Modulação do estado redox em bactérias por quinoxalinas

As quinoxalinas são compostos heterocíclicos que têm, entre outras, capacidades antimicrobianas, inclusivamente contra bactérias resistentes aos antimicrobianos convencionais. Os mecanismos pelos quais estes compostos exercem a sua atividade ainda não está completamente esclarecido. O objetivo do presente estudo é avaliar o efeito redox em sinergismo/antagonismo com as quinoxalinas em modelos de bactérias com e sem resistências a antimicrobianos. No que se refere aos compostos foram utilizados a quinoxalina 1,4-dióxido (QNX), 2-metil-3-benzilquinoxalina-1,4-dióxido (2M3BQNX), 2-metilquinoxalina-1,4-dióxido (2MQNX) e a 2-amino-3-cianoquinoxalina-1,4-dióxido (2A3CQNX). Quanto aos modelos procariotas, foram utilizados a Salmonella enterica, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecalis, Staphylococcus saprophyticus, Enterobacter aerogenes, Enterobacter cloacae, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus ATCC 43300, Escherichia coli TEM 201 e Escherichia coli TEM 180. Nos compostos químicos em que se verificou a Concentração Mínima Inibitória (CMI), realizou-se o estudo do comportamento do crescimento bacteriano. Relativamente ao estado redox, foi avaliado para cada estirpe sensível, através do rácio GSH/GSSG, nas doses inibitórias e não inibitórias de cada composto. Os resultados apresentam que todos os compostos testados, à exceção do 2M3BQNX, têm atividade antimicrobiana na maioria das estirpes, excetuando a E. faecalis e a S. saprophyticus. Os rácios GSH/GSSG apontam para o efeito oxidante em K. pneumoniae e S. enterica e antioxidante na E. aerogenes. A conclusão do estudo sugere que os compostos apresentam elevada capacidade antibacteriana e influência no equilíbrio redox das bactérias, podendo contribuir para o esclarecimento do mecanismo de ação dos derivados das quinoxalinas 1-4 dióxido, nas bactérias.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNOS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de agentes oxidantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos agentes oxidantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por agentes oxidantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três agentes oxidantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como agentes oxidantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se utilizou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (871 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L). Na presença de HClO, o valor de CAT mais elevado pertence a uma amostra de sumo (513 mg AAE/L) mas, o valor de CAT da amostra de sumo natural é muito mais baixa do que o esperado (17 mg AAE/L). Foram estudados outros antioxidantes para além do AA (ácido cumárico, ácido gálico e ácido cafeico), e constatou-se que cada um deles promove proteção ao dA20-EPC na presença de cada um dos diferentes contaminantes (H2O2, NO• e HClO).

Metabolic and morphogenetic engineering of Bacillus subtilis: biotechnology for industry

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in “Biology” at the Institute of Chemical and Biological Technology of the New University of Lisbon

Massive shift in the pneumococcal nasopharyngeal flora after the 7-valent conjugate vaccine: epidemiological studies and testing pathogenic potential in animal models

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biology/Molecular Biology by Universidade Nova de Lisboa, Instituto de Tecnologia Química e Biológica

Diagnosis of plague and identification of virulence markers in Yersinia pestis by multiplex-PCR

We have developed a procedure for the rapid diagnosis of plague that also allows the identification of prominent virulence markers of Y. pestis strains. This procedure is based upon the use of a single polymerase chain reaction with multiple pairs of primers directed at genes present in the three virulence plasmids as well as in the chromosomal pathogenicity island of the bacterium. The technique allowed the discrimination of strains which lacked one or more of the known pathogenic loci, using as template total DNA obtained from bacterial cultures and from simulated blood cultures containing diluted concentration of bacteria. It also proved effective in confirming the disease in a blood culture from a plague suspected patient. As the results are obtained in a few hours this technique will be useful in the methodology of the Plague Control Program.

Vibrio vulnificus as a health hazard for shrimp consumers

Over the last 30 years, a number of Vibrio species found in the aquatic environment have been indicated as cause of disease in human beings. Vibrio vulnificus is an emergent pathogen, an invasive and lethal marine bacterium related to wound infection and held accountable for gastroenteritis and primary septicemia. It occurs quite frequently in marine organisms, mainly in mollusks. This study aimed at isolating and identifying strains of V. vulnificus based upon the analysis of twenty samples of seabob shrimp, Xiphopenaeus kroyeri (Heller), purchased at the Mucuripe fish market (Fortaleza, Brazil). TCBS agar was used to isolate suspect strains. Seven of twenty-nine strains isolated from six different samples were confirmed as such by means of biochemical evidence and thus submitted to biological assays to determine their virulence. The susceptibility of the V. vulnificus strains to a number of antibiotics was tested. None of the V. vulnificus strains showed signs of virulence during a 24-hour observation period, possibly due to the shedding of the capsules by the cells. As to the results of the antimicrobial susceptibility tests, the seven above-mentioned V. vulnificus strains were found to be sensitive to nitrofurantoin (NT), ciprofloxacin (CIP), gentamicin (GN) and chloramphenicol (CO) and resistant to clindamycin (CI), penicillin (PN) and ampicillin (AP).

Produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium

Os agentes quelantes, como é o caso do EDTA, são utilizados numa ampla variedade de indústrias como a indústria têxtil, da pasta de papel, alimentar, de cosméticos ou de detergentes. Contudo, os agentes complexantes sintéticos, habitualmente usados, não são biodegradáveis, pelo que a sua acumulação no meio ambiente constitui motivo de preocupação. Deste modo, existe um interesse crescente na substituição destes compostos por compostos similares biodegradáveis sendo, deste modo, ambientalmente amigáveis. Alguns microrganismos são capazes de produzir moléculas com capacidade de captar metais. Um desses exemplos são os sideróforos: compostos produzidos por bactérias, fungos e plantas gramíneas, com capacidade de formar quelatos muito estáveis com o ferro. A presente dissertação teve como objetivo estudar o efeito de diferentes condições culturais e nutricionais na produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium. A avaliação da produção de sideróforo, utilizando o método colorimétrico Chrome Azurol S (CAS), durante o crescimento da bactéria, em meio de cultura deficiente em ferro, na presença de 5 ou de 20 g/L de glucose, mostrou que o início da sua produção ocorre, durante a fase exponencial de crescimento, não está relacionada com a esporulação e não é afetada pela concentração de glucose. Contudo, o crescimento da bactéria na presença de diferentes fontes de carbono (glicerol, frutose, galactose, glucose, manose, lactose, maltose ou sacarose) evidenciou que a produção de sideróforo é afetada pelo tipo de fonte de carbono. O crescimento na presença de glicerol promoveu a maior produção de sideróforo; efeito inverso foi observado na presença de manose. A bactéria B. megaterium, quando crescida na presença de frutose, galactose, glucose, lactose, maltose ou sacarose, produziu concentrações similares de sideróforo. O aumento da concentração de arginina, no meio de cultura, não aumentou a produção de sideróforo. A agitação apresentou um efeito positivo na produção de sideróforo; o crescimento em condições estáticas atrasou e diminuiu a produção de sideróforo. Em conclusão, o glicerol parece constituir uma fonte de carbono alternativa, aos monossacáridos e dissacáridos, para a produção de sideróforo. A agitação apresenta um efeito positivo na produção de sideróforo pela bactéria B. megaterium ATCC 19213.

Infectious agents in coronary atheromas: a possible role in the pathogenesis of plaque rupture and acute myocardial infarction

In this review we report our recent findings of histopathological features of plaque instability and the association with Mycoplasma pneumoniae (MP) and Chlamydia pneumoniae (CP) infection, studying thrombosed coronary artery segments (CAS) of patients who died due to acute myocardial infarction. Vulnerable plaques are known to be associated with fat atheromas and inflammation of the plaque. Here we demonstrated that vulnerability is also related with focal positive vessel remodeling that maintains relatively well preserved lumen even in the presence of large atheromatous plaques. This phenomena may explain why the cinecoronariography may not detect large and dangerous vulnerable plaques. Greater amount of these bacteria in vulnerable plaques is associated with adventitial inflammation and positive vessel remodeling: the mean numbers of lymphocytes were significantly higher in adventitia than in the plaque, good direct correlation was obtained between numbers of CD20 B cells and numbers of CP infected cells in adventitia, and between % area of MP-DNA in the plaque and cross sectional area of the vessel, suggesting a cause-effect relationship. Mycoplasma is a bacterium that needs cholesterol for proliferation and may increase virulence of other infectious agents. In conclusion, co-infection by Mycoplasma pneumoniae and Chlamydia pneumoniae may represent an important co-factor for plaque instability, leading to coronary plaque thrombosis and acute myocardial infarction, since larger amount of these bacteria strongly correlated with histological signs of more vulnerability of the plaque. The search of CMV and Helicobacter pilori in these tissues resulted negative.

Crystallographic studies on molybdopterin-dependent enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, Especialidade Bioquímica Estrutural

Evolution of genotypes of Group A streptococci from colonization and infection

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Biologia

Rat hepatocyte invasion by Listeria monocytogenes and analysis of TNF-alpha role in apoptosis

Listeria monocytogenes, etiological agent of severe human foodborne infection, uses sophisticated mechanisms of entry into host cytoplasm and manipulation of the cellular cytoskeleton, resulting in cell death. The host cells and bacteria interaction may result in cytokine production as Tumor Necrosis Factor (TNF) alpha. Hepatocytes have potential to produce pro-inflammatory cytokines as TNF-alpha when invaded by bacteria. In the present work we showed the behavior of hepatocytes invaded by L. monocytogenes by microscopic analysis, determination of TNF-alpha production by bioassay and analysis of the apoptosis through TUNEL technique. The presence of bacterium, in ratios that ranged from 5 to 50,000 bacteria per cell, induced the rupture of cellular monolayers. We observed the presence of internalized bacteria in the first hour of incubation by electronic microscopy. The levels of TNF-alpha increased from first hour of incubation to sixth hour, ranging from 0 to 3749 pg/mL. After seven and eight hours of incubation non-significant TNF-alpha levels decrease occurred, indicating possible saturation of cellular receptors. Thus, the quantity of TNF-alpha produced by hepatocytes was dependent of the incubation time, as well as of the proportion between bacteria and cells. The apoptosis rate increased in direct form with the incubation time (1 h to 8 + 24 h), ranging from 0 to 43%, as well as with the bacteria : cells ratio. These results show the ability of hepatocyte invasion by non-hemolytic L. monocytogenes, and the main consequences of this phenomenon were the release of TNF-alpha by hepatocytes and the induction of apoptosis. We speculate that hepatocytes use apoptosis induced by TNF-alpha for release bacteria to extracellular medium. This phenomenon may facilitate the bacteria destruction by the immune system.

Comparative analysis of two-dimensional electrophoresis maps (2-DE) of Helicobacter pylori from Brazilian patients with chronic gastritis and duodenal ulcer: a preliminary report

Helicobacter pylori is a bacterium recognized as the major cause of peptic ulcer and chronic gastritis. Recently, a proteome-based approach was developed to investigate pathogenic factors related to H. pylori. In this preliminary study, H. pylori strains were isolated from gastric biopsies of patients with chronic gastritis and duodenal ulcers. A partial proteomic analysis of H. pylori strains was performed by bacterial lyses and proteins were separated by two-dimensional gel electrophoresis (2-DE). A comparative analysis was performed to verify a differential protein expression between these two 2-DE maps. These data should be useful to clarify the role of different proteins related to bacterial pathogenesis. This study will be completed using a larger number of samples and protein identification of H. pylori by MALDI-TOF mass spectrometry.

Tnf-a production and apoptosis in hepatocytes after listeria monocytogenes and salmonella typhimurium invasion

Invasion of hepatocytes by Listeria monocytogenes (LM) and Salmonella Typhimurium (ST) can stimulate tumor necrosis factor alpha (TNF-α) release and induce apoptosis. In this study, we compared the behavior of hepatocytes invaded by three L. monocytogenes serotypes (LM-4a, LM-4b and LM-1/2a) and by ST to understand which bacterium is more effective in the infectious process. We quantified TNF-α release by ELISA, apoptosis rates by annexin V (early apoptosis) and TUNEL (late apoptosis) techniques. The cell morphology was studied too. TNF-α release rate was highest in ST-invaded hepatocytes. ST and LM-1/2a induced the highest apoptosis production rates evaluated by TUNEL. LM-4b produced the highest apoptosis rate measured by annexin. Invaded hepatocytes presented various morphological alterations. Overall, LM-4b and LM-1/2a proved to be the most efficient at cell invasion, although ST adapted faster to the environment and induced earlier hepatocyte TNF-α release.

Characterization of Vibrio Parahaemolyticus isolated from oysters and mussels in São Paulo, Brazil

Vibrio parahaemolyticus is a marine bacterium, responsible for gastroenteritis in humans. Most of the clinical isolates produce thermostable direct hemolysin (TDH) and TDH-related hemolysin (TRH) encoded by tdh and trh genes respectively. In this study, twenty-three V. parahaemolyticus, previously isolated from oysters and mussels were analyzed by PCR using specific primers for the 16S rRNA and virulence genes (tdh, trh and tlh) and for resistance to different classes of antibiotics and PFGE. Nineteen isolates were confirmed by PCR as V. parahaemolyticus. The tlh gene was present in 100% of isolates, the tdh gene was identified in two (10.5%) isolates, whereas the gene trh was not detected. Each isolate was resistant to at least one of the nine antimicrobials tested. Additionally, all isolates possessed the blaTEM-116 gene. The presence of this gene in V. parahaemolyticus indicates the possibility of spreading this gene in the environment. Atypical strains of V. parahaemolyticus were also detected in this study.

Whipple's disease: rare disorder and late diagnosis

Whipple's disease is a rare systemic infectious disorder caused by the bacterium Tropheryma whipplei. We report the case of a 61-year-old male patient who presented to emergency room complaining of asthenia, arthralgia, anorexia, articular complaints intermittent diarrhea, and a 10-kg weight loss in one year. Laboratory tests showed the following results: Hb = 7.5 g/dL, albumin = 2.5 mg/dL, weight = 50.3 kg (BMI 17.4 kg/m²). Upper gastrointestinal endoscopy revealed areas of focal enanthema in the duodenum. An endoscopic biopsy was suggestive of Whipple's disease. Diagnosis was confirmed based on a positive serum polymerase chain reaction. Treatment was initiated with intravenous ceftriaxone followed by oral trimethoprim-sulfamethoxazole. After one year of treatment, the patient was asymptomatic, with Hb = 13.5 g/dL, serum albumin = 5.3 mg/dL, and weight = 70 kg (BMI 24.2 kg/m²). Whipple's disease should be considered a differential diagnosis in patients with prolonged constitutional and/or gastrointestinal symptoms. Appropriate antibiotic treatment improves the quality of life of patients.