Orientador: Marlise Inêz Klein / Resumo: A cárie dentária é uma doença dependente de biofilme, da dieta e fatores de hospedeiro. O biofilme é uma comunidade microbiana dinâmica, coberta pela matriz extracelular (MEC). Em biofilmes cariogênicos, a MEC rica em exopolissacarídeos proporciona microambientes ácidos, causando desmineralização do esmalte. Este estudo avaliou a função de DNA extracelular (eDNA) e ácido lipoteicóico (ALT) nas propriedades estruturais e funcionais da MEC de biofilmes cariogênicos. Biofilmes monoespécie de Streptococcus mutans UA159 (cepa parental ou mutantes knockout) e mistos (UA159 cepa parental ou mutantes, Actinomyces naeslundii ATCC 12104 e Streptococcus gordonii DL-1) foram formados em discos de hidroxiapatita com película salivar, em meio com saliva e 0,1% sacarose, alternado com 0,5% sacarose+1% amido (37°C/5% CO2). O pH do meio de cultura foi verificado a cada troca. Para modular componentes da MEC foram utilizadas cepas mutantes de S. mutans para os genes lytTS (∆SMu.525 e ∆SMu.526 - eDNA), operon dltABCD (∆SMu.1538 e ∆SMu.1541 - ALT) e gtfB (exopolissacarídeos insolúveis). A população microbiana foi avaliada longitudinalmente. Nas idades do biofilme 67 e 115 h, os biofilmes foram processados para avaliar a biomassa, as proteínas totais, e os componentes da matriz: eDNA, ALT, proteínas e exopolissacarídeos solúveis (WSP) e insolúveis (ASP) em água. Os dados foram analisados com ANOVA um critério e teste de Tukey (α=0,05). Na presença de 0,5% sacarose+1% amido, o pH do meio tornou-se... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Dental caries is a disease dependent of biofilm, diet and host factors. Biofilm is a dynamic microbial community enmeshed by an extracellular matrix (ECM). In cariogenic biofilms, the ECM rich in exopolysacharides provide acidic microenvironments that cause demineralization of enamel. The present study evaluated the role of extracellular DNA (eDNA) and lipoteichoic acid (LTA) in the structural and functional properties of the matrix of cariogenic biofilm. Single-species biofilms of Streptococcus mutans UA159 (parental or knockout strains) and mixed-species (UA159 parental or mutant strains, Actinomyces naeslundii ATCC 12104 and Streptococcus gordonii DL-1) were grown onto saliva-coated hydroxyapatite discs, in medium with saliva and 0.1% sucrose, alternating with 0.5% sucrose + 1% starch (37°C / 5%CO2). The pH of spent media was verified at each medium change. The S. mutans knockout mutant strains of genes lytTS (ΔSMu.525 and ΔSMu.526 - eDNA), operon dltABCD (ΔSMu.1538 and ΔSMu.1541 - LTA) and gtfB (insoluble exopolysaccharide) were used to modulate ECM' components. The microbial population was evaluated longitudinaly. At 67 and 115 h, biofilms were processed to assess biomass, total protein and ECM components: eDNA, LTA, soluble proteins, and water soluble (WSP) and insoluble (ASP) exopolysaccharides. The data were analyzed by ANOVA one-way and Tukey test (α=0.05). In the presence of 0.5% sucrose + 1% starch the pH of spent media became more acid. During the initial stages of mixed-species biofilm development, S. gordonii prevail (p<0.05); the proportion of the three species was similar at 67 h, and S. mutans becomes the dominant species over time (p<0.05), independently of ECM' components modulation. The biomass and the total protein content of single- and mixed-species biofilms usually showed significant increases over time (p<0.05)... (Complete abstract electronic access below) / Mestre

Candida glabrata, geralmente comensal, surgiu como uma causa comum de infecções fúngicas graves com risco de morte. Dada a resistência crescente aos azóis, a orientação recente é utilizar as equinocandinas como a primeira escolha para o tratamento de infecções sistêmicas por C. glabrata. No entanto, esta é a primeira espécie de Candida que foi detectada com resistência significativa às equinocandinas. Esta levedura é capaz de colonizar tecidos do hospedeiro, bem como superfícies abióticas (catéteres, próteses) onde desenvolve um crescimento em multicamadas caracterizado como biofilme. A natureza da estrutura do biofilme e os atributos fisiológicos a ele conferidos resultam em uma resistência inerente a agentes antimicrobianos, impactando negativamente na saúde do paciente. Este estudo teve como objetivo a indução in vitro de resistência à anidulafungina em células planctônicas e sésseis de sete cepas sensíveis de C. glabrata, além da verificação do desenvolvimento de resistência cruzada com fluconazol. A indução de resistência foi realizada submetendo as cepas a concentrações sub-inibitórias do antifúngico. A determinação de concentração inibitória mínima através de microdiluição em caldo foi realizada previamente e posteriormente à indução de resistência e, também, para a verificação de resistência cruzada com fluconazol. O método de indução de resistência resultou em cepas fortemente resistentes à anidulafungina, com concentrações inibitórias mínimas variando de 1 a 2 μg/mL. Antes da indução da resistência, as formas planctônica e séssil das cepas eram todas sensíveis ou sensíveis dose-dependente ao fluconazol. Após a indução de resistência à anidulafungina esta sensibilidade ao fluconazol não foi mantida, tornando as cepas resistentes a este antifúngico. Clinicamente, esta resistência cruzada poderia implicar em falha terapêutica ao utilizar o fluconazol em pacientes previamente expostos a concentrações sub-inibitórias de anidulafungina por longos períodos. / Candida glabrata, usually commensal, has emerged as a common cause of serious life threatening fungal infections. Given the increasing resistance to azoles, the recent guidance is to use echinocandins as the first choice for the treatment of systemic infections by C. glabrata. However, C. glabrata is the first species of Candida that has been detected with significant resistance to echinocandins. This yeast is able to colonize host tissues as well as abiotic surfaces (catheters, prostheses) where it develops a multi-layer growth characterized as biofilm. The nature of the biofilm structure and the physiological attributes conferred on it, result in an inherent resistance to antimicrobial agents, negatively impacting the patient's health. This study aimed to induce in vitro resistance to anidulafungin in planktonic and sessile cells of seven sensitive C. glabrata strains, as well as to verify the development of cross-resistance with fluconazole. The induction of resistance was performed by subjecting the isolates to sub-inhibitory concentrations of the antifungal. The determination of minimum inhibitory concentration by broth microdilution was performed before and after induction of resistance and also for fluconazole cross-resistance verification. The resistance induction test resulted in strains strongly resistant to anidulafungin, with minimum inibitory concentrations ranging from 1 to 2 μg mL-1. Prior to induction of resistance, the planktonic and sessile forms of the strains were all sensitive or sensitive dose-dependent to fluconazole. However, after the induction of resistance to anidulafungin, this sensitivity to fluconazole was not maintained, making the strains resistant to this antifungal. Clinically, this cross-resistance could lead to therapeutic failure when using fluconazole in patients previously exposed to sub-inhibitory concentrations of anidulafungin for long periods.

Dentre as oito espécies do gênero Listeria, a única transmitida por alimentos, patogênica para humanos, é a Listeria monocytogenes. De grande preocupação para a indústria alimentícia, este microrganismo pode ser encontrado em diversas superfícies de plantas processadoras de alimentos, sendo capaz de se aderir e formar persistentes biofilmes. No presente trabalho, foi estudada a influência da concentração de glicose e do tempo de incubação na formação de biofilme por uma cepa de L. monocytogenes, sorotipo 1/2a, cultivada em três diferentes temperaturas, 7°C, 25°C e 37°C, através de planejamento experimental utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta. As duas variáveis testadas, para os intervalos estudados, foram significativas (p<0,05) na formação de biofilme somente na temperatura de 37°C e, tanto concentrações de glicose tendendo a zero combinadas com tempos de incubação próximos a 26 h, como maiores concentrações de glicose combinadas com menores tempos de incubação, dentro da faixa de estudo aplicada, representaram boas condições para a formação de biofilme. Foi também realizada a análise transcricional de genes relacionados à formação de biofilme e virulência em duas cepas de L. monocytogenes, sorotipos 1/2a e 4b, cultivadas a 7°C e 37°C (condição controle), pela técnica de PCR quantitativo em tempo real (RT-qPCR). Para ambas as cepas, os genes sigB, prfA, luxS, sufS, sufU, ltrC e flaA apresentaram transcrição significativamente aumentada (p<0,05) a 7°C, em comparação aos resultados para a condição de cultivo a 37°C, enquanto que o gene hly não variou significativamente a sua transcrição entre as duas temperaturas. O gene actA foi mais transcrito a 7°C para a cepa denominada 55, do sorotipo 1/2a, enquanto que não variou significativamente a sua transcrição entre as duas condições de crescimento para a cepa denominada 47, do sorotipo 4b. No entanto, para a cepa 55, o gene degU não demonstrou diferença estatisticamente significativa entre seus níveis de transcrição nas duas temperaturas estudadas, mas para a cepa 47, apresentou transcrição significativamente aumentada a 7°C. Interessantemente, a presença do gene agrA não foi detectada na cepa 47, e os seus níveis de transcrição foram menores a 7°C para a cepa 55. Estes resultados demonstram que os dois sorotipos estudados, responsáveis por muitos dos casos humanos de listeriose, apresentam mecanismos moleculares diferentes, nas temperaturas de 7°C e 37°C. / Among the eight species of genus Listeria, the only transmitted by food, pathogenic for humans, is Listeria monocytogenes. Of great concern to the food industry, this microorganism can be found in various areas of food processing plants, being able to adhere and form persistent biofilms. In the present work, the influence of glucose concentration and incubation time on biofilm formation by a strain of L. monocytogenes, serotype 1/2a, grown in three different temperatures, 7°C, 25°C and 37°C, have been studied, through an experimental design using the Response Surface Methodology. The two variables tested, for the studied intervals, were significant (p<0,05) in the biofilm formation only at a temperature of 37°C and, both glucose concentrations tending to zero combined with incubation times near to 26 h, and higher glucose concentrations combined with lower incubation times, within the applied range study, represented good conditions for biofilm formation. Transcriptional analysis of genes related to biofilm formation and virulence in two strains of L. monocytogenes, serotypes 1/2a and 4b, grown at 7°C and 37°C (control condition), was also performed, by real-time quantitative PCR (RT-qPCR). For both strains, sigB, prfA, luxS, sufS, sufU, ltrC and flaA genes showed significantly increased transcription (p<0,05) at 7°C, in comparison with results for the growth condition at 37°C, whereas hly gene did not varied significantly its transcription between the two temperatures. The actA gene was more transcribed at 7°C for the 55 strain, serotype 1/2a, while did not varied significantly its transcription between the two growth conditions for the 47 strain, serotype 4b. However, for 55 strain, the degU gene did not showed statistically significant difference for its transcription levels between the two studied temperatures, but for 47 strain, presented significantly increased transcription at 7°C. Interestingly, the presence of agrA gene was not detected in 47 strain, and its transcription levels were lower at 7°C for 55 strain. These results demonstrate that the two studied serotypes, responsible for many of the human listeriosis cases, have different molecular mechanisms, at temperatures of 7 and 37°C.

A maltodextrina é um oligossacarídeo derivado a partir da hidrólise ácida e/ou enzimática do amido de milho e está cada vez mais presente em uma variedade de alimentos tais como fórmulas infantis, bebidas esportivas e suplementos energéticos. Muitos produtos à base de maltodextrina apresentam também sacarose em sua composição. Contudo, o seu papel no desenvolvimento da cárie dentária não é claro. O objetivo deste estudo foi: realizar uma revisão da literatura sobre a cariogenicidade da maltodextrina e avaliar o potencial cariogênico e a estrutura organizacional do biofilme formado in situ na presença de maltodextrina e de sua associação com a sacarose. A partir das evidências encontradas na revisão de literatura, verificou-se uma escassez de estudos avaliando o potencial cariogênico da maltodextrina em esmalte. A partir do estudo in situ, conclui-se que a maltodextrina não apresenta potencial cariogênico em esmalte. Entretanto, a adição de sacarose à maltodextrina causa modificações na composição bioquímica e na organização estrutural do biofilme formado em sua presença, aumentando o seu potencial cariogênico em esmalte. / Maltodextrin is an oligosaccharide derived from the acidic and/or enzymatic hydrolysis of corn starch and is increasingly present in a variety of foods such as infant formulas, sports drinks and energy supplements. Many products containing of maltodextrin have also sucrose in its composition. However, its role in the development of dental caries is not clear. The aim of this study was: to conduct a literature review on the cariogenicity of maltodextrin and to evaluate the cariogenic potential and the organizational structure of the biofilm formed in situ in the presence of maltodextrin and its association with sucrose. From the evidence found in the literature review, there was a lack of studies by assessing the cariogenic potential of maltodextrin in enamel. From the in situ study, it was concluded that maltodextrin has no cariogenic potential on enamel. However, the addition of sucrose to maltodextrin causes changes in the biochemical composition and organizational structure of the biofilm formed, increasing its cariogenic potential in enamel.

Bactérias podem formar comunidades bacterianas sésseis, conhecidas como biofilmes, os quais possuem um grande impacto tanto na indústria, por serem responsáveis pelo entupimento e corrosão de tubulações, quanto na saúde, por serem resistentes ao tratamento com antibióticos. Nos últimos anos, o mensageiro secundário c-di-GMP foi descoberto como um importante regulador nas vias de sinalização envolvidas na capacidade da bactéria alternar entre esses dois fenótipos: livre nadante ou em biofilme. Um dos alvos moleculares de c-di-GMP é FleQ, uma Enhancer binding protein bacteriana (bEBP), que regula a expressão dos genes flagelares de forma dependente do fator &sigma;54, em um processo dependente de ATP. FleQ também atua no controle da transcrição dos genes envolvidos na síntese do exopolissacarídeo PEL, principal constituinte da matriz protetora que reveste o biofilme bacteriano em Pseudomonas aeruginosa, possivelmente em um processo dependente do fator &sigma;70. A atividade de FleQ é regulada pelos níveis de c-di-GMP e por uma segunda proteína, FleN, que se liga diretamente à FleQ. Apesar do papel do complexo FleQ:FleN na regulação do operon pel ter sido estudado, seu efeito na transcrição dos genes flagelares ainda é desconhecido. Para um melhor entendimento do mecanismo regulatório de FleQ, foram resolvidas as estruturas cristalográficas do domínio REC e do domínio AAA+ em seu estado apo e em complexo com ADP, ATP&gamma;S e c-di-GMP. Também foi identificado e confirmado o sítio ativo da proteína, as diferentes formas oligoméricas de FleQ, além da proposição de como a atividade da proteína é controlada por FleN. Esses resultados sugerem um mecanismo único na transcrição mediada por uma bEBP não convencional que atua tanto com o fator &sigma;54 e &sigma;70, no qual a oligomerização do complexo FleQ:FleN possui um papel essencial na regulação dos genes flagelares e de formação do biofilme. Estes estudos também levam à hipótese que outras bEBPs, associadas a diferentes fenótipos, podem ser reguladas por c-di-GMP. / Bacteria can form sessile communities known as biofilm, which has a major industrial impact, causing tubing obstruction and corrosion, and in the health, due to its resistance against antibiotic treatment. In recent years, a novel secondary messenger molecule named c-di-GMP has been discovered as a key regulator in signaling pathways related to the bacteria capacity to alternate between two distinct phenotypes: free-swimming cells and biofilm community. One of the molecular targets of c-di-GMP so far identified is FleQ, a bacterial enhancer binding protein (bEBP), which regulates flagellar gene expression in a &sigma;54 dependent mechanism. FleQ acts also controlling transcription of genes involved in PEL exopolysaccharide synthesis, main component of the protective matrix, possibly in a &sigma;70 dependent process. FleQ activity is regulated by a second protein, FleN, which directly interacts with FleQ. Although the role of FleQ:FleN complex in regulating pel operon has been studied, its effect in flagellar gene transcription has not. For a better understanding of FleQ regulatory mechanism, we obtained the crystallographic structure of the REC domain and the AAA+ domain in its apo state and bound to ADP, ATP&gamma;S and c-di-GMP. It has also been identified and confirmed c-di-GMP binding site, the distinct oligomers of FleQ, and also proposed a mechanism by which FleN regulates FleQ. These results suggest an unique mechanism in the transcription mediated by an unusual bEBP that acts in conjunction with both &sigma;54 and &sigma;70 factors, in which oligomerization of FleQ:FleN complex has a crucial role in the regulation of flagellar and biofilm formation genes. These studies also lead to the hypothesis that others bEBP, related to distinct phenotypes, may be regulated by c-di-GMP.

Nos últimos anos, um estilo de vida celular vem ganhando destaque no mundo científico: o biofilme. O biofilme é uma comunidade celular em que as células permanecem aderidas a um substrato e envoltas em uma matriz de biopolímeros. Bactérias no estado de biofilme possuem algumas características alteradas, como o aumento da resistência a antibióticos e a facilidade de troca de genes de resistência, sendo um grande inconveniente na área médica e industrial. O patógeno humano Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria gram-negativa causadora de infecções associadas a pacientes que apresentam o sistema imune debilitado, sendo muito comum em casos de fibrose cística. Além disso, P. aeruginosa é um organismo modelo no estudo de formação de biofilme, podendo produzir três tipos distintos de exopolissacarídeos: alginato, PSL e PEL. Devido ao pouco conhecimento do polissacarídeo PEL, a cepa P. aeruginosa PA14 vem sendo amplamente estudada, uma vez que essa é a única cepa em que PEL é o principal polímero responsável pela estabilidade da matriz de polissacarídeos. No processo de produção e exportação de PEL, sete proteínas são necessárias: Pel(A-G). Segundo predições computacionais e comparações com outros tipos de complexos biossintéticos de exopolissacarídeos, um modelo de arranjo molecular das proteínas Pel foi proposto, embora algumas proteínas não possuam uma função bem determinada no processo de síntese de PEL. Nesse contexto, o trabalho buscou estudar as proteínas envolvidas na formação de PEL para a melhor elucidação do mecanismo de ativação, produção e exportação desse polissacarídeo, com destaque para a enzima glicosiltransferase PelF e a investigação de uma possível interação de PelF com a proteína reguladora de produção do polissacarídeo, PelD, e a transportadora de membrana interna, PelG. Foram realizados diversos testes de interação entre PelF, PelG e construções solúveis de PelD por cromatografia de exclusão molecular, crosslinking e pull-down que não apresentaram interações entre tais construções, indicando que frações de membrana de PelD ou outros parceiros de interação podem ser necessários para a formação do complexo de síntese e exportação de PEL da membrana interna. Adicionalmente, mutantes de PelD sítio-dirigidos foram construídos em P. aeruginosa PA14 e tiveram sua capacidade de formação de biofilme avaliadas para investigação do mecanismo de ativação de PelD. A diminuição da formação de biofilme de mutantes de algumas regiões de PelD como a hélice S (resíduos 158-176), o core hidrofóbico ocupado pela hélice S e resíduos que estabilizam a ligação de c-di-GMP nos levou a propor um mecanismo de ativação desse importante regulador proteico de formação de biofilme em P. aeruginosa nunca descrito anteriormente. / In the last years, a cellular lifestyle has been in the spotlight in the scientific world: the biofilm. Biofilm is a cellular community in which cells are attached to a substrate and surrounded by a biopolymeric matrix. Bacteria in a biofilm lifestyle has some altered characteristics, as a higher antibiotics tolerance and facility in resistance genes exchange, turning them into a big problem in medical and industrial fields. The human pathogen Pseudomonas aeruginosa is a gram-negative bacterium which causes infections associated to patients with an impaired immune system, as frequently found in patients with cystic fibrosis. Moreover, P. aeruginosa is a model organism in biofilm formation studies, producing three distinct types of exopolysaccharides: alginate, PSL and PEL. Since there is few information about PEL polysaccharide, the strain PA14 has been broadly studied because this is the unique strain in which PEL is the main polymer that gives stability of the polysaccharide matrix. In the process of PEL production and exportation, seven proteins are required: Pel(A-G). Computational predictions and comparison with other similar exopolysaccharides biosynthetic complexes led to a model of molecular complex of Pel proteins, though some proteins do not have a clear role in the PEL synthesis process. In this context, the work aimed to study the proteins related to PEL synthesis for a better understanding of the mechanism of production and exportation of this polysaccharide, focusing on the glycosyltransferase PelF and the investigation of its possible interaction with PelD, the regulatory protein of the polysaccharide production, and PelG, the putative inner membrane transporter. Several interaction assays were performed with PelF, PelG and soluble constructs of PelD using size exclusion chromatography, crosslinking and pull-down. No interaction was detected, showing that membrane fractions of PelD or other interaction partners can be required to the inner membrane complex of synthesis and export of PEL. Additionally, site-directed mutants of PelD in P. aeruginosa PA14 were constructed to evaluate their biofilm formation ability and investigate PelD activation mechanism. Mutants in regions as S-helix (residues 158-176), hydrophobic core occupied by the S-helix and residues of c-di-GMP stabilization presented a decrease of biofilm formation compared to the wild type strain. Those results allowed us to propose an activation mechanism of this important regulator of biofilm formation in P. aeruginosa never described before.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A aplicaÃÃo da nanotecnologia na Odontologia pode promover a otimizaÃÃo de caracterÃsticas estÃticas e mecÃnicas de materiais odontolÃgicos bem como propiciar uma aÃÃo anticÃrie pelo menor acÃmulo de biofilme oral sobre estes materiais e liberaÃÃo de compostos antimicrobianos ou remineralizantes. Os objetivos de cada capÃtulo sÃo: 1) revisar a literatura concernente ao uso de nanopartÃculas em materiais odontolÃgicos com implicaÃÃes diretas ou indiretas no controle de lesÃes de cÃrie (capÃtulo 1); 2) investigar in vitro a liberaÃÃo de flÃor e o potencial inibitÃrio de cimento ortodÃntico nanoparticulado fluoretado na desmineralizaÃÃo do esmalte (capÃtulo 2); 3) estudar o efeito in situ de resina composta fluoretada contendo nanopartÃculas na liberaÃÃo de flÃor e na capacidade inibitÃria da desmineralizaÃÃo em esmalte (capÃtulo 3); 4) avaliar o efeito da incorporaÃÃo de nanopartÃculas de prata (NAg) e fosfato de cÃlcio amorfo (NACP) em sistema adesivo comercial (capÃtulo 4); 5) avaliar o efeito da incorporaÃÃo de monÃmero associado a quaternÃrio de amÃnio (QADM), NAg e NACP em sistema adesivo experimental (capÃtulo 5) e 6) estudar o efeito in situ de resina composta contendo NACP no biofilme oral e em lesÃes de cÃries em esmalte (capÃtulo 6). Como abordagens metodolÃgicas foram realizadas: uma revisÃo de literatura, 3 estudos in vitro com induÃÃo de cÃrie por modelo microbiolÃgico e 2 estudos in situ relacionados aos objetivos citados. Como resultados, o desenvolvimento de materiais nanomÃtricos anticÃrie ainda necessita de um melhor conhecimento dos mecanismos de aÃÃo, seguranÃa e eficÃcia das nanopartÃculas (capÃtulo 1). A liberaÃÃo de flÃor e o potencial inibitÃrio na desmineralizaÃÃo do esmalte de cimento ortodÃntico nanoparticulado fluoretado foi inferior ao apresentado por cimento de ionÃmero de vidro modificado por resina (capÃtulo 2). Resina composta nanoparticulada apresentou pequena atividade anticÃrie in situ sem detrimento de sua lisura de superfÃcie (capÃtulo 3). A inclusÃo de NAg e NACP em sistema adesivo apresentou significativo efeito antimicrobiano in vitro sem diminuiÃÃo da resistÃncia de uniÃo quando comparado ao controle (capÃtulo 4). A atividade metabÃlica, produÃÃo de Ãcido lÃtico e nÃmero de unidades formadoras de colÃnias foram menores em biofilmes formados sobre sistemas adesivos experimentais contendo QADM, NAg e NACP sem diminuiÃÃo da resistÃncia de uniÃo quando comparado ao controle (capÃtulo 5). CompÃsito com NACP liberou mais cÃlcio e fÃsforo em biofilme cariogÃnico formado in situ e propiciou menores lesÃes de cÃrie em esmalte ao redor das restauraÃÃes que o compÃsito controle (capÃtulo 6). Em resumo, a presenÃa de nanopartÃculas de carga na composiÃÃo bÃsica de materiais odontolÃgicos nÃo garante por si sà uma atividade anticÃrie efetiva. A incorporaÃÃo de QADM, NAg e NACP em materiais odontolÃgicos pode permitir a promoÃÃo de um efeito anticÃrie, apresentando-se como uma promissora abordagem no desenvolvimento de materiais restauradores diretos. / The application of nanotechnology in dentistry can promote the optimization of aesthetic and mechanical characteristics of dental materials as well as provide an anticaries action due to the lowest oral biofilm accumulation on these materials and release of antimicrobial or remineralizing compounds. The objectives of each chapter are: 1) to review the literature concerning the use of nanoparticles in dental materials with direct or indirect implications for the control of caries lesions (chapter 1), 2) to investigate in vitro the fluoride release and the inhibitory potential of nanoparticulated fluoridated orthodontic cement on demineralization of enamel (chapter 2), 3) to study the in situ effect of nanoparticle composite containing fluoride on fluoride release and the inhibition of enamel demineralization (chapter 3) 4) to evaluate the effect of incorporation of silver nanoparticles (NAg) and amorphous calcium phosphate (NACP) in commercial adhesive system (chapter 4), 5) to evaluate the effect of incorporation monomer associated with quaternary ammonium (QADM), NAg and NACP in experimental adhesive system (chapter 5) and 6) to study the in situ effect of composite resin containing NACP on the oral biofilm and enamel caries lesions (chapter 6). As methodology approaches a literature review, 3 in vitro studies with microbiological caries model and 2 in situ studies were performed according to the cited objectives. As results, the developing anticaries nanomaterials still need a better understanding of the action mechanisms, safety and efficacy of nanoparticles (chapter 1). Fluoride release and the enamel demineralization inhibition of the nanoparticulated fluoridated orthodontic cement were lower than that shown by resin-modified glass ionomer cement (chapter 2). Nanoparticle-containing composite showed little in situ anticaries activity without prejudice to its surface roughness (chapter 3). The inclusion of NAG and NACP in adhesive system showed significant in vitro antimicrobial effect without decreasing bond strength when compared to control (chapter 4). Metabolic activity, lactic acid production and number of colony forming units were lower in biofilms formed on experimental adhesive systems containing QADM, Nag and NACP without decreased bond strength when compared to control (chapter 5). NACP composite released more calcium and phosphorus in cariogenic biofilm formed in situ and caused shallow caries lesions on enamel around the restorations that the control composite (chapter 6). In summary, the presence of nanoparticles fillers as basic composition of dental materials does not assure effective anticaries activity. Incorporating QADM, Nag and NACP in dental materials can promote anticaries effect, and showing as a promising approach in dental materials development.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do hipoclorito de sódio e a clorexidina sobre biofilme dental formado in situcom relação a: concentração do hipoclorito de sódio (1%, 2.5% e 5%) e clorexidina 2%, tempo de exposição à solução irrigadora (5, 15 e 30 minutos.), volumes das soluções (500 µl e 1 mL), espessura do biofilme e área de limpeza segundo analise morfométrica. Foram utilizados 120 blocos de dentina bovina esterilizada, colocados em um aparelho intraoral e utilizados por um voluntário durante 3 dias. Transcorrido o período experimental as amostras foram retiradas e coradas com 50 µl de laranja de acridina para determinar a espessura do biofilme pre irrigação por meio do Microscopio confocal de varredura laser (CLSM). Foram conformados 12 grupos experimentais com 10 blocos cada um e irrigados com NaOCl e clorexina. Dez amostras foram irrigadas com 500 µl (N=5) e 1mL (N=5) de NaOCl 1% por: 5 min (G1), 15 min (G2) e 30 min (G3). Dez amostras foram irrigadas com 500 µl (N=5) e 1mL (N=5) de NaOCl 2.5% por: 5 min (G4), 15 min (G5) e 30 min (G6). Dez amostras foram irrigadas com 500 µl (N=5) e 1mL (N=5) de NaOCl 5% por: 5 min (G7), 15 min (G8) e 30 min (G9). Dez amostras foram irrigadas com 500 l (N=5) e 1mL (N=5) de Clorexidina 2% por: 5 min (G10), 15 min (G11) e 30 min (G12). Para cada sub grupo experimental (N=5) se deixou um sexto bloco o qual foi irrigado com água destilada estéril para procedimentos de controle. Nos grupos de 15 e 30 minutos a solução de NaOCl e clorexidina foi renovada a cada 5 minutos. Os segmentos de dentina foram lavados com 200 µl de água destilada estéril para eliminar resíduos não aderidos e corados com 50 µl de Laranja de acridina para determinar a espessura do biofilme após irrigação por meio do CLSM. Foram encontrados altos valores de dissolução do biofilme e dentina limpa após contato com NaOCl a 5% durante 5 e 15 min. e com todos os grupos de NaOCl durante 30 min. O uso de Clorexidina a 2% não dissolveu o biofilme e nem aumentou a limpeza dentinária quando comparado com o NaOCl (P < 0.05). / Introduction: The aim of this study is to evaluate the biofilm dissolution and cleaning ability of different irrigant solutions on intraorally infected dentin. Methods: 120 bovine dentin specimens were infected intraorally using a removable orthodontic device. 30 samples were used for each irrigant solution; 2% Chlorhexidine, 1%, 2.5% and 5.25% of sodium hypochlorite (NaOCl). The solutions were used for 5, 15 and 30 minutes and 2 experimental volume 500µl and 1mL. The samples were stained using the acridine orange dye before and after the experiments and evaluated using a confocal microscope. The percentage of biofilm, isolated cells and no colonized dentin was measured using a grid system. Differences in the reduction or increase of the studied parameters was assessed using non-parametric methods ( P < 0.05). Results: The higher values of biofilm dissolution and clean dentin were found in the 30 minutes NaOCl groups and in the 5 and 15 minutes of 5.25% NaOCL. The use of 2% chlorhexidine solution does not improve the biofilm dissolution neither increases the cleaning of the dentin in comparison to the NaOCl solutions (P < 0.05). Conclusions: 2% chlorhexidine does not dissolve the biofilms. 30 minutes of sodium hypochlorite are necessary to have the higher values of biofilm dissolution and to increase the cleaning of the dentin independently of the concentration in comparison to the 5 min and 15 min contact time.

In nature, biofilm is a complex structure resulted of multicellular bacterial communities that provide important nutritional functions and the acquisition of protective traits such as antibiotics resistance and horizontal gene transfer. The development from the planktonic, lonely bacteria, to the mature multilayered biofilm structure consists of three main phases: motility, attachment and biofilm maturation. At cellular level, the process is controlled by several genes such as flhD, fliA, rpoS, csgD, adrA, cpxR all acting as master regulators. Additionally, the global regulators CRP, IHF, Fis, and others in less frequency, have been related to biofilm formation, although blurry information has been provided. In this thesis we used synthetic, molecular and cellular biology approaches to understand the effect of CRP, IHF and Fis in the transcriptional regulatory network in the bacterium Escherichia coli. In the first chapter, we employed network analysis to reconstruct and analyze part of the entire regulatory network described to modulate the flagella-biofilm program. With this analysis we identified some critical interactions responsible for the planktonic-biofilm transition. Next, we selected the top ten effectors nodes of the network and cloned the promoter region of those genes in a reporter system. As extensively explained in chapter II, this system allowed us to validate as well as suggest new interactions in the network. Additionally, the measurement of the promoter activity during bacterial development show that CRP, IHF and Fis differentially modulate most of the surveyed genes suggesting that those Global Regulators participate to modulate gene expression in different phases of the planktonic-biofilm development. At chapter three, to get a better overview of the entire process, we performed motility, adherence/early biofilm and mature biofilm assays. We describe the intrinsic ability of E. coli to perform motility, adherence and mature biofilm at 37?C. In contrast, the absence of ihf, fis as well as Carbon Catabolite Repression (CCR), lead to altered phenotypes at both motility and biofilm development. At the end, we discussed how the changes of promoter activity of target genes, together with our network analysis, could explain part of the altered phenotypes observed. For instance, we observed changes at the main stress responders rpoS and rpoE that, in combination with alterations at specific genes such as fliA, can explain the enhanced motility in the E. coli ?ihf strain. Altogether, in this thesis, we provided evidence that CRP, IHF and Fis control the activity of the promoter regions of genes involved in the planktonic-biofilm development. / Na natureza, o biofilme é uma estrutura complexa resultante de comunidades bacterianas multicelulares que fornece importantes funções nutricionais e a aquisição de traços de proteção como resistência a antibióticos e transferência horizontal de genes. O desenvolvimento das bactérias planctônicas solitárias para uma estrutura de biofilme maduro consiste em três fases principais: motilidade, fixação e maturação do biofilme. Ao nível celular, o processo é controlado por vários genes tais como flhD, fliA, rpoS, csgD, adrA, cpxR, todos agindo como reguladores mestre. Além disso, os reguladores globais CRP, IHF, Fis e outros em menor freqüência, têm sido relacionados à formação de biofilme, embora tenham sido fornecidas informações nao conclusivas sobre esse processo. Nesta tese foram utilizadas abordagens de bioinformática, assim como de biologia molecular e celular para entender o efeito de CRP, IHF e Fis na rede reguladora da transição de motilidade para biofilme na bactéria Escherichia coli. No primeiro capítulo, utilizamos a análise de rede para reconstruir e analisar parte da rede regulatória descrita para modular o programa flagelo-biofilme. Com esta análise identificamos algumas interações críticas responsáveis pela transição planctônica-biofilme. Em seguida, selecionamos os dez principais nós efetores da rede e clonamos a região promotora desses genes em um sistema repórter. Conforme explicado amplamente no capítulo II, este sistema nos permitiu validar e sugerir novas interações na rede. Adicionalmente, a medição da atividade do promotor durante o desenvolvimento bacteriano mostra que a CRP, a IHF e a Fis modulam diferencialmente a maioria dos genes analisados sugerindo que estes Reguladores Globais participam para modular a expressão génica em diferentes fases do desenvolvimento de estado planctónico para biofilme. No capítulo três, para obter uma melhor visão geral de todo o processo, realizamos ensaios de motilidade, aderência / biofilme precoce e biofilmes maduros. Descrevemos a capacidade intrínseca de E. coli para realizar motilidade, adesão e biofilme maduro a 37 °C. Em contraste, a ausência de ihf, fis, bem como o fenômeno de Repressão de Catabolite de Carbono (CCR), levam a fenótipos alterados, tanto na motilidade como no desenvolvimento do biofilme. No final, discutimos como as mudanças da atividade do promotor de genes alvo, juntamente com a nossa análise de rede, poderia !xi explicar parte dos fenótipos alterados observados. Por exemplo, observamos mudanças nos principais respondedores de estresse rpoS e rpoE que, em combinação com alterações em genes específicos como fliA, podem explicar a motilidade aumentada na estirpe de E. coli ?ihf. Em conjunto, nesta tese, apresentamos evidências de que CRP, IHF e Fis controlam a atividade das regiões promotoras de genes envolvidos no desenvolvimento planctônico-biofilme.

O objetivo do presente estudo foi avaliar a capacidade de isolados de Listeria monocytogenes em formar biofilmes em superfícies inertes, bem como sua resistência a agentes sanitizantes. Foram utilizados 37 isolados provenientes de ambiente de laticínios, amostras de queijos e salmoura, pertencentes à coleção do Laboratório de Microbiologia e Micotoxicologia de Alimentos (LMMA) do Departamento de Engenharia de Alimentos da FZEA/USP. Dos 37 isolados avaliados, 67,6% eram pertencentes ao sorotipo 4b. Três isolados de L. monocytogenes foram obtidos de salmoura, 5 foram obtidos de caixas plásticas, 1 de queijo Prato, 1 da mão de manipulador de embalagens, e 27 foram isolados de superfícies sem contato com alimentos (piso da sala de pasteurização, piso da câmara fria, ralo da câmara fria ou estrado da câmara fria). Os isolados de L. monocytogenes apresentaram maior capacidade de produzir biofilme nos ensaios com cupons de aço inox (43,2% dos isolados), seguido dos ensaios em microplaca de poliestireno (16,2%), cupons de borracha (13,5%) e discos de silicone (2,7%). As células de L. monocytogenes aderidas nas superfícies do aço inox foram visualizadas sob microscopia eletrônica de varredura após 48 horas de incubação a 37ºC. Dezenove isolados de L.monocytogenes, os quais produziram biofilmes nos ensaios com aço inox, borracha ou silicone, foram testados para determinação da eficiência de sanitizantes pelo método de concentração inibitória mínima (CIM), utilizando-se ácido peracético (2%), cloreto de banzalcônio (1%), digluconato de clorexidina (2%), hipoclorito de sódio (2%) e tintura de iodo (2%). Os isolados de L. monocytogenes analisados apresentaram resistência a ácido peracético, hipoclorito de sódio e tintura de iodo, cujos valores de CIM foram 3,12%, 6,25% e 6,25%, respectivamente. Nenhum isolado apresentou resistência a cloreto de benzalcônio e digluconato de clorexidina, os quais foram eficientes para inibição de isolados de L. monocytogenes provenientes de amostras de queijos e ambientes de laticínios. A L. monocytogenes apresenta capacidade de persistir em ambiente de laticínios sob a forma de biofilme em várias superfícies inertes como aço inox, borracha e silicone, o que pode representar uma fonte permanente de contaminação para produtos e processos de obtenção de leite e derivados. / The objective of the present study was to evaluate the ability of isolates of Listeria monocytogenes to form biofilms and their resistance to sanitizers. Thirty seven strains belonging to the collection of the Laboratory of Microbiology and Food Mycotoxicology (LMMA), Department of Food Engineering of FZEA / USP, were used. Of the 37 isolates, 67.6% belonged to serotype 4b. Three isolates of L. monocytogenes were obtained from brine, 5 were obtained from plastic boxes, one of Prato cheese, one from the packaging handler\'s hand, and 27 were isolated from non-food contact surfaces (pasteurization room floor, the floor of the cold room, the drain cold or pallet from the cold chamber). The isolates of L. monocytogenes showed greater ability to produce biofilm in the assays with stainless steel coupons (43.2% of isolates), followed by polystyrene micro plate (16.2%), rubber coupons (13.5%) and silicone disks (2.7%) assays. Cells of L. monocytogenes attached to stainless steel surfaces were viewed under scanning electron microscopy after 48 hours incubation at 37°C. Nineteen strains of L. monocytogenes, which were considered biofilms producers in the assays with stainless steel, rubber or silicone, have been tested to evaluate the efficiency of the sanitizing method by means of the minimum inhibitory concentration (MIC), using peracetic acid (2%), sodium chloride benzalkonium (1%), chlorhexidine digluconate (2%), sodium hypochlorite (2%) and iodine solution (2%). The isolates of L. monocytogenes analyzed showed resistance to peracetic acid, sodium hypochlorite and iodine tincture, with MIC values of 3.12%, 6.25% and 6.25%, respectively. No isolate showed resistance to benzalkonium chloride and chlorhexidine digluconate, which were effective for inhibiting the isolates of L. monocytogenes from samples of cheeses and dairy environments. In conclusion, L. monocytogenes has the ability to persist in the environment of dairy products by forming biofilms in several inert surfaces such as stainless steel, rubber and silicone, which may represent a continuing source of contamination to manufacture processes of dairy products.