Green Nanosilver as Reinforcing Eco-Friendly Additive to Epoxy Coating for Augmented Anticorrosive and Antimicrobial Behavior

Epoxy resin GY250 representing diglycidyl ethers of bisphenol-A (DGEBA) was reinforced with 1, 3 and 5 wt % of surface functionalized silver nanoparticles (F-AgNPs) which were synthesized using Couroupita guianensis leaves extract with a view of augmenting the corrosion control property of the epoxy resin and also imparting antimicrobial activity to epoxy coatings on mild steel. Corrosion resistance of the coatings was evaluated by EIS, potentiodynamic polarization studies and cross scratch tests. AFM, SEM, HRTEM and EDX were utilized to investigate the surface topography, morphology and elemental composition of the coatings on MS specimens. Results showed that the corrosion resistance, hardness and T-g of the DGEBA/F-AgNPs coatings increased at 1 wt % of F-AgNPs. The DGEBA/F-AgNPs coatings also offered manifold antimicrobial protection to the MS surfaces by inhibiting the growth of biofilm forming bacteria like P. aeruginosa, B. subtilis, the most common human pathogen E. coli and the most virulent human pathogenic yeast C. albicans.

Food composition and digestive enzymes in the gut of the African electric catfish Malapterurus electricus (Gmelin 1789) (Malapteruridae)

Analyses of stomach contents of 330 Malapterurus electricus (standard length, 10.1-30.5 cm) in Mahin Lagoon (southwestern Nigeria) established it as a bottom feeder. There was a preponderance of insects accounting for >80% occurrence and >25% of total volume in stomachs of specimens, suggesting a stenophagous predatory habit. Qualitative and quantitative assays of digestive enzymes in the different regions of the gut (oesophagus, stomach, duodenum, ileum, rectum) were investigated. Carbohydrases (amylase, maltase), chitinase, proteases (pepsin, chymotrypsin, trypsin) and lipases were detected in different gut regions with different activity. The pattern of distribution and relative activity of the enzymes correlated with the predatory diet

Olefin cyclopropanation and carbon-hydrogen amination via carbene and nitrene transfers catalyzed by engineered cytochrome P450 enzymes

Synthetic biology promises to transform organic synthesis by enabling artificial catalysis in living cells. I start by reviewing the state of the art in this young field and recognizing that new approaches are required for designing enzymes that catalyze nonnatural reactions, in order to expand the scope of biocatalytic transformations. Carbene and nitrene transfers to C=C and C-H bonds are reactions of tremendous synthetic utility that lack biological counterparts. I show that various heme proteins, including cytochrome P450BM3, will catalyze promiscuous levels of olefin cyclopropanation when provided with the appropriate synthetic reagents (e.g., diazoesters and styrene). Only a few amino acid substitutions are required to install synthetically useful levels of stereoselective cyclopropanation activity in P450BM3. Understanding that the ferrous-heme is the active species for catalysis and that the artificial reagents are unable to induce a spin-shift-dependent increase in the redox potential of the ferric P450, I design a high-potential serine-heme ligated P450 (P411) that can efficiently catalyze cyclopropanation using NAD(P)H. Intact E. coli whole-cells expressing P411 are highly efficient asymmetric catalysts for olefin cyclopropanation. I also show that engineered P450s can catalyze intramolecular amination of benzylic C-H bonds from arylsulfonyl azides. Finally, I review other examples of where synthetic reagents have been used to drive the evolution of novel enzymatic activity in the environment and in the laboratory. I invoke preadaptation to explain these observations and propose that other man-invented reactions may also be transferrable to natural enzymes by using a mechanism-based approach for choosing the enzymes and the reagents. Overall, this work shows that existing enzymes can be readily adapted for catalysis of synthetically important reactions not previously observed in nature.

Engineering and Characterization of Cytochrome P450 Enzymes for Nitrogen-Atom Transfer Reactions

The creation of novel enzyme activity is a great challenge to protein engineers, but nature has done so repeatedly throughout the process of natural selection. I begin by outlining the multitude of distinct reactions catalyzed by a single enzyme class, cytochrome P450 monooxygenases. I discuss the ability of cytochrome P450 to generate reactive intermediates capable of diverse reactivity, suggesting this enzyme can also be used to generate novel reactive intermediates in the form of metal-carbenoid and nitrenoid species. I then show that cytochrome P450 from Bacillus megaterium (P450_BM3) and its isolated cofactor can catalyze metal-nitrenoid transfer in the form of intramolecular C–H bond amination. Mutations to the protein sequence can enhance the reactivity and selectivity of this transformation significantly beyond that of the free cofactor. Next, I demonstrate an intermolecular nitrene transfer reaction catalyzed by P450_BM3 in the form of sulfide imidation. Understanding that sulfur heteroatoms are strong nucleophiles, I show that increasing the sulfide nucleophilicity through substituents on the aryl sulfide ring can dramatically increase reaction productivity. To explore engineering nitrenoid transfer in P450BM3, active site mutagenesis is employed to tune the regioselectivity intramolecular C–H amination catalysts. The solution of the crystal structure of a highly selective variant demonstrates that hydrophobic residues in the active site strongly modulate reactivity and regioselectivity. Finally, I use a similar strategy to develop P450-based catalysts for intermolecular olefin aziridination, demonstrating that active site mutagenesis can greatly enhance this nitrene transfer reaction. The resulting variant can catalyze intermolecular aziridination with more than 1000 total turnovers and enantioselectivity of up to 99% ee.

Expressão de fatores de virulência, mecanismos de resistência aos agentes antimicrobianos e análise molecular da resistência aos beta-lactâmicos de enterobactérias isoladas de bolsas periodontais

Em estudo anterior, as espécies de enterobactérias apresentando perfis variados de resistência aos antimicrobianos foram detectadas em 20% dos sítios com lesões periodontais de pacientes sadios do ponto de vista sistêmico. Tais cepas microbianas foram submetidas a investigações com o intuito de determinar à expressão de enzimas hidrolíticas para substratos diversos, a multirresistência aos agentes antimicrobianos e os mecanismos de resistência aos antimicrobianos da classe dos β lactâmicos. A maioria das amostras expressou atividade de gelatinase (65%), caseinase (30%) e elastase (10%). Lipase, lecitinase e DNase foram observadas apenas para Serratia marcescens. A multirresistência (considerado como a resistência a pelo menos dois agentes antimicrobianos de famílias diferentes) foi observada em 56% das amostras isoladas. A maioria das cepas foi resistentes à ampicilina (93,75%) e amoxicilina/ácido clavulânico (81,25%). Investigações sobre a resistência aos antibióticos β-lactâmicos mostraram que três amostras resistentes à cefalosporinas de 2 geração, apresentaram perfis plasmidiais de diferentes pesos moleculares. A expressão fenotípica de β-lacatamases, foi detectada nas cepas de Enterobacter cloacae (PcOM46 e PcOM5) e S. marcescens (PcOM63). No entanto, na análise molecular, não foi possível confirmar a expressão fenotípica de diferentes β-lactamases, com exceção do E. cloacae PcOM46, que apresentou amplificação para AmpC e blaTEM. Embora sensível à maioria dos antibióticos β-lactâmicos (exceção feita à ampicilina e amoxicilina / ácido clavulânico), amostra de S. marcescens PcOM68 apresentou amplificação para o gene blaSHV. Os experimentos de conjugação não detectaram a transferência de plasmídios para uma cepa de Escherichia coli K12 sensívei aos β-lactâmicos, o mesmo ocorreu nos procedimentos de transformação por eletroporação e por CaCl2, sugerindo uma resistência dependente de genes cromossomiais. A expressão de diferentes atividades enzimáticas, juntamente com a resistência aos antimicrobianos, aponta estes grupos de bactérias como agentes patogênicos potenciais capazes de contribuir para a patogênese e resposta à quimioterapia antimicrobiana nas doenças periodontais, além da disseminação sistêmica para outros locais do corpo, especialmente em indivíduos imunocomprometidos. A colonização prévia de lesões periodontais por espécies resistentes aos β-lactâmicos, pode contribuir para a disseminação destes genes relacionados à resistência aos antimicrobianos em ambientes hospitalares.

Estudo fenotípico e molecular de resistência aos antimicrobianos em amostras clínicas e ambientais de enterobactérias

Buscamos detectar evidências da presença de genes envolvidos na produção de Enzimas Modificadoras de Aminoglicosídeos (EMAs), Beta-lactamases de espectro estendido (ESBLs) e Mecanismos Plasmidiais de Resistência a Quinolonas (PMQRs) em cepas de K. pneumoniae, K. ozaenae e E. coli isoladas de amostras de água de rios afluentes da Baía de Guanabara e de materiais clínicos de origem hospitalar, além de avaliar o "status sanitário" dos corpos aquáticos abordados no tocante à contaminação fecal recente e indicações de contaminação hospitalar e por outros ambientes de alta seletividade. As cepas de materiais clínicos foram selecionadas entre Maio e Julho de 2010, a partir da semeadura em meio de cultura contendo 8g/mL de gentamicina. As amostras de água foram coletadas em Abril e em Julho de 2009. Realizamos testes de colimetria, empregando para tal, a metodologia convencional e outra, na qual adicionamos 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina aos caldos Lactosado e Escherichia coli (caldo EC), a fim de detectar e quantificar coliformes resistentes. Para o isolamento das cepas empregamos meios de cultura contendo 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina. As cepas foram identificadas e submetidas a testes de susceptibilidade aos antimicrobianos (TSA), testes presuntivos para presença de ESBLs, extração de DNA plasmidial e ensaios de Reação em Cadeia de Polimerase (PCR) para a detecção dos genes. A utilização de agentes antimicrobianos nos testes de colimetria nos permitiu detectar a presença e quantificar coliformes totais e fecais resistentes nas amostras de água analisadas nos diferentes pontos. O TSA das cepas isoladas de amostras de água exibiu perfis de multirresistência, compatíveis com o de bactérias de origem hospitalar, semelhante ao encontrado nas cepas isoladas de materiais clínicos. Todas as cepas isoladas de amostras de água e 90% das cepas de materiais clínicos apresentaram pelo menos uma banda plasmidial. Os ensaios de PCR evidenciaram a presença de produtos de amplificação para EMAs, ESBLs e PMQRs, sendo que 7,4% das cepas de amostras de água e 20% das cepas de materiais clínicos apresentaram produtos de amplificação para as três classes de antimicrobianos. A realização de testes de colimetria empregando antimicrobianos, como gentamicina e cefalotina, pode ser uma ferramenta adicional importante ao teste convencional, quando o interesse for, o monitoramento e a prevenção de contaminação ambiental, especialmente associada a microrganismos carreando genes de resistência. O uso criterioso de antimicrobianos em atividades de cunho hospitalar e veterinário e medidas no sentido de prevenção de lançamento de esgoto e/ou tratamento dos efluentes, são fundamentais para o controle da disseminação de elementos genéticos de resistência transferíveis entre os microrganismos. A detecção e identificação de microrganismos apresentando elementos de resistência em ambiente extra-hospitalar como em água e solo, em particular, o emprego de testes de colimetria empregando antimicrobianos, se faz necessária, como forma de prevenção e controle de disseminação destes microrganismos com potencial de causar infecções em humanos e outros animais que eventualmente entram em contato com estes ambientes.

Características microbiológicas e clínicas das infecções por Acinetobacter spp. e Pseudomonas aeruginosa em Unidade de Terapia Intensiva Cardíaca de um Hospital Universitário do Rio de Janeiro

As infecções em cirurgia cardíaca ainda apresentam um cenário importante nas infecções associadas à assistência a saúde (IAAS), favorecendo ao paciente à aquisição de infecções por micro-organimos multirreristentes. Este trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de resistência a antimicrobianos, verificar a presença de genes que codificam as enzimas dos tipos oxacilinases e metalo-beta-lactamases e descrever as características demográficas e clínicas dos pacientes colonziados/infectados por Acinetobacter spp. e P.aeruginosa internados no Centro de Terapia Intensiva Cardíaca do HUPE no período de 2005 a 2010. A maioria das 46 amostras de Acinetobacter spp e das 35 de P.aeruginosa foram de origem respiratória seguido de sangue. A maioria das amostras de A. baumannii apresentou altos percentuais de resistência a: ceftazidina, cefepime, piperacilina-sulbactam, ciprofloxacin, ceftriaxona e CIM ≥32 μg/mL para os carbapenêmicos. Uma amostra foi resistente a Polimixina B. O gene blaOXA-23 foi detectado em 65% das amostras e uma amostra apresentou o gene blaOXA-24. Não foram detectados os genes blaOXA-58-like e blaOXA-143. Para P. aeruginosa os percentuais de resistência para todos os antimicrobianos foram inferiores a 32%. Quatro amostras apresentaram resistência intermediária a polimixina B e nenhum gene de resistência foi detectado. Os prontuários dos pacientes foram analisados a fim de associar as características clínicas com os processos infecciosos identificados e seu desfecho clínico. Na análise por tipo de micro-organismo associado ao processo infeccioso à idade acima de 70 anos, DM e uso da ventilação mecânica por tempo prolongado foi maior no grupo dos pacientes que apresentaram infecção por P.aeruginosa. O IAM, a ICC em internações anteriores e suas complicações (choque cardiogênico e arritmia) tiveram impacto na mortalidade na série de pacientes (p<0,05). A insuficiência renal entre todas as comorbidades foi à única que teve associação com a mortalidade (OR= 8,3). Não houve associação entre a mortalidade e o micro-organismo que causou a infecção (Acinetobacter spp. p=0,3 e P.aeruginosa p=0,2) ou a resistência a carbapenêmicos (p=0,5). Foram observados dois casos de mediastinte por Acinetobacter spp. e dois por P. aeruginosa sendo um achado inédito no Brasil até o momento.

Caracterização de beta-lactamases de espectro ampliado (ESBLs), genes de resistência aos antimicrobianos e conteúdo plasmidial em cepas de Escherichia coli e Salmonella spp. não tifóides isoladas do ambiente hospitalar e da comunidade

Enterobactérias produtoras de ESBLs são descritas tanto no ambiente hospitalar quanto na comunidade em todo o mundo. No Brasil, esses microrganismos também têm emergido como uma causa importante de infecções, sendo as enzimas CTX-M as prevalentes. O objetivo deste estudo foi analisar diferentes aspectos genotípicos relacionados à expressão da resistência aos antimicrobianos em cepas Escherichia coli e de Salmonella spp, tais como: a diversidade de ESBLs, os genes de resistência aos antimicrobianos e o conteúdo plasmidial. Os aspectos epidemiológicos das cepas produtoras de ESBLs também foram investigados. Foram estudadas 88 cepas de enterobactérias, sendo 43 E. coli e 45 cepas de Salmonella spp., de origem hospitalar e da comunidade (principalmente alimentos), isoladas na cidade do Rio de Janeiro. A expressão de ESBL foi observada em sete cepas de E. coli (7/43, 16,3%) e em uma cepa de Salmonella Typhimurium (1/45, 2,3%) e as enzimas foram identificadas como variantes de CTX-M e SHV-5, respectivamente. Entre as cepas de E. coli, a enzima CTX-M-2 foi a mais frequente (n = 4), sendo detectada em cepas isoladas de swab retal de pacientes hospitalizados, enquanto as enzimas CTX-M-59 (uma variante de CTX-M) (n = 1) e CTX-M-9 (n = 2) foram identificadas em cepas isoladas a partir de espécimes clínicos. Salmonella Typhimurium produtora de SHV-5 foi isolada do ambiente hospitalar (fórmula infantil). As cepas de E. coli produtoras das enzimas CTX-M pertenceram a grupos filogenéticos (A, B1, D) e STs (ST34, ST69, ST101) diferentes, sendo os genes blaCTX-M identificados em plasmídeos com tipo de replicon IncA/C de cerca de 150 kb (blaCTX-M-2, blaCTX-M-9, blaCTX-M-59) ou 80 kb (blaCTX-M-2). A cepa de S. Typhimurium produtora de SHV-5 pertenceu a um único clone (A-ST19) e o gene blaSHV-5 foi identificado em plasmídeo com o replicon IncL/M com aproximadamente 55Kb. Foi identificado pela primeira vez no Brasil o ST313 em um clone de S. Typhimurium (D-ST313), comumente associado com doenças invasivas severas, particulamente no continente africano. Genes que codificam para a resistência aos antimicrobianos não-beta-lactâmicos e integrons classe 1 foram identificados entre as cepas de E. coli e de Salmonella spp. multirresistentes produtoras ou não de ESBLs. Em conclusão: i) nossos resultados referentes à E. coli confirmaram a disseminação de enzimas CTX-M (principalmente variantes do grupo CTX-M-2) desde, pelo menos, o ano de 2000, em hospitais no Rio de Janeiro; demonstraram a implicação dos plasmídeos IncA/C na disseminação de genes blaCTX-M; indicaram a possível evolução intra-plasmídeo de blaCTX-M-59 a partir de blaCTX-M-2; a observação da diversidade e multiplicidade de plasmídeos poderiam fornecer plataformas genéticas para a dispersão de diferentes genes e/ou elementos de resistência aos antimicrobianos; ii) em relação à Salmonella spp. este estudo descreveu, pela primeira vez, o isolamento, a partir de fórmula infantil, de uma cepa de S. Typhimurium produtora de ESBL; foi demonstrada a associação do gene blaSHV-5 com plasmídeo do tipo IncL/M, que é considerado epidêmico; foi identificado o clone D-ST313 de S. Typhimurium, que está associado a doenças invasivas severas no continente africano, que reuniu cepas isoladas exclusivamente do ambiente hospitalar.