The growing bacterial resistance against antibiotics creates a limitation for using traditional antibiotics and requests development of new approaches for treatment of bacterial infections. Among the bacterial infections that are most difficult to treat, biofilm-associated infections are one of the most hazardous. Consequently, the prevention of biofilm formation is a very important issue. One of the techniques that are widely investigated nowadays for this purpose is surface modification by polymer brushes that allows generating antifouling antibacterial surfaces. Previously, it was reported that salicylidene acylhydrazides (hydrazones) are good candidates as antivirulence drugs targeting the type three secretion system (T3SS). This secretion system is used by several Gramnegative pathogens, including Pseudomonas aeruginosa, to deliver toxins into a host cell. Furthermore, the chemical structure of these substances allows formation of complexes with metal ions, such as Fe3+ and Ga3+. The antibacterial activity of Ga3+ is well known and attributed to its similarity to the Fe3+ ion. It has also been shown that Ga3+ ions are able to suppress biofilm formation and growth in bacteria. In this thesis the chemistry of antibacterial and antivirulence Ga3+-Hydrazone complexes in solution was studied. First, to get insights in the solution chemistry, the protonation and the stability constants as well as the speciation of the Ga3+-Hydrazone complexes were determined. Additionally, a procedure for anchoring one of the hydrazone substances to antifouling polymer brushes was optimized, and the resulting surfaces were characterized. Results showed that the complexation with Ga3+ ions stabilizes the ligand and increases its solubility. Ga3+ ion binds to the hydrazone molecule forming a strong chelate that should be stable at physiological conditions. The different biological assays, such as Ga3+ uptake, antivirulence and antibiofilm effects, indicated very complex interaction of these complexes with the bacterial cell. Negatively charged and zwitterionic surfaces strongly reduced protein adsorption as well as biofilm formation. Therefore, the antifouling zwitterionic poly-[2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-3- sulfopropyl)-ammonium hydroxide (pMEDSAH) brushes were post-modified and successfully functionalized with bioactive substances via a block-copolymerization strategy. However, in order to maintain the availability of the bioactive substance after functionalization, the hydrophobic polyglycidylmethacrylate (pGMA) top block is probably better to functionalize with a lipophilic molecules to reduce diblock copolymer brush rearrangement.

La saprolégniose est une maladie fongique causée par le champignon aquatique Saprolegnia sp. qui affecte les poissons sauvages et ceux provenant des piscicultures. L’apparition de touffes cotonneuses semblables à de la ouate de couleur blanche à grise est souvent la première indication de l’infection. Ce saprophyte ubiquitaire se nourrit habituellement des œufs de poissons morts, mais peut se propager rapidement aux œufs sains causant la mort de ces derniers. La saprolégniose est souvent une infection secondaire, mais des souches virulentes peuvent facilement se développer sur les salmonidés ayant subi un stress ou une mauvaise manipulation. De grandes pertes économiques associées à la saprolégniose sont rapportées chaque année à travers le monde surtout dans l’industrie de la pisciculture. Jusqu’en 2002, le contrôle de la saprolégniose pouvait se faire par l’utilisation du vert de malachite, un colorant organique ayant une grande activité antifongique. Malheureusement, cette molécule a été bannie à cause de ses propriétés cancérigènes. Aucun composé aussi efficace n’est actuellement disponible pour traiter les infections de la saprolégniose. Des molécules ou extraits naturels ayant un potentiel antifongique ont donc été testés à l’aide de deux techniques (par graines de chanvre et par cylindre d’agar). Les molécules d’un extrait de propolis (cire de ruches d’abeilles) démontrant de l’activité anti-Saprolegnia ont été identifiées. De plus, une bactérie, Pseudomonas aeruginosa, pouvant être retrouvée dans le même environnement que Saprolegnia sp. a démontré un effet antagoniste au champignon. Une molécule de signalisation intercellulaire produite par P. aeruginosa, 4-hydroxy-2-heptylquinoline (HHQ), a été identifiée comme responsable de l’effet antagoniste contre Saprolegnia sp. / Saprolegniosis, a fungal disease which affects wild and farm fish, is caused by the water mold Saprolegnia sp. Visible cotton-like white or grey patches on fish skin are often the first sign of infection. This ubiquitous saprophyte infects dead fish eggs and then spreads to healthy eggs resulting in major losses due to mortalities. Saprolegniosis is often a secondary infection; however some virulent strains are known to cause primary infection on injured or stressed salmonids. Important economic losses in aquaculture are reported every year worldwide due to saprolegniosis. Infection by Saprolegnia sp. was well controlled with the use of an organic dye with great antifungal efficacy; malachite green. Unfortunately, the use of malachite green was banned in 2002 worldwide due to its carcinogenic and toxicological effects. Up until now, no new treatment as effective as malachite green has been discovered. Natural extracts or molecules with potential antifungal properties have also been tested using two techniques (with hemp seeds and with agar cylinders). Molecules from propolis extracts (beeswax), active against Saprolegnia sp. have been identified. Furthermore, culture supernatant of the bacteria Pseudomonas aeruginosa was found to be able to inhibit the growth of Saprolegnia. The intercellular signal molecule produced by P. aeruginosa 4-hydroxy-2-heptylquinoline (HHQ) was identified as the active compound against Saprolegnia.

L'interaction non-covalente entre un ligand et un récepteur selon un modèle clé-serrure constitue une des bases essentielles de tout système biologique. La présence de multiples clés et serrures sur les biomolécules conduit à des interactions multivalentes. Les lectines sont très fréquemment structurées en homo-multimères et sont donc des cibles de choix pour l'étude des interactions avec des structures multivalentes glycosylées. Ligands et récepteurs multivalents peuvent obéir à plusieurs mécanismes d'association conduisant à des profils thermodynamiques et cinétiques permettant de rationnaliser les améliorations spectaculaires d'affinité souvent observées. L'utilisation de ligands de faible valence et de petite taille permet une présentation contrôlée des sucres au travers d'une structure unique bien définie. Ces glycoclusters sont des plateformes adaptées à l'étude de l'influence de la topologie de la présentation des sucres sur l'interaction. La synthèse de glycoclusters a été optimisée selon une voie convergente de glycosylation puis de couplage par CuAAC permettant la synthèse de structures multi-glycosylées telles que des calix[4]arènes de différentes conformations, des peptoïdes linéaires et cycliques ou encore des porphyrines. Ces ligands ont été évalués par quatre techniques d'analyse des interactions (HIA, ELLA, SPR, ITC) principalement en présence de la lectine PA-IL de Pseudomonas aeruginosa mais également avec la Galectine-1 humaine et la lectine d'Erythrina cristagalli (légumineuse). Des glycoclusters de seconde génération ont été ensuite été préparés avec l'objectif d'optimiser les composantes enthalpiques et entropiques de l'interaction. Les résultats indiquent que de légères modifications de la présentation des sucres peuvent induire des mécanismes d'association différents. La conception de structures rigidifiées a révélé des profils thermodynamiques contre-intuitifs qui ont pu être modélisés. Par cette étude, plusieurs ligands ont montré des affinités sans précédent pour la lectine PA-IL. Le meilleur ligand multivalent de première génération a confirmé un potentiel thérapeutique prometteur in vivo.

La pathogénicité de P. aeruginosa (P. a) repose sur de nombreux facteurs de virulence dont le système de sécrétion de type III (SST3). Ce complexe multiprotéique est constitué d'une aiguille se terminant par un translocon composé des protéines PopB et PopD. En s'insérant dans les membranes plasmiques, le translocon permet le passage des exotoxines dans le cytoplasme de la cellule cible. L'induction de la synthèse et de la sécrétion des exotoxines est dépendante d'un contact entre P. a et la cellule cible. Dans ce travail, nous avons examiné l'influence de facteurs cellulaires sur l'efficacité de translocation des toxines. L'utilisation d'un système rapporteur fluorescent CCF2/β-lactamase a permis de visualiser l'injection de toxine. En parallèle, l'association des protéines du translocon avec la membrane de la cellule hôte a été évaluée par immunodétection de PopB/D après fractionnement des membranes sur gradient de sucrose. Les cellules promyelocytaires HL-60 et promonocytaires U937 sont résistantes à l'injection de toxine, bien que PopB et PopD soient associées à la membrane. Après différenciation en neutrophiles, or monocytes/macrophages, ces cellules deviennent sensibles à l'injection sans que l'on détecte de variation notable de la quantité de protéines du translocon insérées dans la membrane. Le traitement des cellules HL-60 sensibles avec un agent déplétant le cholestérol, entraine une diminution de l'injection de toxine. De plus, la protéine PopB est retrouvée dans la fraction membranaire, obtenue par purification sur gradient de sucrose, contenant le marqueur des radeaux lipidiques flotilline. Par une approche pharmacologique, nous apportons la preuve que, en plus de la composition de la membrane, des voies de signalisation intracellulaires impliquées dans la polymérisation de l'actine sont essentielles pour la formation d'un pore fonctionnel.

P. aeruginosa est un pathogène opportuniste capable d'infecter un large spectre d'hôtes. Elle possède un vaste arsenal de facteurs de virulence. Le système de sécrétion de type III (SSTT) est un facteur de virulence majeur dont la régulation est complexe pour permettre une adaptation la plus précise possible de la bactérie au cours de l'infection. Nous nous sommes intéressés à déterminer le rôle potentiel de nouveaux acteurs de l'adaptation de P.aeruginosa au cours de l'infection. La porine OprF qui représente la protéine la plus abondante de la membrane externe de P. aeruginosa lui permettrait d'évaluer l'état d'activation du système immunitaire de son hôte afin d'adapter sa virulence. Chez P. aeruginosa, le tryptophane est le précurseur des kynurenines qui sont également produites par l'hôte à partir du tryptophane et qui, dans ce dernier contexte, sont des immunomodulateurs. Peu ou pas d'études ont été réalisées pour mettre en œuvre un éventuel rôle d'immunomodulation ou dans la virulence des kynurénines bactériennes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à un signal anciennement découvert au laboratoire et qui réprime l'expression du SSTT à haute densité bactérienne. Nous avons montré que ce signal exerce une régulation post-transcriptionnelle en plus d'une inhibition de la transcription des gènes du SSTT. Le métabolisme du tryptophane et de l'anthranilate semble être au cœur de ce processus de régulation. En inactivant des voies du catabolisme du tryptophane, nous avons montré que la production de ce signal dépend partiellement de la voie des kynurénines mais ne dépend pas ni des voies classiques du quorum sensing ni de l'opéron phnAB, impliqué dans la synthèse de l'anthranilate. Cependant, la voie des phénazines pourrait être impliquée dans la production de ce signal. Par CLHP couplée à la spectrométrie de masse, nous avons pu séparer des espèces moléculaires réprimant le SSTT et qui sont contenues dans ce signal, mais l'identification précise nécessite plus d'investigations. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux kynurénines produites par la bactérie. Nous avons confirmé que P. aeruginosa produit des kynurénines et le gène kynA est le gène clé de la voie de synthèse de ces métabolites. En utilisant des fusions transcriptionnnelles, nous avons montré que le tryptophane et la kynurénine régulent positivement la production des kynurénines en agissant sur l'expression des gènes clés. D'autres parts, nous avons remarqué que la bactérie module l'activité de la voie métabolique des kynurénines issue du tryptophane en fonction de son état de croissance. Nous avons montré qu'au cours du dialogue interrègne bactérie/hôte, la voie des kynurénines de P. aeruginosa est stimulée par certains composants du système immunitaire. Grâce à un modèle d'infection pulmonaire aiguë, nous avons prouvé que les kynurénines produites par la bactérie sont importantes pour sa virulence. Selon notre hypothèse les kynurénines pourraient avoir une action sur la réponse immune, mais cela reste à déterminer. Dans un troisième temps, nous nous somme focalisés sur la porine OprF. Nous avons montré que la mutation ∆oprF est à l'origine d'une altération de la production mais vraisemblablement pas de la sécrétion des exotoxines du SSTT. Un ligand connu d'OprF, l'interféron gamma, module la voie des kynurénines. OprF pourrait donc avoir un rôle central dans les différents aspects de la régulation de la virulence. Nous avons donc produit des anticorps monoclonaux anti-OprF. Ces derniers se sont révélés capables de reconnaître spécifiquement la protéine OprF. Afin de vérifier l'efficacité de ces anticorps, des expériences de neutralisation de la bactérie in vitro puis in vivo seront réalisées. Mots clés : Pseudomonas aeruginosa, Système de Sécrétion de Type III, régulation, catabolisme du tryptophane, kynurénines, OprF.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2008 / Hergestellt on demand

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [119]-139).

CAPES / As cianobactérias se proliferam rapidamente em ambientes eutrofizados e podem ser capazes de sintetizar toxinas que inviabilizam a utilização dos recursos hídricos. A espécie Microcystis aeruginosa apresenta ampla distribuição, além de ser potencial produtora de hepatotoxinas denominadas microcistinas. O risco à saúde humana destas substâncias faz com que os métodos para controle destes microrganismos na água adquiram fundamental importância. De forma a verificar possíveis efeitos inibitórios de compostos fitoquímicos produzidos por macrófitas aquáticas sobre o crescimento e a produção de microcistinas da cianobactéria Microcystis aeruginosa, o presente estudo utilizou extratos hidroalcoólicos de sete espécies de macrófitas aquáticas (Eichhornia azurea, Eleocharis cf. acutangula, Ludwigia cf. peruviana, Myriophyllum cf. aquaticum, Pontederia cordata, Sagittaria montevidensis e Typha domingensis). O meio de cultura ASM-1 foi otimizado em relação ao pH, nitrogênio, fósforo e ferro através de planejamento fatorial. Para o preparo dos extratos, as sete espécies de macrófitas aquáticas foram coletadas, processadas e submetidas ao processo de extração com solução hidroetanólica 80% (v/v). Os extratos obtidos foram liofilizados e aplicados em concentrações conhecidas aos cultivos de M. aeruginosa, em meio ASM-1 otimizado. O monitoramento da concentração celular foi realizado a cada 48 h por 10 dias. As diferenças estatísticas foram avaliadas através do método estatístico ANOVA repeated. A determinação da concentração de microcistina-LR foi realizada nas culturas contendo a concentração de extrato de maior efeito inibitório. Para a verificação de efeitos bacteriostáticos e bactericidas, ao final do período testado, os cultivos foram reinoculados em tubos de ensaio contendo apenas o meio de cultura estéril. Os extratos foram avaliados quanto à presença de metabólitos secundários e à toxicidade aguda sobre Daphnia magna. Os experimentos apresentaram valores de crescimento elevados no meio que continha maiores concentrações de P e Fe. Os extratos inibiram significativamente o crescimento da cepa quando foram aplicados na concentração de 500 mg.L-1, com exceção do extrato obtido a partir de S. montevidensis em que o efeito inibitório sobre as células foi o menor observado. O extrato com maior efeito inibitório foi obtido de partes aéreas de M. cf. aquaticum pois a taxa de inibição foi de 99,1% na concentração de 500 mg.L-1. As análises de microcistina evidenciaram que para o extrato de E. cf. acutangula a redução do crescimento foi acompanhada de aumento na produção de microcistina-LR de 216 para 610 ppb. Nos testes com o extrato de S. montevidensis a concentração de toxina sofreu pouca alteração, aumentando de 216 para 222 ppb. Efeitos bactericidas foram verificados para a exposição aos extratos de E. cf. acutangula, L. cf. peruviana e M. cf. aquaticum, uma vez que após reinoculadas não foram verificados crescimentos celulares. Para os extratos de E. azurea, P. cordata e T. domingensis não foram observados efeitos tóxicos, por outro lado, a maior toxicidade ocorreu para S. montevidensis, pois 100% dos organismos apresentaram imobilidade na concentração de 50 mg.L-1. Considerando os dados de inibição e de toxicidade foi possível constatar que o extrato obtido de L. cf. peruviana apresentou maiores vantagens em sua aplicação. Os resultados obtidos indicam a possibilidade futura da aplicação de extratos para a remediação de florações e mostram, também, a necessidade de investigações fitoquímicas e toxicológicas mais detalhadas no sentido de identificar as substâncias ativas no controle de florações, de forma a potencializar a ação destas e minimizar seus efeitos tóxicos. / Cyanobacteria proliferate rapidly in eutrophic environments and may be able to synthesize toxins that block water resources use. The cyanobacterium Microcystis aeruginosa is widely distributed, being a potential producer of hepatotoxins called microcystins. The risks to human health of these substances demands methods to control these microorganisms in water. In order to investigate possible inhibitory effects of phytochemical compounds produced by aquatic macrophytes on the growth and microcystin production of Microcystis aeruginosa, the present study used aquatic macrophytes hydroalcoholic extracts of seven species (Eichhornia azurea, Eleocharis cf. Acutangula, Ludwigia cf. peruviana, yriophyllum cf. aquaticum, Pontederia cordata, Sagittaria montevidensis and Typha domingensis). The culture medium ASM-1 was optimized with respect to pH, nitrogen, phosphorus and iron through a factorial design. For extracts preparation, the seven species of aquatic macrophytes were collected, processed and submitted to extraction process solution ethanol 80% (v/v). The extracts were lyophilized and applied in known concentrations to cultures of M. aeruginosa, in optimized ASM-1 medium. Cell concentration was determined every 48 h for 10 days. Statistical differences were evaluated using ANOVA repeated. The microcystinLR concentration was determined in cultures containing greater inhibitory effect extract concentration. Evaluation of bacteriostatic and bactericidal effects at the end of tested period, the cultures were reinoculated into test tubes containing only sterile culture medium. The extracts were evaluated for the presence of secondary metabolites and acute toxicity on Daphnia magna. The experiments showed high growth rates in medium containing higher concentrations of P and Fe. Hydroalcoholic extracts inhibited the growth of Microcystis aeruginosa strain, more effective when applied at a concentration of 500 mg L-1, except for tests performed with S. montevidensis in that the mean inhibitory effect on the cells was the lowest observed. The extract with the highest inhibitory effect was obtained from aerial parts of M. cf. aquaticum in which the inhibition rate was 99.1%. The analyzes showed that microcystin for the extract of E. cf. acutangula the greatest cellular inhibition was accompanied by an increase in microcystin-LR production from 216 to 610 ppb. In tests with S. montevidensis extract the concentration of toxin was few changed, increasing from 216 to 222 ppb. Bactericidal effects were observed for exposure to extracts of E. cf. acutangula, L. cf. peruviana and M. cf. aquaticum. For extracts of E. azurea, P. cordata and T. domingensis toxic effects were not observed. The major toxicity was observed for S. montevidensis, in which 100% of organisms presented immobility in concentration of 50 mg.L-1. Considering inhibition and toxicity data was found that L cf. peruviana extract showed more advantages on its application. The results indicate the possibility of future application of extracts for blooms remediation and also show the need for detailed toxicological and phytochemical investigations in order to identify the active compounds in blooms control and minimize their toxic effects.

Orientador: Luciane Dias de Oliveira / Banca: Antonio Olavo Cardoso Jorge / Banca: Priscila Christiane Susy Liporoni / Banca: Luana M. R. de Vasconcellos / Banca: Cristiane Aparecida Pereira / Resumo: Os micro-organismos estão cada vez mais resistentes aos medicamentos disponíveis tanto na medicina quanto na odontologia, e esta resistência é ainda maior quando estão organizados em biofilmes mono ou multiespécies, de modo que o estudo de antimicrobianos alternativos, como fitoterápicos, estão em crescente ascensão. A interação entre leveduras e bactérias está intimamente presente na cavidade bucal, em que nichos como dentes, língua, mucosa e bolsa periodontal, nutrientes e temperatura adequados promovem condições favoráveis para formação do biofilme. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antimicrobiana dos extratos de Pfaffia paniculata K (pfaffia), Hamamelis virginiana L. (hamamelis), Stryphnodendron barbatiman (barbatimão) e Gymnema sylvestre (gimena) em biofilmes heterotípicos de Candida albicans (ATCC 18804) com Streptococcus mutans (ATCC 35688), Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Enterococcus faecalis (ATCC 4083) e Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442). Para isso, suspensões padronizadas em 107 cels/mL dos micro-organismos testes, foram distribuídos em placas de microtitulação de 96 poços, juntamente 100 µL de caldo BHI. As placas foram incubadas em estufa bacteriológica a 37ºC/48h (5% de CO2 para S. mutans) e, após, os biofilmes foram submetidos ao tratamento com os extratos por 5 min e 24 h, nas respectivas concentrações de 100 mg/mL, 50 mg/mL e 25 mg/mL. Foi utilizado solução salina 0,9% (5 min) ou caldo BHI (24 h) nos grupos controles. Após, os ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Microorganisms are increasingly resistant to drugs available in both medicine and dentistry, and this resistance is even greater when they are organized into mono or multispecies biofilms, so that the study of alternative antimicrobials, such as herbal medicines, are on the rise. The interaction between yeasts and bacteria is intimately present in the oral cavity, in which niches such as teeth, tongue, mucosa and periodontal pocket, food and adequate temperature promote adequate conditions for biofilm formation. The aim of this study was to evaluate the antimicrobial activity of extracts of Pfaffia paniculata K., Hamamelis virginiana L., Gymnema sylvestre and Stryphnodendron barbatiman M. in heterotopic biofilms of Candida albicans (ATCC 18804) with Streptococcus mutans (ATCC 35688). Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Enterococcus faecalis (ATCC 4083), and Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442). Standardized suspensions at 107 cells/mL of the test microorganisms were distributed in 96 well microtiter plates together with 100 μL of BHI broth, the plates were incubated in a bacteriological oven at 37°C/48h (5% CO2 for S. mutans). After the incubation time, treatments were performed at 5 min and 24 h times, applying the respective extracts at the concentrations of 100 mg, 50 mg and 25 mg/mL and applying 0.9% saline solution or BHI broth in the control groups. After the biofilms were washed and disaggregated from the bottom of the plate, performing serial dilutions for later seeding... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Caracteriza los genes asociados a la producción de ramnolípidos en 61 cepas bacterianas provenientes de la colección del Laboratorio de Microbiología y Biotecnología Microbiana de la Univerdiad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM). Estas cepas han sido aisladas de diferentes ambientes contaminados con crudo de petróleo y fueron clasificados como superproductores de ramnolípidos (n=21), productores de ramnolípidos (n=20) y no productoras de ramnolípidos (n=20). La identificación molecular de los microorganismos usando el gen 16s rRNA estuvo precedida por la identificación bioquímica de las 61 cepas seleccionadas utilizando el sistema API 20 NE. Los cebadores para la detección de los genes rhl fueron diseñados por el Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad Autónoma de México (UNAM). Se utilizó PCR y el software FinchTV para el secuenciamiento de la región génica rhlABR y el programa MUSCLE para el análisis bioinformático. Cuatro especies fueron seleccionadas: P.aeruginosa T2K2, P. aeruginosa III T1P2, P. aeruginosa 6K-11, P. aeruginosa ATCC 9027; y fueron comparadas molecularmente con P. aeruginosa PAO1. Se encontró que el 71,4 % y el 90,0% de las cepas superproductoras de ramnolípidos y de las cepas productoras de ramnolípidos, fueron identificadas como Pseudomonas aeruginosa, especies como Burkholderia cepacia, Pseudomonas fluorescens, Aeromonas hydrophila y Chryseobacterium indologenes, fueron también identificadas. Del mismo modo, 55,0% de microorganismos no productores también fueron caracterizadas como P.aeruginosa. x Las regiones génicas rhlAB, rhlC y rhlR presentadas en las cepas superproductoras y productoras de ramnolípidos y las secuencias de todas las cepas mostraron el mismo patrón entre ellas y el estandar P. aeruginosa PAO1. Los resultados muestran que los genes estudiados en las cepas seleccionadas son sinónimos con sus homólogos en la cepa estándar P. aeruginosa PAO1, de modo que las diferencias genotípicas que expliquen la sobreproducción de ramnolípido deberan hallarse en otros marcadores moleculares no cubiertos en este estudio. / Tesis