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Type: Dissertação
Title: Atividade antimicrobiana e efeito sinérgico de complexos de rutênio fotoirradiados contra células planctônicas e biofilmes de Staphylococcus spp
Title in English: Antimicrobial activity and synergic effect of photoirradiated ruthenium complexes Against planktonic cells and biofilms of staphylococcus ssp
Authors: Lopes, Jessica Barros Arrais Cruz
Advisor: Teixeira, Edson Holanda
Co-advisor: Vasconcelos, Mayron Alves de
Keywords in Brazilian Portuguese : Rutênio;Fotoquimioterapia;Biofilmes
Keywords in English : Ruthenium;Photochemotherapy;Biofilms
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA::MICROBIOLOGIA MEDICA
Issue Date: 2022
Citation: LOPES, Jessica Barros Arrais Cruz. Atividade antimicrobiana e efeito sinérgico de complexos de rutênio fotoirradiados contra células planctônicas e biofilmes de Staphylococcus spp. 2022. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Médica) – Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022. Disponível em: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/75973. Acesso em: 25 jan. 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: A resistência antimicrobiana é um problema crítico de saúde pública global. Muitas infecções bacterianas estão associadas a capacidade que os microrganismos tem de formarem biofilmes, o que é essencial para colonização dos mais diversos ambientes, além de conferirem altos níveis de resistência. Frente a este problema, a descoberta de novas classes de moléculas que apresentem efeito antimicrobiano, constitui-se como um alvo a ser atingido. O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antibacteriana, antibiofilme e efeito sinérgico de complexos de rutênio [Ru(phen)2(bpy-ant)]2 + e [Ru(bpy)2(bpy-ant)]2+, denominados de Ru-P e Ru-B, e seus efeitos combinados com antibióticos contra as cepas Staphylococcus aureus ATCC 25923, Staphylococcus aureus ATCC 700698, Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 e Staphylococcus epidermidis ATCC 35984. Para determinar a atividade antibacteriana, 100 μL de complexo de rutênio em diferentes concentrações (250- 1,9μg/mL) para Concentração Inibitória Mínima e Concentração Bactericída Mínima, e (125- 1,9 μg/mL), para os demais ensaios de quantificação de biomassa (CV) e contagem de Unidades Formadoras de Colônia (UFC), foram distribuídos em placas de 96 poços de fundo plano não irradiado, para ensaios de CIM,e irradiado com LED azul por 60 minutos. Para testar a citotoxicidade dos complexos, foram utilizadas linhagens de fibroblastos murinos, L929, juntamente com diferentes concentrações dos complexos (125- 1,9 μg/mL) e avaliados por 24, 48 e 72 horas. O efeito antimicrobiano dos complexos de rutênio foi avaliado pela CIM e pela CBM. Para realização do efeito da combinação entre complexos e antibióticos, os valores da CIM foram combinados com os antibióticos ampicilina e tetraciclina e seus efeitos foram avaliados utilizando a técnica checkboard. A atividade antibiofilme dos complexos Ru-P e de Ru-B foi verificada sobre a formação de biofilme e biofilmes pré-formados através da quantificação da biomassa pelo método de coloração com cristal violeta (CV) e pelo número de células viáveis dos biofilmes por meio da contagem de unidades formadoras de colônias (UFC). Os complexos Ru-P e Ru- B exibiram diferenças na atividade antimicrobiana entre irradiados com LED azul, com valores de CIM e CBM variando entre 1,9 e 3,9 μg/mL, e não irradiados com valores de CIM variando entre 15,6 e 250 μg/mL. O efeito sinérgico contra Staphylococcus spp. foi observado quando estes complexos foram combinados com a ampicilina e tetraciclina, exibindo valores de Índice de Concentração Inibitória Fracionada (ICIF) que variam de 0,125 a 1,0. Em relação a atividade sobre formação de biofilmes, os complexos foram capazes de reduzir a biomassa em mais de 30% na concentração de 1,9 μg/mL e 100% na concentração de 125 μg/mL. O número de células viáveis dos biofilmes foi reduzido entre 1,5 a 8 logs. Em relação a atividade sobre biofilmes pré formados, os complexos foram capazes de reduzir a biomassa de 12 a 41 % na maior concentração testada. O número de células viáveis dos biofilmes teve redução menor que 1 log. O complexo Ru-P apresentou citotoxicidade maior que 50%, nas concentrações acima de 31,2 μg/mL, e acima de 30%, nas concentrações de 125 a 62,6μg/mL, nos tempos de exposição testados, 24, 48 e 72 horas. O complexo Ru-B apresentou citotoxicidade abaixo de 50% em todas as concentrações testadas e em todos os tempos de exposição testados. Os complexos de rutênio mostraram atividade antimirobiana e antibiofilme contra Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis, e apresentaram efeito sinérgico quando combinados com antibióticos ampicilina e tetraciclina. Esses resultados demonstram que os complexos de rutênio testados neste estudo, possuem potencial que poderá auxiliar terapias destinadas ao tratamento de infecções bacterianas causadas por Staphylococcus spp.
Abstract: Antimicrobial resistance is a critical global public health problem. Many bacterial infections are associated with the ability of microorganisms to form biofilms, which is essential for colonization of the most diverse environments, in addition to conferring high levels of resistance. Faced with this problem, the discovery of new classes of molecules that have an antimicrobial effect constitutes a target to be achieved. The aim of this study was to evaluate the antibacterial, antibiofilm and synergistic effect of ruthenium complexes [Ru(phen)2(bpy- ant)]2 + and [Ru(bpy)2(bpy-ant)]2+, called Ru-P and Ru-B, and their combined effects with antibiotics against Staphylococcus aureus ATCC 25923, Staphylococcus aureus ATCC 700698, Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 and Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 strains. To determine antibacterial activity, 100 μL of ruthenium complex in different concentrations (250-1.9μg/mL) for Minimum Inhibitory Concentration and Minimum Bactericidal Concentration, and (125-1.9 μg/mL), for the other biomass quantification (CV) and Colony Forming Units counts (UFC), were distributed in non-irradiated flat-bottomed 96- well plates for MIC assays, and irradiated with blue LED for 60 minutes. To test the cytotoxicity of the complexes, strains of murine fibroblasts, L929, were used together with different concentrations of the complexes (125-1.9 μg/mL) and evaluated for 24, 48 and 72 hours. The antimicrobial effect of ruthenium complexes was evaluated by CIM and CBM. To realize the effect of the combination between complexes and antibiotics, the MIC values were combined with the antibiotics ampicillin and tetracycline and their effects were evaluated using the checkboard technique. The antibiofilm activity of the Ru-P and Ru-B complexes was verified on the formation of biofilms and preformed biofilms by quantifying the biomass by the crystal violet (CV) staining method and by the number of viable cells of the biofilms by means of of colony forming units (CFU) counts. The Ru-P and Ru-B complexes exhibited differences in antimicrobial activity between irradiated with blue LED, with MIC and CBM values ranging between 1.9 and 3.9 μg/mL, and non-irradiated with MIC values ranging between 15, 6 and 250 μg/ml. The synergistic effect against Staphylococcus spp. was observed when these complexes were combined with ampicillin and tetracycline, exhibiting Fractional Inhibitory Concentration Index (FICI) values ranging from 0.125 to 1.0. Regarding the activity on biofilm formation, the complexes were able to reduce biomass by more than 30% at a concentration of 1.9 μg/mL and 100% at a concentration of 125 μg/mL. The number of viable cells of biofilms was reduced between 1.5 and 8 logs. Regarding the activity on pre-formed biofilms, the complexes were able to reduce the biomass from 12 to 41% at the highest concentration tested. The number of viable cells in the biofilms was reduced by less than 1 log. The Ru-P complex presented cytotoxicity greater than 50%, at concentrations above 31.2 μg/mL, and above 30%, at concentrations from 125 to 62.6 μg/mL, at the tested exposure times, 24, 48 and 72 hours. The Ru-B complex showed cytotoxicity below 50% at all tested concentrations and at all tested exposure times. The ruthenium complexes showed antimicrobial and antibiofilm activity against Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, and showed a synergistic effect when combined with ampicillin and tetracycline antibiotics. These results demonstrate that the ruthenium complexes tested in this study have the potential to help therapies for the treatment of bacterial infections caused by Staphylococcus spp.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75973
Author's ORCID: http://lattes.cnpq.br/5917744331090717
Author's Lattes: lattes.cnpq.br/5917744331090717
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9564-3276
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8800103074322967
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8538-5015
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0550560815492686
Access Rights: Acesso Aberto
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