compounds P-7 and P-9 being the ones with the highest antifungal activity with IC50 values of 6.68 and 2.95 µM, respectively. In this study, some commercial compounds (P-12 to P-19) with substructures similar to bioactive compounds and other compounds previously isolated in the group of species of the genus Piper (P-20 to P-23) were included. The results allowed to establish that for the benzoic acid derivatives the presence of pre-substituted substituents and the carboxyl group in the aromatic ring are necessary for the antifungal activity. The activity was significantly increased when the cyclic compounds of the chromene type P-9 and 4-chromanone P-10 were synthesized. For flavonoid derivatives, it was determined that the carbonyl group in the dihydrochalcone-type nucleus is important for maintaining antifungal activity, where P-4 was the one that presented the greatest antifungal potential. Finally, from the compounds with the highest antifungal potential (P-2, P-3, P-4, P-7, P-9 and P-21), a pharmacophoric model was developed taking into account the structural characteristics relevant to Antifungal activity and from it some molecules are proposed that may become potential antifungal against phytopathogenic fungi associated with cocoa.