Development of new methodologies for C-H insertion

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Desenvolvimento de Métodos de Extração de Resíduos de Antimicrobianos e Quantificação em Amostras Alimentares

O leite é um alimento complexo, pela sua composição rico em água, proteínas, lípidos, vitaminas e minerais. Devido ao seu alto valor nutricional é fundamental para a amamentação de crianças e animais em crescimento, pois fornece componentes fundamentais para o desenvolvimento e manutenção da saúde. Os antimicrobianos são amplamente utilizados como uma medida terapêutica no tratamento de infeções bacterianas, profilaxia e como promotores de crescimento (aditivos). A presença de resíduos de antimicrobianos no leite pode representar riscos para a saúde humana, como reações alérgicas em indivíduos hipersensíveis e resistências. Os objetivos deste estudo são o desenvolvimento de novos métodos de limpeza e de pré-concentração para amostras de leite, por meio de extração em fase sólida (SPE), com a finalidade de realizar uma melhor identificação e quantificação de antimicrobiana por Cromatografia Líquida de Alta Performance (HPLC). Todos os métodos desenvolvidos são de fácil execução, com taxas de recuperação dos agentes antimicrobianos viáveis, com uma percentagem de recuperação a partir de 85%. O método cromatográfico utilizado para a deteção e quantificação (HPLC-DAD) têm os limites de deteção (LD) entre 2.43ng / mL e 1.62ng / mL e os limites de quantificação (LQ) entre 7,36 ng / mL e 4.92 ng / mL, o que significa este método vai de encontro às diretrizes estipuladas pela União Europeia para os agentes antimicrobianos estudados. A combinação dos métodos propostos de limpeza e pré-concentração por SPE e multirresíduo por HPLC-DAD permite, por conseguinte, a deteção e quantificação de resíduos de antibióticos no leite, tornando esta uma alternativa importante e útil no processo de controlo de qualidade para a indústria de alimentos e outras área.

Doseamento da Azadiractina e avaliação da atividade antimicrobiana em produtos contendo óleo de Neem

O Neem (Azadirachta indica) é uma árvore indiana conhecida pela atividade pesticida e por várias atividades farmacológicas. De entre os vários compostos já isolados e estudados, a Azadiractina (AZA) foi identificada como o principal composto bioativo desta planta. Este composto apresenta uma grande diversidade de localizações nesta planta, porém assume a sua máxima concentração ao nível das sementes, porção que se apresenta também como a principal fonte de obtenção do óleo de Neem. O óleo apresenta-se como a porção menos estudada do Neem, quer ao nível do seu teor em AZA, quer ao nível das suas propriedades, nomeadamente antimicrobianas. Neste sentido, os objetivos primordiais deste estudo foram o doseamento da Azadiractina e a avaliação da atividade antimicrobiana em produtos contendo óleo de Neem. Um método analítico rápido, sensível e seletivo utilizando HPLC-UV foi desenvolvido para a identificação e quantificação da Azadiractina-A (AZA-A) e 3-tigloylazadirachtol (AZA-B) em diferentes amostras de óleo de Neem. O teor de AZA-A, B e A+B determinado nas amostras de óleo de Neem apresentou valores entre 58,53-843,42 mg/kg, 12,52-800,223 mg/kg e 104,20-1642,17 mg/kg, respetivamente. Na generalidade, os valores obtidos foram inferiores aos descritos na literatura. A partir dos resultados obtidos, verificou-se ainda que o teor destes compostos não é similar em todas as amostras, sendo este condicionado pela qualidade das sementes que deram origem ao óleo e pelo processo extrativo utilizado. Para além disso, foi possível inferir que duas das amostras testadas teriam qualidade inferior, dados os teores reduzidos de AZA que apresentavam. As diferentes amostras de óleo de Neem, bem como formulações comerciais contendo óleo de Neem, foram testadas em 14 microrganismos de forma a avaliar o seu potencial antimicrobiano. Após a análise, verificou-se atividade antimicrobiana de todas as amostras sobre todos os microrganismos testados, observando-se atividade tanto em bactérias Gram+ como Gram-. Os resultados alcançados mostraram que o óleo de Neem e as formulações comerciais contendo óleo de Neem têm um potencial antimicrobiano interessante, principalmente sobre bactérias comuns em patologias da pele. Para além disso, foi possível comprovar que, no caso do óleo de Neem, a AZA não será a principal responsável por esta atividade. Por outro lado, verificou-se que a atividade antimicrobiana das formulações comerciais não se deverá exclusivamente à presença do óleo de Neem, Doseamento da Azadiractina e avaliação da atividade antimicrobiana em produtos contendo óleo de Neem X uma vez que os valores dos halos de inibição obtidos com as formulações tenderam a ser superiores aos verificados apenas com o óleo, além de que os valores de inibição mais elevados foram observados para as formulações contendo menor percentagem de óleo de Neem incorporado. Em suma, os resultados alcançados para os diferentes produtos analisados são promissores e, na sua maioria, convergem com o que está descrito na literatura. No entanto, apesar destes resultados serem um grande contributo, mais estudos são necessários e importantes para conhecer melhor os produtos analisados e assim poder tirar o maior proveito deles.

New sensing materials of molecularly-imprinted polymers for the selective recognition of Chlortetracycline

As a result of the stressful conditions in aquaculture facilities there is a high risk of bacterial infections among cultured fish. Chlortetracycline (CTC) is one of the antimicrobials used to solve this problem. It is a broad spectrum antibacterial active against a wide range of Gram-positive and Gram-negative bacteria. Numerous analytical methods for screening, identifying, and quantifying CTC in animal products have been developed over the years. An alternative and advantageous method should rely on expeditious and efficient procedures providing highly specific and sensitive measurements in food samples. Ion-selective electrodes (ISEs) could meet these criteria. The only ISE reported in literature for this purpose used traditional electro-active materials. A selectivity enhancement could however be achieved after improving the analyte recognition by molecularly imprinted polymers (MIPs). Several MIP particles were synthesized and used as electro-active materials. ISEs based in methacrylic acid monomers showed the best analytical performance according to slope (62.5 and 68.6 mV/decade) and detection limit (4.1 × 10−5 and 5.5 × 10−5 mol L−1). The electrodes displayed good selectivity. The ISEs are not affected by pH changes ranging from 2.5 to 13. The sensors were successfully applied to the analysis of serum, urine and fish samples.

Elétrodo de pasta de carbono molecularmente impresso para deteção voltamétrica de Furazolidona

A furazolidona é uma substância ativa do medicamento Giarlam que contém um espetro anti-bacteriano relativamente amplo e que é frequentemente usado para tratar certas doenças bacterianas e protozoárias no homem. A maioria dos fármacos exige uma dosagem que garanta os níveis de segurança e eficácia de atuação. A necessidade de dosear os medicamentos e os seus metabólitos exige o desenvolvimento constante de métodos analíticos eficientes. Neste trabalho desenvolveu-se um novo sensor eletroquímico para a deteção da furazolidona, baseado num elétrodo de pasta de carbono modificado com um polímero molecularmente impresso. A procura de novos materiais que permitam uma melhor seletividade e sensibilidade aos sistemas de deteção é especialmente importante no desenvolvimento de métodos analíticos. Os polímeros molecularmente impressos enquadram-se nesse perfil e o seu uso tem vindo a ser cada vez mais frequente como ferramenta importante em química analítica. Assim, sintetizou-se um polímero com cavidades seletivas para a Furazolidona. Este polímero foi, misturado com grafite e perafina de modo a produzir uma pasta de carbono. Uma seringa de plástico foi usada como suporte da pasta de carbono. O comportamento eletroquímico do sensor foi avaliado e diversas condições de utilização foram estudadas e otimizadas. O sensor apresenta um comportamento linear entre a intensidade do pico e a concentração numa gama de concentrações entre 1 e 100 μM, um limite de deteção de 1 μM e uma precisão (repetibilidade) inferior a 7%. A aplicabilidade do sensor fabricado em amostras complexas foi avaliada pela deteção do fármaco em amostras de urina.

Insights into cell wall synthesis and cell division in Staphylococcus aureus

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Novel insights into the action of antimicrobial agents against human pathogens

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

La résistance bactérienne aux antibiotiques.

50 years ago, the introduction of penicillin, followed by many other antibacterial agents, represented an often underestimated medical revolution. Indeed, until that time, bacterial infections were the prime cause of mortality, especially in children and elderly patients. The discovery of numerous new substances and their development on an industrial scale gave us the illusion that bacterial infections were all but vanquished. However, the widespread and sometimes uncontrolled use of these agents has led to the selection of bacteria resistant to practically all available antibiotics. Bacteria utilize three main resistance strategies: (1) modification of their permeability, (2) modification of target, and (3) modification of the antibiotic. Bacteria modify their permeability either by becoming impermeable to antibiotics, or by actively excreting the drug accumulated in the cell. As an alternative, they can modify the structure of the antibiotic's molecular target--usually an essential metabolic enzyme of the bacterium--and thus escape the drug's toxic effect. Lastly, they can produce enzymes capable of modifying and directly inactivating antibiotics. In addition, bacteria have evolved extremely efficient genetic transfer systems capable of exchanging and accumulating resistance genes. Some pathogens, such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus and multiresistant Mycobacterium tuberculosis, have become resistant to almost all available antibiotics and there are only one or two substances still active against such organisms. Antibiotics are very precious drugs which must be administered to patients who need them. On the other hand, the development of resistance must be kept under control by a better comprehension of its mechanisms and modes of transmission and by abiding by the fundamental rules of anti-infectious chemotherapy, i.e.: (1) choose the most efficient antibiotic according to clinical and local epidemiological data, (2) target the bacteria according to the microbiological data at hand, and (3) administer the antibiotic in an adequate dose which will leave the pathogen no chance to develop resistance.

Interleukin-33 safeguards neutrophils in sepsis.

Cytokines have a fundamental role in orchestrating innate immune responses to bacterial infections. Interleukin-33 (IL-33) is now shown to protect from sepsis by promoting neutrophil influx into the focus of infection

Reduction in the use of diagnostic tests in infants with risk factors for early-onset neonatal sepsis does not delay antibiotic treatment.

Despite a low positive predictive value, diagnostic tests such as complete blood count (CBC) and C-reactive protein (CRP) are commonly used to evaluate whether infants with risk factors for early-onset neonatal sepsis (EOS) should be treated with antibiotics. We investigated the impact of implementing a protocol aiming at reducing the number of diagnostic tests in infants with risk factors for EOS in order to compare the diagnostic performance of repeated clinical examination with CBC and CRP measurement. The primary outcome was the time between birth and the first dose of antibiotics in infants treated for suspected EOS. Among the 11,503 infants born at ≥35 weeks during the study period, 222 were treated with antibiotics for suspected EOS. The proportion of infants receiving antibiotics for suspected EOS was 2.1% and 1.7% before and after the change of protocol (p = 0.09). Reduction of diagnostic tests was associated with earlier antibiotic treatment in infants treated for suspected EOS (hazard ratio 1.58; 95% confidence interval [CI] 1.20-2.07; p <0.001), and in infants with neonatal infection (hazard ratio 2.20; 95% CI 1.19-4.06; p = 0.01). There was no difference in the duration of hospital stay nor in the proportion of infants requiring respiratory or cardiovascular support before and after the change of protocol. Reduction of diagnostic tests such as CBC and CRP does not delay initiation of antibiotic treatment in infants with suspected EOS. The importance of clinical examination in infants with risk factors for EOS should be emphasised.

Nanovecteurs pour cibler pseudomonas aeruginosa dans la fibrose kystique.

La production excessive de mucus visqueaux dans les poumons des patients atteints de la fibrose kystique (FK) gêne la diffusion des médicaments et entraîne des infections bactériennes. En effet, l’infection pulmonaire par Pseudomonas aeruginosa (PA) est la principale cause de mortalité. Les travaux effectués dans cette thèse avaient pour but de développer des nouvelles formulations de nanoparticules (NP) et de liposomes (LP) chargées avec des antibiotiques pour erradiquer le PA chez les patients atteints de KF. Tout d’abord, les polymères PEG-g-PLA et PLA-OH ont été synthétisés et caractérisés. Ensuite, l'efficacité d'encapsulation (EE) de la tobramycine, du sulfate de colistine et de la lévofloxacine (lévo) a été testée dans des NP de PEG-g-PLA et / ou PLA-OH. Les premiers essais d'optimisation ont montré que les NP chargées avec la lévo présentaient une augmentation de l’EE. La lévo reste alors le médicament de choix. Cependant, la meilleure charge de médicament obtenue était de 0,02% m/m. Pour cette raison, nous avons décidé d'évaluer l'encapsulation de la lévo dans les LP. En fait, des LP chargés de lévo ont présenté une EE d’environ 8% m/m. De plus, la taille et la charge de ces LP étaient appropriées pour la pénétration du vecteur dans le mucus. Le test de biofilm n'est pas reproductible, mais le test standard a montré que la souche mucoïde de PA était susceptible à la lévo. Ainsi, nous avons comparé les activités des LP fraîchement préparées (vides et chargés ) et de la lévo libre sous la forme planctonique de PA. Les résultats ont montré que des LP vides ne gênent pas la croissance bactérienne. Pour la souche mucoïde (Susceptible à la lévo) les LP chargés et le médicament libre ont présenté la même concentration minimale inhibitrice (CMI). Toutefois, les souches non mucoïdes (résistant à la lévo) ont présenté une CMI deux fois plus faible que celle pour le médicament libre. Finalement, les LP se sont avérés plus appropriés pour encapsuler des médicaments hydrophiles que les NP de PEG-g-PLA. En outre, les LP semblent améliorer le traitement contre la souche résistante de PA. Toutefois, des études complémentaires doivent être effectuées afin d'assurer la capacité des liposomes èa traiter la fibrose kystique.

La texture et la granulométrie de la moulée influencent les concentrations d’acide propionique et butyrique de même que la prévalence d’Escherichia coli dans le tractus gastro-intestinal du porc d’engraissement

Certaines stratégies alimentaires sont actuellement considérées pour remplacer l’usage des antimicrobiens dans les fermes porcines. Les objectifs de cette étude étaient d'évaluer l'effet de la granulométrie et de la texture des aliments sur les concentrations d'acides gras volatils intestinaux, la composition des populations pathogènes et commensales d’E. coli et sur les performances de croissance des porcs. Des porcs d'engraissement (n= 840) ont reçu l'une des six diètes suivantes: moulée texturée 500, 750 et 1250 µm et moulée cubée 500, 750 et 1250 µm. Le gain de poids a été mesuré à chaque changement de formulation de moulée. À l'abattoir, les contenus du caecum et du côlon de 165 porcs ont été échantillonnés pour le dénombrement des E. coli par PCR quantitatif (qPCR) et pour la quantification des AGV. Le gène yccT a été utilisé pour dénombrer les E. coli totaux. Une diminution du taux de conversion alimentaire a été associée avec la moulée cubée et/ou la moulée de 500 µm. Les concentrations d’acide propionique et butyrique, et ce tant au niveau du caecum que du côlon, étaient plus élevées chez les porcs recevant de la moulée texturée que chez ceux recevant de la moulée cubée. Du point de vue de la granulométrie, les concentrations caecales et du côlon d’acide butyrique étaient plus élevées chez les porcs alimentés avec de la moulée de 1250 µm que chez ceux recevant de la moulée de 500 µm. D'autre part, les niveaux intestinaux d’E. coli totaux étaient plus élevés pour les porcs nourris avec de la moulée cubée que pour ceux ayant reçu de la moulée texturée. Les résultats ont montré que la moulée texturée est associée à des performances de croissance plus faibles mais à des changements intestinaux favorables.

New insights into small molecules inhibitors and protein-protein interactions of VirB8 : a critical conserved component of the type IV secretion system.

Les systèmes bactériens de sécrétion de type IV (T4SS) sont constitués d’un ensemble de 8 à 12 protéines conservées. Ces dernières sont utilisées lors de la translocation de protéines, la translocation de complexes ADN-protéines mais aussi pour le transport de ces derniers au travers de la membrane cellulaire. Les T4SS, en tant que facteurs de virulence pour beaucoup de pathogènes comme Brucella suis, sont donc d’excellents modèles cibles pour le développement de médicaments d’antivirulence. Ces médicaments, en privant le pathogène de son facteur essentiel de virulence : le T4SS, constituent une alternative ou encore une amélioration des traitements antibiotiques utilisés actuellement. VirB8, un facteur d’assemblage conservé dans le T4SS, forme des dimères qui sont importants pour la fonction des T4SS dans ces pathogènes. De par ses interactions multiples, VirB8 est un excellent modèle pour l’analyse des facteurs d’assemblage mais aussi en tant que cible de médicaments qui empêcheraient son interaction avec d’autres protéines et qui, in fine, désarmeraient les bactéries en les privant de leur fonctions essentielles de virulence. À ce jour, nous savons qu’il existe un équilibre monomère-dimère et un processus d’homodimerization de VirB8 dont l’importance est vitale pour la fonctionnement biologique des T4SSs. En se basant sur des essais quantitatifs d’interaction, nous avons identifié (i) des sites potentiels d’interaction avec d’autres protéines VirB du T4SS mais aussi (ii) isolé des petites molécules inhibitrices afin de tester la fonction protéique de VirB8. Afin de déterminer les acides aminés importants pour l’hétérodimérization de VirB8 avec VirB10, nous avons effectué des expériences de mutagenèse aléatoire, de phage display et d’arrimage moléculaire in silico. Ces expériences ont démontré l’importance de trois acides aminés localisés sur le feuillet β : R160, S162, T164 et I165. Ces derniers seraient importants pour l’association de VirB8 avec VirB10 étant donné que leur mutagenèse entraine une diminution de la formation du complexe VirB8-VirB10. L’objectif actuel de notre projet de recherche est de pouvoir mieux comprendre mais aussi d’évaluer le rôle de VirB8 dans l’assemblage du T4SS. Grace à un méthode de criblage adaptée à partir de la structure de VirB8, nous avons pu identifié une petite molécule inhibitrice BAR-068, qui aurait un rôle prometteur dans l’inhibition du T4SS. Nous avons utilisé la spectroscopie par fluorescence, l’essai à deux hybrides, le cross-linking et la cristallographie afin de déterminer le mécanisme d'interaction existant entre VirB8 et BAR-068. Ces travaux pourraient permettre de nombreuses avancées, notamment en termes de compréhension des mécanismes d’inhibition du T4SS. Notre objectif ultime est de pouvoir caractériser la séquence d’évènements essentiels à l’assemblage et au fonctionnement du T4SS. De manière globale, notre projet de recherche permettrait de révéler les grands principes d’assemblage des protéines membranaires, les processus de sécrétion de protéines chez les bactéries mais aussi de proposer une nouvelle stratégie lors du développement de drogues antimicrobiennes.

A brackishwater isolate of Pseudomonas PS-102, a potential antagonistic bacterium against pathogenic vibrios in penaeid and non-penaeid rearing systems

A Pseudomonas sp PS-102 recovered from Muttukkadu brackish water lagoon, situated south of Chennai, showed significant activity against a number of shrimp pathogenic vibrios. Out of the 112 isolates of bacterial pathogens comprising Vibrio harveyi, V. vulnificus, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. fluvialis, and Aeromonas spp, 73% were inhibited in vitro by the cell-free culture supernatant of Pseudomonas sp PS-102 isolate. The organism produced yellowish fluorescent pigment on King's B medium, hydrolysed starch and protein, and produced 36.4% siderophore units by CAS assay and 32 μM of catechol siderophores as estimated by Arnow's assay. The PS-102 isolate showed wide ranging environmental tolerance with, temperatures from 25 to 40 °C, pH from 6 to 8, salinity from 0 to 36 ppt, while the antagonistic activity peaked in cultures grown at 30 °C, pH 8.0 and at 5 ppt saline conditions. The antagonistic activity of the culture supernatant was evident even at 30% v / v dilution against V. harveyi. The preliminary studies on the nature of the antibacterial action indicated that the antagonistic principle as heat stable and resistant to proteolytic, lipolytic and amylolytic enzymes. Pseudomonas sp PS 102 was found to be safe to shrimp when PL-9 stage were challenged at 107 CFU ml−1 and by intramuscular injection into of ∼5 g sub-adults shrimp at 105 to 108 CFU. Further, its safety in a mammalian system, tested by its pathogenicity to mice, was also determined and its LD50 to BALB/c mice was found to be 109 CFU. The results of this study indicated that the organism Pseudomonas sp PS 102 could be employed as a potential probiont in shrimp and prawn aquaculture systems for management and control of bacterial infections

Factores de riesgo asociados a infecciones por gram positivos vs. gram negativos en neutropenicos febriles

Investigar potenciales factores de riesgo asociados a infecciones por bacterias gram positivas vs. gram negativas en los pacientes con Neutropenia febril postquimioterapia. Diseño: Conducimos un estudio analítico de casos y controles basado en pacientes hospitalizados para identificar los factores de riesgo asociados a infecciones bacterianas entre pacientes con neutropenia febril. Se recolecto la información en un cuestionario diseñado para la investigación. Pacientes: Comparamos 65 casos infectados por gram positivos con 200 controles infectados por gram negativos hospitalizados con diagnostico de Neutropenia febril postquimioterapia. Análisis: Usamos el Odds Ratio como el resumen básico estadístico para calcular variaciones en el riesgo. Principales resultados: El análisis univariado mostro que lesiones en piel ( -OR 7,2; IC 95%: 2,89-17,9, p< 0,001) y uso de catéter central ( -OR 5,8; IC 95%: 2,0-16,8, p < 0,010) fueron asociados a infecciones por gram positivos. Conclusiones: Este estudio mostro que entre pacientes con Neutropenia febril postquimioterapia las lesiones en piel y uso de catéter central están asociados al desarrollo de infección por gram positivos. Palabras claves: Neutropenia febril; factores de riesgo; infecciones bacterianas.