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http://hdl.handle.net/1843/81311
Type: | Dissertação |
Title: | Avaliação do exopolissacarídeo kefiran: ensaio in vitro da atividade antimicrobiana em cepas de Candida albicans e modelagem molecular das interações com nutrientes e receptor TLR-4 |
Authors: | Laudelina Ferreira de Andrade |
First Advisor: | Ivan Pires de Oliveira |
First Co-advisor: | Igor Viana Brandi |
metadata.dc.contributor.advisor-co2: | Caroline Honaiser Lescano |
First Referee: | Charles Martins Aguilar |
Second Referee: | Francine Souza Alves da Fonseca |
Abstract: | O kefiran, um exopolissacarídeo produzido por microrganismos presentes nos grãos de kefir, tem despertado crescente interesse devido às suas propriedades bioativas e potencial aplicação biotecnológica. Este estudo teve como objetivo principal obter e caracterizar o kefiran, avaliando sua atividade antimicrobiana contra dois isolados de Candida albicans: uma linhagem clínica da Coleção de Culturas da Micoteca do Departamento de Micologia da UFPE (URM 4986) e uma cepa de referência da American Type Culture Collection (ATCC 60193). Além disso, buscou-se investigar suas interações moleculares com nutrientes e o sistema imunológico, por meio do complexo TLR4-MD2. A extração do kefiran foi realizada conforme o protocolo adaptado de Martins et al. (2022). Grãos de kefir foram suspensos em água destilada e aquecidos a 90ºC por 1 hora, sob agitação contínua, seguido de centrifugação e precipitação em etanol. O processo de extração e purificação foi realizado ao longo de cinco dias, visando a obtenção do exopolissacarídeo em condições ideais para as análises subsequentes. A atividade antifúngica foi avaliada por meio de ensaios in vitro, incluindo o teste de disco-difusão e a determinação da Concentração Inibitória Mínima (CIM) pelo método de microdiluição em placas. Além dos ensaios biológicos, foram realizadas análises computacionais utilizando simulações de dinâmica molecular e docagem molecular, para investigar as interações do kefiran com compostos nutricionais como vitaminas, aminoácidos, sacarídeos, triacilglicerol e o receptor TLR-4. A escolha do complexo formado pelo receptor Toll-like 4 (TLR-4) e o fator de diferenciação mielóide 2 (MD-2), baseou-se no seu papel central no sistema imunológico. Os TLRs, componentes chave da imunidade inata, são responsáveis por reconhecer padrões moleculares associados a patógenos e por modular a resposta imunológica. A configuração inicial das caixas de simulação foi gerada no software Packmol. Os sistemas foram minimizados energeticamente e submetidos a 60 ns de simulações no ensemble NPT (298,15 K e 1 atm), utilizando o campo de força CHARMM e o software NAMD. A ancoragem molecular foi utilizada para avaliar a afinidade do kefiran com o complexo TLR4-MD2, explorando seu potencial imunomodulador. Os resultados confirmaram a eficiência da extração e purificação do kefiran. A baixa presença de proteínas residuais na amostra evidenciou a eficácia do processo. As análises in vitro demonstraram que o kefiran apresentou efeito fungistático contra a cepa de Candida albicans ATCC 60193, inibindo seu crescimento, mas sem ação fungicida, sugerindo que seu efeito antimicrobiano pode estar relacionado a mecanismos indiretos, como a modulação do sistema imunológico e da microbiota. Os resultados da modelagem molecular indicaram que o kefiran interagiu com nutrientes hidrofóbicos, como triacilglicerol (trivalerato), vitamina D (colecalciferol) e isoleucina, além de demonstrar afinidade pelo lipopolissacarídeo (LPS) no sistema TLR4-MD2. Essas interações sugerem que o kefiran pode modular a resposta imunológica, contribuindo para seus efeitos bioativos. Dessa forma, este estudo reforça o potencial do kefiran como um composto bioativo promissor, com possíveis aplicações terapêuticas e biotecnológicas. A integração entre ensaios microbiológicos e abordagens computacionais permitiu uma compreensão mais abrangente de suas propriedades, fornecendo bases para investigações futuras sobre suas aplicações em sistemas biológicos e na indústria farmacêutica. |
Abstract: | Kefiran, an exopolysaccharide produced by microorganisms present in kefir grains, has garnered increasing interest due to its bioactive properties and potential biotechnological applications. This study aimed to obtain and characterize kefiran, evaluating its antimicrobial activity against two isolates of Candida albicans: a clinical strain from the Culture Collection of the Mycotheca of the Department of Mycology at UFPE (URM 4986) and a reference strain from the American Type Culture Collection (ATCC 60193). Additionally, the study sought to investigate its molecular interactions with nutrients and the immune system through the TLR4-MD2 complex. Kefiran extraction was performed according to the adapted protocol of Martins et al. (2022). Kefir grains were suspended in distilled water and heated at 90°C for 1 hour under continuous agitation, followed by centrifugation and precipitation in ethanol. The extraction and purification process was carried out over five days to obtain the exopolysaccharide under optimal conditions for subsequent analyses. Antifungal activity was assessed through in vitro assays, including the disk diffusion test and determination of the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) using the microdilution method in plates. In addition to biological assays, computational analyses were performed using molecular dynamics simulations and molecular docking to investigate kefiran's interactions with nutritional compounds such as vitamins, amino acids, saccharides, triacylglycerol, and the TLR-4 receptor. The choice of the Toll-like receptor 4 (TLR-4) and myeloid differentiation factor 2 (MD-2) complex was based on its central role in the immune system. TLRs, key components of innate immunity, are responsible for recognizing pathogen-associated molecular patterns and modulating the immune response. The initial configuration of the simulation boxes was generated using the Packmol software. The systems were energy-minimized and subjected to 60 ns of simulations in the NPT ensemble (298.15 K and 1 atm) using the CHARMM force field and the NAMD software. Molecular docking was employed to evaluate kefiran's affinity for the TLR4-MD2 complex, exploring its immunomodulatory potential. The results confirmed the efficiency of kefiran extraction and purification. The minimal presence of residual proteins in the sample demonstrated the effectiveness of the process. In vitro analyses revealed that kefiran exhibited a fungistatic effect against the Candida albicans ATCC 60193 strain, inhibiting its growth but without fungicidal action. This suggests that its antimicrobial effect may be related to indirect mechanisms, such as modulation of the immune system and microbiota. Molecular modeling results indicated that kefiran interacted with hydrophobic nutrients, such as triacylglycerol (trivalerate), vitamin D (cholecalciferol), and isoleucine, in addition to showing affinity for lipopolysaccharide (LPS) in the TLR4-MD2 system. These interactions suggest that kefiran may modulate immune responses, contributing to its bioactive effects. Thus, this study reinforces the potential of kefiran as a promising bioactive compound with possible therapeutic and biotechnological applications. The integration of microbiological assays with computational approaches provided a more comprehensive understanding of its properties, laying the groundwork for future investigations into its applications in biological systems and the pharmaceutical industry. |
Subject: | Candida albican Biotecnologia microbian Imunologia molecula |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ICA - INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Alimentos e Saúde |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/81311 |
Issue Date: | 5-Feb-2025 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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