Atividade antimicrobiana e antivirulência de compostos provenientes de fonte natural
| dc.contributor.advisor | Zimmer, Karine Rigon | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co | d’Azevedo, Pedro Alves | pt_BR |
| dc.contributor.author | Rossatto, Fernanda Cristina Possamai | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2023-02-06T12:08:34Z | |
| dc.date.accessioned | 2023-10-09T13:30:05Z | |
| dc.date.available | 2023-02-06T12:08:34Z | |
| dc.date.available | 2023-10-09T13:30:05Z | |
| dc.date.date-insert | 2023-02-06 | |
| dc.date.issued | 2021 | |
| dc.description | Tese (Doutorado)-Programa de Pós-Graduação em Biociências, Fundação Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre. | pt_BR |
| dc.description.abstract | O resíduo do processamento da uva representa uma fonte importante de compostos renováveis, cuja atividade biológica permanece pouco estudada. Estes resíduos são produzidos em grandes quantidades, podendo causar danos ambientais. Neste sentido, a busca por compostos bioativos com propriedades antimicrobianas e antivirulência nesta matéria-prima é uma alternativa interessante. Uma série de metabolitos secundários – como os compostos fenólicos – são produzidos pela uva, exercendo funções protetivas contra agentes patogênicos. Eles são estratégias promissoras em virtude de sua diversidade estrutural e amplo espectro de propriedades biológicas. Em paralelo, há uma necessidade urgente por novas opções terapêuticas para o controle de infecções causadas por bactérias e fungos, principalmente infecções associadas a biofilmes, as quais são de difícil controle e tratamento. Por estas razões, o presente trabalho teve como objetivo principal a busca por estratégias antimicrobianas e antivirulência – com foco na pesquisa antibiofilme – no controle de infecções bacterianas e fúngicas. Numa primeira etapa, foi investigado o potencial de extratos e frações provenientes do resíduo da uva no controle de biofilmes bacterianos. Para este objetivo, três variedades de resíduos da uva foram coletadas: a uva branca Chardonnay (Vitis vinifera) e as uvas tintas Cabernet Franc (Vitis vinifera) e Bordô (Vitis labrusca). Extração assistida por ultrassom foi conduzida de forma exaustiva com diclorometano, metanol e água. Quatro modelos bacterianos foram utilizados: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa. A atividade antimicrobiana foi mensurada pela obtenção da concentração inibitória mínima (CIM) e por meio da leitura da OD620nm. Possível efeito sinérgico foi verificado através de combinações entre os extratos e antimicrobianos convencionais. A atividade antibiofilme dos extratos a 5 mg/mL foi avaliada através da metodologia do cristal violeta. Os extratos apresentaram valor de CIM entre 1,25 mg/mL e 5 mg/mL contra os microrganismos testados e observou-se efeito sinérgico entre o extrato aquoso da uva Cabernet Franc e o antimicrobiano oxacilina, e extrato aquoso da uva Chardonnay e vancomicina contra os modelos Gram-positivos. O resíduo da uva Chardonnay extraído com diclorometano apresentou os melhores resultados para todas bactérias testadas, inibindo a formação do biofilme sem inibir o crescimento bacteriano. Este extrato foi submetido à cromatografia em coluna de fase normal. Duas frações apresentaram atividade antibiofilme, prevenindo a adesão de S. aureus e S. epidermidis à superfície de poliestireno em 80% a 0,62 mg/mL e inibindo o biofilme de K. pneumoniae em 25% a 0,31 mg/mL. As frações e extratos foram analisados por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (UHPLC-ESI- MS/MS) e indicaram a presença de ácidos graxos, polifenois, alcaloides e aminoácidos. Além disso, a toxicidade dos extratos foi avaliada em modelo invertebrado de Caenorhabditis elegans, demonstrando que os mesmos não afetaram a sobrevivência, tamanho e progenia do nematoide. Numa segunda etapa, os polifenóis ácido elágico (AE) e ácido cafeico fenetil éster (CAPE) foram avaliados quanto às suas atividades antifúngicas contra Candida spp. Para este propósito, os compostos puros foram adquiridos comercialmente e tiveram a atividade antifúngica contra C. albicans SC5314 e um painel de 10 isolados de Candida auris multirresistentes avaliada por microdiluição em caldo e por ensaio do time-kill. AE e CAPE apresentaram valores de CIM ≤ 0,5 μg/mL e entre 1 a 64 μg/mL, respectivamente. AE apresentou efeito fungistático e CAPE fungicida para ambas as espécies de Candida. O mecanismo de ação dos compostos foi investigado pelo ensaio de proteção do sorbitol e pelo ensaio de ligação ao ergosterol, indicando provável ação sobre a parede celular fúngica. CAPE foi capaz de inibir a produção de fosfolipases, biofilmes e filamentação, além de inibir a adesão de C. albicans ou C. auris a células epiteliais do pulmão. AE e CAPE não foram tóxicos a hemácias em todas concentrações testadas (até 64 μg/mL), nem ao modelo in vivo de Galleria mellonella (até 128 mg/kg). Quando G. mellonella foi pré-tratada com AE ou CAPE (32 mg/kg) antes da infecção por C. albicans ou C. auris, a taxa de sobrevivência da larva foi significativamente prolongada, com uma taxa de sobrevivência de 44% para ambos os compostos. Além disso, AE, a 4 μg/mL, prolongou em 40% a sobrevivência do nematoide C. elegans infectado com C. albicans. Em conjunto, estes resultados demonstram o potencial antibacteriano e antifúngico de metabólitos secundários de fonte natural, dentre eles, extratos e frações provenientes do resíduo da uva, e compostos da classe dos polifenóis. Em conclusão, compostos de origem natural representam uma fonte promissora de moléculas antimicrobianas e antivirulência. O desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos a partir destas fontes enseja amenizar a problemática da resistência antimicrobiana e da escassez de opções terapêuticas para o controle de infecções. | pt_BR |
| dc.description.abstract-en | Grape residue represents an important source of renewable compounds, whose biological activity remains little studied. These residues are produced in large quantities and can cause environmental damage. In this way, the search for bioactive compounds with antimicrobial properties in this raw material is an interesting alternative. A series of secondary metabolites – such as phenolic compounds – are produced by grapes, exerting protective functions against pathogens. They are promising strategies due to their structural diversity and broad spectrum of biological properties. In parallel, there is an urgent need for new therapeutic options for the control of infections caused by bacteria and fungi, especially biofilm-associated infections, which are difficult to control and treat. For these reasons, the aim of this study was to investigate antimicrobial and antivirulence strategies – focusing on antibiofim activity – to control bacterial and fungal infections. In a first step, the potential of extracts and fractions from grape residue to control bacterial biofilms was investigated. For this purpose, three varieties of grape residues were collected: the white grape Chardonnay (Vitis vinifera) and the red grapes Cabernet Franc (Vitis vinifera) and Bordô (Vitis labrusca). Ultrasound-assisted extraction was conducted serially with dichloromethane, methanol and water. Four bacterial models were used: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa. Antimicrobial activity was measured by obtaining the minimum inhibitory concentration (MIC) and by reading the OD620nm. A possible synergistic effect was verified through combinations between extracts and conventional antimicrobials. The antibiofilm activiy of the extracts at 5 mg/mL was evaluated using the crystal violet methodology. The extracts presented MIC values ranging from 1.25 mg/mL to 5 mg/mL against the tested microorganisms and a synergistic effect was observed between the aqueous extract of Cabernet Franc grape and the antimicrobial oxacillin, and between aqueous extract of Chardonnay grape and vancomycin against Gram-positive models. The Chardonnay grape residue extracted with dichloromethane showed the best results for all tested bacteria, inhibiting biofilm formation without inhibiting bacterial growth. This extract was subjected to normal phase column chromatography. Two fractions showed antibiofilm activity, preventing adhesion of S. aureus and S. epidermidis to the polystyrene surface by 80% to 0.62 mg/mL, and inhibiting biofilm of K. pneumoniae by 25% at 0.31 mg/mL. Fractions and extracts were analyzed by liquid chromatography coupled to mass spectrometry (UHPLC-ESI-MS/MS) and indicated the presence of fatty acids, polyphenols, alkaloids and amino acids. Furthermore, the toxicity of the extracts was evaluated in an invertebrate model of Caenorhabditis elegans, demonstrating that they did not affect nematode survival, body size and brood size. In the second step, the polyphenols ellagic acid (EA) and caffeic acid phenethyl ester (CAPE) were evaluated for their antifungal activities against Candida spp. For this purpose, pure compounds were purchased and had their antifungal activity against C. albicans SC5314 and a panel of 10 multi-resistant Candida auris isolates evaluated by broth microdilution and time-kill assay. EA and CAPE had MIC values ≤ 0.5 μg/mL and from 1 to 64 μg/mL, respectively. EA showed fungistatic and CAPE fungicidal effect for both Candida species. The mechanism of action of the compounds was investigated by the sorbitol protection assay and by the ergosterol binding assay, indicating a probable action on the fungal cell wall. CAPE was able to inhibit the production of fungal phospholipases, biofilm and filamentation, in addition to inhibiting the adhesion of C. albicans or C. auris to lung epithelial cells. EA and CAPE were not toxic to red blood cells at all concentrations tested (up to 64 μg/mL), nor to the in vivo model of Galleria mellonella (up to 128 mg/kg). When G. mellonella was pretreated with EA or CAPE (32 mg/kg) prior to C. albicans or C. auris infection, the larval survival rate was significantly prolonged, with a 44% survival rate for both the compounds. Furthermore, EA, at 4 μg/mL, prolonged the survival of the nematode C. elegans infected with C. albicans by 40%. Taken together, these results demonstrate the antibacterial and antifungal potential of secondary metabolites from natural sources, including extracts and fractions from grape residues, and polyphenolic compounds. In conclusion, compounds of natural origin represent a promising source of antimicrobial and antivirulence molecules. The development of novel antimicrobial agents from these sources aims to alleviate the problem of antimicrobial resistance and the scarcity of therapeutic options for infection control. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) – Brasil; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS) | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufcspa.edu.br/handle/123456789/1965 | |
| dc.language.iso | pt_BR | pt_BR |
| dc.relation.requires | TEXTO - Adobe Reader | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto Imediato | pt_BR |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Resíduo da Uva | pt_BR |
| dc.subject | Ácido Elágico | pt_BR |
| dc.subject | Ácido Cafeico Fenetil Éster | pt_BR |
| dc.subject | Ação Antimicrobiana | pt_BR |
| dc.subject | Atividade Antibiofilme | pt_BR |
| dc.subject | [en] Ellagic Acid | pt_BR |
| dc.subject | [en] Anti-Infective Agents | pt_BR |
| dc.title | Atividade antimicrobiana e antivirulência de compostos provenientes de fonte natural | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
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