Nanoformulations de nystatine pour une efficacité antifongique améliorée

Hypothèse : Le nanobroyage d'une suspension de nystatine augmentera son efficacité antifongique in vitro et in vivo. Méthode : Une nanosupension de nystatine a été obtenue en utilisant le broyage humide. Elle a été caractérisée pour sa distribution de taille des particules et pour sa teneur en principe actif. L'activité in vitro a été évaluée contre les souches de C. albicans SC5314 et LAM-1 aux concentrations 12.5 μg/mL jusqu'à 5000 μg/mL. L'efficacité in vivo a été évaluée en utilisant un modèle murin de candidose oropharyngée. Résultats : La taille médiane des particules de la nanosuspension de nystatine a été réduite de 6577 nm à 137 nm. L'analyse CLHP a demontré une teneur de 98.7 ± 0.8%. L'activité in vitro de la nanosuspension était supérieure à la suspension aux concentrations 100 μg/mL à 5000 μg/mL. La charge fongique orale était inférieure dans le groupe traité par la nanosuspension comparativement aux autres groupes. La survie des souris était aussi supérieure.

Conception, synthèse et caractérisation de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles pour encapsuler des principes actifs hydrophobes

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire.

Développement de nouvelles formulations d’antifongiques et évaluation de l’activité sur Candida spp. et Aspergillus spp.

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse de doctorat avaient pour but de mettre au point des nouvelles formulations d’antifongiques sous forme de nanoparticules polymériques (NP) en vue d’améliorer l’efficacité et la spécificité des traitements antifongiques sur des souches sensibles ou résistantes de Candida spp, d’Aspergillus spp et des souches de Candida albicans formant du biofilm. Dans la première partie de ce travail, nous avons synthétisé et caractérisé un polymère à base de polyester-co-polyéther branché avec du poly(éthylène glycol) (PEG-g-PLA). En plus d’être original et innovant, ce co-polymère a l’avantage d’être non-toxique et de posséder des caractéristiques de libération prolongée. Trois antifongiques couramment utilisés en clinique et présentant une biodisponibilité non optimale ont été choisis, soient deux azolés, le voriconazole (VRZ) et l’itraconazole (ITZ) et un polyène, l’amphotéricine B (AMB). Ces principes actifs (PA), en plus des problèmes d’administration, présentent aussi d’importants problèmes de toxicité. Des NP polymériques encapsulant ces PA ont été préparées par une technique d’émulsion huile-dans-l’eau (H/E) suivie d’évaporation de solvant. Une fois fabriquées, les NP ont été caractérisées et des particules de d’environ 200 nm de diamètre ont été obtenues. Les NP ont été conçues pour avoir une structure coeur/couronne avec un coeur constitué de polymère hydrophobe (PLA) et une couronne hydrophile de PEG. Une faible efficacité de chargement (1,3% m/m) a été obtenue pour la formulation VRZ encapsulé dans des NP (NP/VRZ). Toutefois, la formulation AMB encapsulée dans des NP (NP/AMB) a montré des taux de chargement satisfaisants (25,3% m/m). En effet, le caractère hydrophobe du PLA a assuré une bonne affinité avec les PA hydrophobes, particulièrement l’AMB qui est le plus hydrophobe des agents sélectionnés. Les études de libération contrôlée ont montré un relargage des PA sur plusieurs jours. La formulation NP/AMB a été testée sur un impacteur en cascade, un modèle in vitro de poumon et a permis de démontrer le potentiel de cette formulation à être administrée efficacement par voie pulmonaire. En effet, les résultats sur l’impacteur en cascade ont montré que la majorité de la formulation s’est retrouvée à l’étage de collecte correspondant au niveau bronchique, endroit où se situent majoritairement les infections fongiques pulmonaires. Dans la deuxième partie de ces travaux, nous avons testé les nouvelles formulations d’antifongiques sur des souches planctoniques de Candida spp., d’Aspergillus spp. et des souches de Candida albicans formant du biofilm selon les procédures standardisées du National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS). Les souches choisies ont démontré des résistances aux azolés et aux polyènes. Les études d’efficacité in vitro ont permis de prouver hors de tout doute que les nouvelles formulations offrent une efficacité nettement améliorée comparée à l’agent antifongique libre. Pour mettre en lumière si l’amélioration de l’efficacité antifongique était due à une internalisation des NP, nous avons évalué le comportement des NP avec les cellules de champignons. Nous avons procédé à des études qualitatives de microscopie de fluorescence sur des NP marquées avec de la rhodamine (Rh). Tel qu’attendu, les NP ont montré une localisation intracellulaire. Pour exclure la possibilité d’une simple adhésion des NP à la surface des levures, nous avons aussi confirmé leur internalisation en microscopie confocale de fluorescence. Il est important de noter que peu d’études à ce jour ont mis l’accent sur l’élaboration de nouvelles formulations d’antifongiques à base de polymères non toxiques destinées aux traitements des mycoses, donnant ainsi une grande valeur et originalité aux travaux effectués dans cette thèse. Les résultats probants obtenus ouvrent la voie vers une nouvelle approche pour contourner les problèmes de résistances fongiques, un problème de plus en plus important dans le domaine de l’infectiologie.

Analyse des altérations de l'immunité T-dépendante à l'égard de Candida albicans chez la souris transgénique exprimant le génome du VIH-1

La candidose oro-pharyngée (COP) est l’infection fongique opportuniste la plus commune chez les individus infectés par le VIH-1. La production des cytokines Il-17 et Il-22 par les lymphocytes Th17 est importante lors de la résolution de la COP, puisque ces cytokines induisent la production de peptides antifongiques et le recrutement des neutrophiles polymorphonucléaires. Toutefois, les lymphocytes Th17 sont préférentiellement déplétés chez les individus infectés par le VIH-1. Le modèle de COP chez la souris transgénique (Tg) CD4C/HIVMutA, exprimant les gènes nef, env et rev du VIH-1, permettra de déterminer si des altérations quantitatives et/ou fonctionnelles des sous-populations de lymphocytes T CD4+ causent la sensibilité à la candidose. Les sous-populations Th1, Th2, Th1Th17, Th17 et Treg, ainsi que leurs précurseurs, les lymphocytes T CD4+ naïfs, sont sévèrement déplétées dans les ganglions cervicaux de la souris Tg. Cependant, les lymphocytes T CD4+ naïfs conservent la capacité à se différencier in vitro en présence de cytokines polarisantes et à produire les cytokines typiques des diverses sous-populations. De plus, les cytokines requises pour la polarisation des lymphocytes T CD4+ naïfs n’étaient pas réduites dans les ganglions cervicaux des souris Tg, 7 jours après le début de l’infection. Les gènes S100a8, Ccl20, Il17 et Il22 étaient surexprimés en réponse à la COP chez la souris non-Tg, mais pas chez la souris Tg. Le traitement de souris Tg infectées à l’aide de la combinaison des cytokines Il-17 et Il-22 réduit significativement la charge fongique buccale de C. albicans et le nombre d’hyphes dans l’épithélium de la langue et restaure la capacité à surexprimer des gènes S100a8, Ccl20 et Il22. Ces résultats démontrent que la perturbation de l’induction de l’immunité innée par l’Il-17 et l’Il-22 augmente la susceptibilité à la COP chez la souris Tg.

Diversity in Structural and Spectural Characteristics of Some Transition Metal Complexes Derived From Aldehyde Based Thiosemicarbazone Ligands

The study deals with the diversity in structural and spectural characteristics of some transition metal complexes derived from aldehyde based thiosemicarbazone ligands thiosemicarbazones are a family of compounds with beneficial biological activity viz., anticancer,antitumour, antifungal, antibacterial, antimalarial, antifilarial, antiviral and anti-HIV activities. Many thiosemicarbazone ligands and their complexes have been prepared and screened for their antimicrobial activity against various types of fungi and bacteria. The results prove that the compounds exhibit antimicrobial properties and it is important to note that in some cases metal chelates show more inhibitory effects than the parent ligands. The increased lipophilicity of these complexes seems to be responsible for their enhanced biological potency. Adverse biological activities of thiosemicarbazones have been widely studied in rats and in other species. The parameters measured show that copper complexes caused considerable oxidative stress and zinc zinc complexes behaved as antioxidants. It has applications on analytical field also. Some thiosemicarbazones produce highly colored complexes with metal ions. This thesis aims to synthesis some novel thiosemicarbazone ligands and their transition metal complexes together with their physico-chemical characterization.

Crystal Structures and Spectral Aspects of Mixed Ligand Transition Metal Chelates Derived from Aldehyde based ONS Donor Thiosemicarbazones

Thiosemicarbazones have emerged as an important class of ligands over a period of time, for a variety of reasons, such as variable donor properties, structural diversity and biological applications. Interesting as the coordination chemistry may be, the driving force for the study of these ligands has undoubtedly been their biological properties and the majority of the 3000 or so publications on thiosemicarbazones since 2000 have alluded to this feature. Thiosemicarbazones with potential donor atoms in their structural skeleton fascinate coordination chemists with their versatile chelating behavior. The thiosemicarbazones of aromatic aldehydes and ketones form stable chelates with transition metal cations by utilizing both their sulfur and azomethine nitrogen as donor atoms. They have been shown to possess a diverse range of biological activities including anticancer, antitumor, antibacterial, antiviral, antimalarial and antifungal properties owing to their ability to diffuse through the semipermeable membrane of the cell lines. The enhanced effect may be attributed to the increased lipophilicity of the metal complexes compared to the ligand alone.

“Effect of spice oleoresins in microbial decontamination and their potential application in quality stabilization of Tuna (Euthynnus affinis) during storage”

Unprocessed seafood harbor high number of bacteria, hence are more prone to spoilage. In this circumstance, the use of spice in fish for reduction of microorganism can play an important role in seafood processing. Many essential oils from herbs and spices are used widely in the food, health and personal care industries and are classified as GRAS (Generally regarded as safe) substances or are permitted food additives. A large number of these compounds have been the subject of extensive toxicological scrutiny. However, their principal function is to impart desirable flavours and aromas and not necessarily to act as antimicrobial agents. Given the high flavour and aroma impact to plant essential oils, the future for using these compound as food preservatives lies in the careful selection and evaluation of their efficacy at low concentrations but in combination with other chemical preservatives or preservation processes. For this reason they are worth of study alone or in combination with processing methods in order to establish if they could extend the shelf-life of foods. In this study, the effect of the spices, clove, turmeric, cardamom, oregano, rosemary and garlic in controlling the spoilage and pathogenic bacteria is investigated. Their effect on biogenic amine formation in tuna especially, histamine, as a result of bacterial control is also studied in detail. The contribution of spice oleoresin in the sensory and textural parameters is investigated using textural profile analysis and sensory panel. Finally, the potential of spices in quality stabilization and in increasing the shelf–life of tuna during frozen storage is analysed

Actinomycete Isolates from Arabian Sea and Bay of Bengal: Biochemical, Molecular and Functional Characterization

The thesis is comprised of seven chapters. Chapter 1 gives a general introduction to marine actinomycetes; Chapter 2 gives an account on the morphological, biochemical and physiological characterization of marine actinomycetes. Comprehensive description of molecular identification and phylogenetic analysis of actinomycetes is dealt with in Chapter 3. The antimicrobial property with special reference to antivibrio activity is described in Chapter 4. Chapter 5 explores the melanin production ability of marine actinomycetes, characterization of melanin and evaluation of its bioactivity. Chapter 6 illustrates the study on chitinolytic Streptomyces as antifungal and insecticidal agents. Summary and Conclusion of the study is presented in Chapter 7, followed by References and Appendices.The present study provides an insight into the various actinomycetes occurring in the sediments of Arabian Sea and Bay of Bengal. Streptomyces was found to be the dominant group followed by Nocardiopsis. Eventhough generic level identification is possible by traditional phenotypic methods, species level identification necessitate a polyphasic approach including both phenotypic and genotypic characterization. Antibiotic production coupled with biogranulation property helped in the effective utilization of the actinomycetes for the control of vibrios. Melanin from Streptomyces bikiniensis was proved to be a promising antioxidant and photoprotectant. Marine actinomycetes were found to be a good source of hydrolytic enzymes and the chitinolytic isolates could be explored as biocontrol agents in terms of antifungal and insecticidal property. The present study explored the potential of marine actinomycetes especially Streptomycetes as a promising source of bioactive molecules for application in aquaculture and pharmaceutical industry.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Design and synthesis of short antimicrobial peptides for plant protection. Study of their mode of action

Aquesta tesi doctoral està basada en el desenvolupament de nous agents antimicrobians derivats del pèptid híbrid cecropina A-melitina WKLFKKILKVL-NH2 (Pep3) que siguin sostenibles i útils per al control de malalties de plantes. Es van dissenyar i sintetitzar més de 133 anàlegs de Pep3 mitjançant química combinatòria. Es van obtenir anàlegs de Pep3 amb una elevada activitat contra fitopatògens i que presentaven baixa toxicitat. Els millors anàlegs van presentar eficàcies comparables amb pesticides de referència en la prevenció d'infeccions causades per fitopatògens. Es va estudiar el mecanisme d'acció de KKLFKKILKYL-NH2 (BP100) investigant la seva interacció amb models de membrana mitjançant tècniques espectroscòpiques. Es va observar la capacitat de BP100 a induir la permeabilització, la neutralització, i l'agregació de vesícules lipídiques aniòniques a una determinada concentració llindar. Es va deduir una equació que relaciona la CMI d'un pèptid antimicrobià amb la constant de partició i la concentració llindar en la membrana.

Síntesi de base sòlida de pèptids biarílics contenint 5-arilhistidines

Els aminoàcids biarílics es troben en una àmplia varietat de pèptids naturals amb important activitat biològica. Concretament, les arilhistidines formen part de les aciculitines, pèptids amb activitat citotòxica i antifúngica, La reacció de Suzuki-Miyaura és el mètode més versàtil per obtenir biarils assimètrics, encara que, fins el moment, no s'havia aplicat per a l'arilació de l'imidazole de la histidina. L'objectiu general d'aquesta tesi fou demostrar que es podia arilar l'imidazole de la histidina en fase sòlida mitjançant una reacció de Suzuki-Miyaura. En primer lloc, es sintetitzaren 4(5)-metil-5(4)-fenilimidazole i 4(5)-metil-5(4)-(2-metoxifenil)imidazole a través de l'acoblament creuat entre un N-benzilbromoimidazole i el corresponent àcid arilborònic. Posteriorment, s'arilaren 5-bromohistidines utilitzant diversos àcids arilborònics mitjançant una reacció de Suzuki-Miyaura assistida per irradiació micrones, tant en dissolució com en fase sòlida. I finalment, mitjançant aquesta metodología, es sintetitzaren pèptids antimicrobians contenint 5-arilhistidines actius contra bacteris gram-negatius responsables d'importants malalties en plantes com el foc bacterià.

Micoses sistémicas

Este trabalho teve como objetivo a análise das micoses sistémicas, no que respeita à sua identificação, morfologia dos agentes patogénicos que lhes dão origem, onde são endémicas, os sintomas que apresentam, os métodos de diagnóstico e as terapêuticas disponíveis para cada patologia. As micoses sistémicas são infeções causadas por fungos patogénicos primários que têm o trato respiratório como porta de entrada, e a partir daí podem disseminar-se por todo o organismo. Os agentes antifúngicos são usados no tratamento destas infeções, em que, no caso das infeções sistémicas, predominam o uso de cetoconazol (polieno), fluconazol e itraconazol (azóis). Existem ainda estudos que demonstram que as vacinas atenuadas podem ser usadas na profilaxia destas infeções. Com este trabalho conclui-se que as infeções fúngicas estão longe de ser extintas, uma vez que se verifica cada vez mais a existência de resistências por parte dos fungos aos fármacos, sendo o diagnóstico e a terapêutica usada dois parâmetros fundamentais para um tratamento eficaz.

Involvement of phenazine-1-carboxylic acid, siderophores and hydrogen cyanide in suppression of Rhizoetonia solani and Pythium spp. damping-off by Pseudomonas oryzihabitans and Xenorhabdus nematophila

Entomopathogenic bacterial strains Pseudomonas (Flavimonas) oryzihabitans and Xenorhabdus nematophilus, both bacterial symbionts of the entomopathogenic nematodes Steinernema abbasi and S. carpocapsae have been recently used for suppression of soil-borne pathogens. Bacterial biocontrol agents (P. oryzihabitans and X nematophila) have been tested for production of secondary metabolites in vitro and their fungistatic effect,on mycelium and spore development of soil-borne pathogens. Isolates of Pythium spp. and Rhizoctonia solani, the causal agent of cotton damping-off, varied in sensitivity in vitro to the antibiotics phenazine-I-carboxylic acid (PCA), cyanide (HCN) and siderophores produced by bacterial strains shown previously to have potential for biological control of those pathogens. These findings affirm the role of the antibiotics PCA, HCN and siderophores in the biocontrol activity of these entomopathogenic strains and support earlier evidence that mechanisms of secondary metabolites are responsible for suppression of damping-off diseases. In the present studies colonies of R oryzihabitans showed production of PCA with presence of crystalline deposits after six days development and positive production where found as well in the siderophore's assay when X nematophila strain indicated HCN production in the in vitro assays. In vitro antifungal activity showed that bacteria densities of 101 to 10(6)cells/ml have antifungal activity in different media cultures. The results show further that isolates of Pythium spp. and R. solani insensitive to PCA, HCN and siderophores are present in the pathogen population and provide additional justification for the use of mixtures of entomopathogenic strains that employ different mechanisms of pathogen suppression to manage damping-off.

Human microbiota in health and disease

Each human body plays host to a microbial population which is both numerically vast (at around 1014 microbial cells) and phenomenally diverse (over 1,000 species). The majority of the microbial species in the gut have not been cultured but the application of culture-independent approaches for high throughput diversity and functionality analysis has allowed characterisation of the diverse microbial phylotypes present in health and disease. Studies in monozygotic twins, showing that these retain highly similar microbiota decades after birth and initial colonisation, are strongly indicative that diversity of the microbiome is host-specific and affected by the genotype. Microbial diversity in the human body is reflected in both richness and evenness. Diversity increases steeply from birth reaching its highest point in early adulthood, before declining in older age. However, in healthy subjects there appears to be a core of microbial phylotypes which remains relatively stable over time. Studies of individuals from diverse geopraphies suggest that clusters of intestinal bacterial groups tend to occur together, constituting ‘enterotypes’. So variation in intestinal microbiota is stratified rather than continuous and there may be a limited number of host/microbial states which respond differently to environmental influences. Exploration of enterotypes and functional groups may provide biomarkers for disease and insights into the potential for new treatments based on manipulation of the microbiome. In health, the microbiota interact with host defences and exist in harmonious homeostasis which can then be disturbed by invading organisms or when ‘carpet bombing’ by antibiotics occurs. In a portion of individuals with infections, the disease will resolve itself without the need for antibiotics and microbial homeostasis with the host’s defences is restored. The administration of probiotics (live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host) represents an artificial way to enhance or stimulate these natural processes. The study of innate mechanisms of antimicrobial defence on the skin, including the production of numerous antimicrobial peptides (AMPs), has shown an important role for skin commensal organisms. These organisms may produce AMPs, and also amplify the innate immune responses to pathogens by activating signalling pathways and processing host produced AMPs. Research continues into how to enhance and manipulate the role of commensal organisms on the skin. The challenges of skin infection (including diseases caused by multiply resistant organisms) and infestations remain considerable. The potential to re-colonise the skin to replace or reduce pathogens, and exploring the relationship between microbiota elsewhere and skin diseases are among a growing list of research targets. Lactobacillus species are among the best known ‘beneficial’ bacterial members of the human microbiota. Of the approximately 120 species known, about 15 are known to occur in the human vagina. These organisms have multiple properties, including the production of lactic acid, hydrogen peroxide and bacteriocins, which render the vagina inhospitable to potential pathogens. Depletion of the of the normal Lactobacillus population and overgrowth of vaginal anaerobes, accompanied by the loss of normal vaginal acidity can lead to bacterial vaginosis – the commonest cause of abnormal vaginal discharge in women. Some vaginal anaerobes are associated with the formation of vaginal biofilms which serve to act as a reservoir of organisms which persists after standard antibiotic therapy of bacterial vaginosis and may help to account for the characteristically high relapse rate in the condition. Administration of Lactobacillus species both vaginally and orally have shown beneficial effects in the treatment of bacterial vaginosis and such treatments have an excellent overall safety record. Candida albicans is a frequent coloniser of human skin and mucosal membranes, and is a normal part of the microbiota in the mouth, gut and vagina. Nevertheless Candida albicans is the most common fungal pathogen worldwide and is a leading cause of serious and often fatal nosocomial infections. What turns this organism from a commensal to a pathogen is a combination of increasing virulence in the organism and predisposing host factors that compromise immunity. There has been considerable research into the use of probiotic Lactobacillus spp. in vaginal candidiasis. Studies in reconstituted human epithelium and monolayer cell cultures have shown that L. rhamnosus GG can protect mucosa from damage caused by Candida albicans, and enhance the immune responses of mucosal surfaces. Such findings offer the promise that the use of such probiotic bacteria could provide new options for antifungal therapy. Studies of changes of the human intestinal microbiota in health and disease are complicated by its size and diversity. The Alimentary Pharmabiotic Centre in Cork (Republic of Ireland) has the mission to ‘mine microbes for mankind’ and its work illustrates the potential benefits of understanding the gut microbiota. Work undertaken at the centre includes: mapping changes in the microbiota with age; studies of the interaction between the microbiota and the gut; potential interactions between the gut microbiota and the central nervous system; the potential for probiotics to act as anti-infectives including through the production of bacteriocins; and the characterisation of interactions between gut microbiota and bile acids which have important roles as signalling molecules and in immunity. The important disease entity where the role of the gut microbiota appears to be central is the Irritable Bowel Syndrome (IBS). IBS patients show evidence of immune activation, impaired gut barrier function and abnormal gut microbiota. Studies with probiotics have shown that these organisms can exert anti-inflammatory effects in inflammatory bowel disease and may strengthen the gut barrier in IBS of the diarrhoea-predominant type. Formal randomised trials of probiotics in IBS show mixed results with limited benefit for some but not all. Studies confirm that administered probiotics can survive and temporarily colonise the gut. They can also stimulate the numbers of other lactic acid bacilli in the gut, and reduce the numbers of pathogens. However consuming live organisms is not the only way to influence gut microbiota. Dietary prebiotics are selectively fermented ingredients that can change the composition and/or activity of the gastrointestinal microbiota in beneficial ways. Dietary components that reach the colon, and are available to influence the microbiota include poorly digestible carbohydrates, such as non-starch polysaccharides, resistant starch, non-digestible oligosaccharides (NDOs) and polyphenols. Mixtures of probiotic and prebiotic ingredients that can selectively stimulate growth or activity of health promoting bacteria have been termed ‘synbiotics’. All of these approaches can influence gut microbial ecology, mainly to increase bifidobacteria and lactobacilli, but metagenomic approaches may reveal wider effects. Characterising how these changes produce physiological benefits may enable broader use of these tactics in health and disease in the future. The current status of probiotic products commercially available worldwide is less than ideal. Prevalent problems include misidentification of ingredient organisms and poor viability of probiotic microorganisms leading to inadequate shelf life. On occasions these problems mean that some commercially available products cannot be considered to meet the definition of a probiotic product. Given the potential benefits of manipulating the human microbiota for beneficial effects, there is a clear need for improved regulation of probiotics. The potential importance of the human microbiota cannot be overstated. ‘We feed our microbes, they talk to us and we benefit. We just have to understand and then exploit this.’ (Willem de Vos).

Lipopeptides: from self-assembly to bioactivity

This Feature Article discusses several classes of lipopeptide with important biomedical applications as antimicrobial and antifungal agents, in immune therapies and in personal care applications among others. Two main classes of lipopeptide are considered: (i) bacterially-expressed lipopeptides with a cyclic peptide headgroup and (ii) linear lipopeptides (with one or more lipid chains) based on bio-derived and bio-inspired amino acid sequences with current clinical applications. The applications are briefly summarized, and the biophysical characterization of the molecules is reviewed, with a particular focus on self-assembly. For several of these types of biomolecule, the formation of micelles above a critical micelle concentration has been observed while others form bilayer structures, depending on conditions of pH and temperature. As yet, there are few studies on the possible relationship between self-assembly into structures such as micelles and bioactivity of this class of molecule although this is likely to attract further attention.