Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/46403
Type: Tese
Title: Peptídeos antimicrobianos derivados da toxina de artrópodes como potenciais fármacos contra bactérias multirresistentes: eficácia in vitro e in vivo, toxicidade e formulação farmacêutica.
Authors: William Gustavo de Lima
First Advisor: Simone Odília Antunes Fernandes
First Co-advisor: Valbert Nascimento Cardoso
First Referee: Magna Cristina Paiva
Second Referee: Ricardo José Alves
Third Referee: Jaqueline Maria Siqueira Ferreira
metadata.dc.contributor.referee4: Felipe Rocha dos Santos
Abstract: O surgimento de bactérias resistentes a antibióticos juntamente com a relativa estagnação no desenvolvimento de antibióticos eficientes, levou a enormes problemas econômicos e de saúde pública, exigindo a necessidade de desenvolver novos agentes antimicrobianos. Nessa direção, o veneno de artrópodes representa um rico repertório de componentes farmacologicamente ativos que podem ser explorados no desenvolvimento de novos antibióticos. Como um componente majoritário no veneno da abelha melífera (Apis mellifera), a melitina tem um grande potencial em aplicações médicas, sobretudo como agente antibacteriano. Além disso, derivados da toxina da aranha-de-jardim (Lycosa erythrognatha), como o peptídeo LyeTx I mnΔK, tem se revelado altamente ativo contra diversas bactérias. Nesse estudo, nós objetivamos realizar uma caracterização profunda do efeito anti-estafilocóccico e anti-Escherichia coli da melitina usando isolados clínicos multirresistentes desses patógenos. Em adição, nós objetivamos também descrever o perfil antibacteriano do peptídeo LyeTx I mnΔK contra Acinetobacter baumannii resistente aos carbapenêmicos (CRAB). A melitina revelou um potente efeito antibacteriano contra Staphylococcus spp. (CIM 0.12-4 µM) e Escherichia coli uropatogênica (UPEC) (CIM 0,5-8 µM). O efeito contra S. aureus foi bactericida (CBM 0,12-16 µM) e rápido (0,5 h), sendo que a melitina foi hábil em atuar contra células plactônicas, estacionárias e persistentes desse patógeno. Similarmente, a melitina exibiu a capacidade de eliminar células de UPEC resistentes as quinolonas e produtoras de beta-lactamase de espectro ampliado (ESBL) in vitro (CBM 1-32 µM). Na faixa de concentração testada (8-32 µM) a melitina reduz significativamente o biofilme maduro de S. aureus resistente a meticilina (MRSA), e ela foi hábil em lisar as células desse patógeno. A combinação da melitina com antibióticos convencionais resultou em efeito sinérgico, e esse peptídeo re-sensibilizou o MRSA para ação da amoxicilina, ceftzoxima e vancomicina. Para UPECs resistentes as quinolonas e produtoras de ESBL os resultados foram similares, com a melitina inibindo a formação de biofilmes em sondas uretrais e re-sensibilizando a ação de beta-lactâmicos contra essa bactéria. O tratamento de feridas induzidas por MRSA com uma pomada contendo melitina resultou em uma expressiva redução da carga bacteriana na ferida e redução significativa de citocinas pró-inflamatórias (TNF-α, IL-6, IL-1β). Por sua vez, o peptídeo LyeTx I mnΔK apresentou uma considerável atividade antibacteriana contra isolados clínicos extensivamente resistentes de A. baumannii, apresentando CIM e CBM nas faixas de 1-16 µM e 2-32 µM, respectivamente. De maneira similar a melitina, o LyeTx I mnΔK interage sinergicamente e re-sensibiliza células de CRAB aos efeitos de antibióticos comerciais, além de romper biofilmes maduros formados por essa bactéria gram-negativa. A concentração citotóxica do LyeTx I mnΔK (CC50 = 9.40±2.84 µM) contra células Vero foi similar ao da colistina (CC50=15.42±2.73 µM), e sua atividade hemolítica foi consideravelmente baixa (HC50=77.07±4.00 µM). Estudos in vitro deram conta que sua estabilidade plasmática e oral é muito baixa. Entretanto, o uso desse peptídeo por via inalatória mostrou-se efetivo para reduzir significativamente a carga bacteriana pulmonar em um modelo de infecção por CRAB. Feito juntos, os resultados desse estudo destacam para a melitina e o peptídeo LyeTx I mnΔK como potenciais protótipos no desenvolvimento de novos agentes antibacterianos contra os patógenos multirresistentes de relevância clínica.
Abstract: The emergence of antibiotic-resistant bacteria, dubbed superbugs, together with relative stagnation in developing efficient antibiotics has led to enormous health and economic problems, necessitating the need for discovering and developing novel antimicrobial agents. In this respect, animal venoms represent a rich repertoire of pharmacologically active components that can be exploited in the development of new antibiotics. Melittin is the major component in bee venom (Apis mellifera) and has great potential in medical applications, especially as an antibacterial agent. In addition, derivatives of the toxin of the Aranha-de-Jardim (Lycosa erythrognatha), such as the peptide LyeTx mnΔK, are highly active against multidrug-resistant Gram-negative bacteria. In this study, we aimed to carry out an in-depth characterization of the anti staphylococcal and anti-Escherichia coli effect of melittin using multidrug-resistant clinical isolates of these pathogens. We also aim to describe the antibacterial spectrum of LyeTx I mnΔK against carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CRAB) and to prospect the use of this compound in pneumonia caused by this pathogen. Melittin revealed a potent antibacterial effect against Staphylococcus spp. (MIC 0.12-4 µM) and uropathogenic Escherichia coli (UPEC) (MIC 0.5-8 µM). Furthemore, it showed a fast (0.5h) bactericidal activity, being active against planktonic, stationary, and persistent cells. Similarly, melittin exhibited the ability to kill quinolone-resistant and extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) producing UPEC cells in vitro (CBM 1-32 µM). In the tested concentration range (8-32 µM), melittin significantly reduces the mature MRSA biofilm, and it was able to lyse the cells of this pathogen. The combination of melittin with conventional antibiotics produced a synergistic effect, and this peptide re-sensitize MRSA to the action of amoxicillin, ceftizoxime, and vancomycin. For quinolone-resistant and ESBL-producing UPECs, the results were similar, with melittin inhibiting the formation of biofilms in urethral catheter and re sensitizing the action of beta-lactams against this bacterium. The treatment of MRSA-induced wounds with an ointment containing melittin resulted in a significant reduction in the bacterial load and a considerable reduction of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, IL-1β). LyeTx I mnΔK also showed considerable antibacterial activity against extensively resistant A. baumannii, with MIC and MBC ranging from 1 to 16 µM and 2 to 32 µM, respectively. Similar to melittin, LyeTx I mnΔK interacts synergistically and re-sensitize CRAB cells to the effects of commercial antibiotics, in addition to disrupting mature biofilms formed by this Gram-negative pathogen. The cytotoxic concentration of LyeTx I mnΔK (CC50 = 9.40±2.84 µM) against Vero cells was similar to that of colistin (CC50 = 15.42±2.73 µM), and its hemolytic activity was considerably low (HC50 = 77.07±4.00 µM). The oral and plasmatic stability of LyeTx I mnΔK is very low. Nevertheless, the inhalation of this peptide proved to be effective in the reduction of pulmonary bacterial load in a mouse model of CRAB infection. Together, the results of this study highlight that the melittin and the peptide LyeTx I mnΔK are potential prototypes in the development of new antibacterial agents against multidrug-resistant pathogens of clinical relevance.
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: FARMACIA - FACULDADE DE FARMACIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/46403
Issue Date: 4-Aug-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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