Study of antimicrobial, biochemical and nanotechnological aspects of novel sulfur, selenium and tellurium compounds

Abstract

Chalcogen chemistry is widely interdisciplinary, especially in the field of biology, material sciences and supra-molecular chemistry and biology. Whilst oxygen and sulfur are fairly omnipresent in biology selenium has its nutritional role in animals and humans; however, for tellurium, this is yet to be discovered. The common behaviour of all three elements is related to their antioxidant properties and their therapeutic effects. Most drugs for present day diseases are either natural or derivatives of compounds found in natural products. Allium plant species have a wide range of effective therapeutics benefits. Garlic and its components, namely allicin, polysulfanes, thiosulfinates, thiosulfonates and dithienes, form an important class of natural compounds and represent a field where tremendous research has been ongoing for the past decades. As part of this thesis, a series of unsymmetrical tailor-made tetrasulfanes have been synthesised. They were tested along with some other symmetrical tetrasulfanes, selenium and tellurium compounds for their physico-chemical properties and therapeutic benefits, in both microorganisms and primary cell lines. Biological activities were investigated by testing the tetrasulfanes in nematodes, bacteria, yeast, fungi and bacteriophages. The effects on red blood cells and neuronal cell lines of rats were also studied. A cytotoxicity assay and ELISA were performed on human synovial fibroblast cell lines.

Die Chemie der Chalkogene ist sehr interdisziplinär, besonders, wenn Biologie, Medizin, Materialwissenschaften und supramolekulare Wissenschaften miteinbezogen werden. Schwefel und Selen tragen bei Mensch und Tier zur Bedarfsdeckung bei; ob dies auch auf Tellur zutrifft muss hingegen noch bewiesen werden. Diesen drei Elementen sind ihre antioxidativen Eigenschaften und therapeutischen Effekte gemeinsam. Die meisten Medikamente für aktuelle Krankheiten sind entweder auf Naturstoffen basierend oder Derivate dieser Stoffe. Alle Allium-Arten weisen eine große Anzahl an potenten Wirkstoffen mit therapeutischen Wirkungen auf. Knoblauch und seine Bestandteile, nämlich Allicin, Polysulfane, Thiosulfinate, Thiosulfate und Dithiene, formen wichtige Gruppen natürlicher Stoffe, zu denen in den letzten Jahrzenten enorme Forschungsarbeiten geführt worden sind. Ein Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese einer Reihe unsymmetrischer und maßgeschneiderter Tetrasulfane. Sie wurden gemeinsam mit anderen symmetrischen Tetra- und Polysulfanen, Selen- und Tellur-Gemischen auf Grund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften und ihres möglichen therapeutischen Nutzens in Mikroorganismen und Primärzelllinien getestet. Die biologische Aktivitäten der Tetrasulfane wurden in Nematoden, Bakterien, Pilzen (v.a. Hefe) und Bakteriophagen untersucht. Die Auswirkungen auf rote Blutzellen wurden mit Hilfe von Hämoglobinassays erforscht. Studien zur Zytotoxizität, sowie weiterführende Experimente und Analysemethoden (z.B. ELISA) wurden an menschlichen synovialen Fibroblasten durchgeführt.