Made available in DSpace on 2012-05-07T14:50:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) 000007.pdf: 3708904 bytes, checksum: 1145cd13e82227a985ac1c3cc2ec2ecb (MD5) Previous issue date: 2009 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde / Os estafilococos coagulase-negativa (ECN) são considerados patógenos potencialmente causadores de infecções no homem, principalmente aquelas relacionadas ao uso de dispositivos médicos. O tratamento destas infecções tem se tornado cada vez mais um desafio para a saúde pública, uma vez que os ECN têm apresentado resistência a múltiplas drogas antimicrobianas. Os desinfetantes de superfícies, como os compostos quaternários de amônio, amplamente usados em ambiente hospitalar, muitas vezes também se tornam ineficientes contra estes patógenos hospitalares o que pode ser evidenciado pelo surgimento de cepas resistentes ou mesmo apresentando susceptibilidade reduzida a estes compostos. Neste estudo, tivemos como objetivos identificar isolados clínicos de ECN oriundos de um hospital público do Rio de Janeiro utilizando-se sistemas automatizados e semi-automatizados de identificação, verificar a susceptibilidade destes isolados clínicos às drogas antimicrobianas fenotipicamente ou genotipicamente e avaliar a susceptibilidade a um desinfetante à base de compostos quaternários de amônio. Como a espécie Staphylococcus epidermidis foi prevalente entre os 63 isolados clínicos estudados, sua diversidade genética foi analisada por PFGE. Apenas um dos isolados clínicos não foi identificado pelos métodos adotados. Dentre os isolados, 69,8por cento apresentaram resistência a mais de seis drogas, representando uma séria preocupação. O método automatizado Vitek detectou uma alta taxa de resistência à oxacilina, que estava associada à resistência intermediária à vancomicina em um isolado clínico. A resistência à oxacilina foi examinada também pelos testes de triagem em ágar contendo oxacilina e de difusão em disco contendo cefoxitina. Comparando estes dois métodos à detecção do gene mecA, considerada como padrão-ouro para indicar isolados meticilina-resistentes, o último mostrou melhor acurácia para revelar a expressão da PBP2a. [...]

Apesar de ser principalmente um colonizador da pele e mucosas, Staphylococcus epidermidis, juntamente com outros estafilococos coagulase negativos, tornou-se um importante patógeno oportunista, responsável por infecções nosocomiais associadas ao uso de dispositivos implantáveis. O fator mais importante na patogênese de infecções estafilocócicas associadas a estes dispositivos é a habilidade do patógeno de formar um biofilme bacteriano, sendo que a presença dos genes ica, aap e atlE é considerada importante para a sua formação. Este estudo compara diferentes métodos para a detecção de formação de biofilme em S. epidermidis isolado de cateter venoso central (CVC). Dois métodos fenotípicos foram realizados: o teste da microplaca, considerado o padrão ouro e o teste com ágar Congo Red (ACR). No método genotípico, através da técnica de PCR, foi verificada a presença dos genes icaA, icaD, aap e atlE. Das 166 amostras analisadas, 107(64%) produziram biofilme pelo teste da microplaca, sendo 17 fortes, 23 moderadas e 67 fracas produtoras, enquanto 90(54%) produziram biofilme pelo teste com ACR. Foi verificada a presença dos genes icaA e icaD em 97% (104/107) das amostras produtoras de biofilme pela microplaca; em 77% foi identificado o gene aap e em 92% o gene atlE. Os genes icaA e icaD foram considerados os marcadores mais confiáveis na identificação molecular de biofilme porque apresentaram maior sensibilidade (97%) quando comparados com os demais genes. A ausência de genes icaA e icaD em três isolados produtores de biofilme através do teste da microplaca, chamados de “ica-independente”, sugerem a presença de um mecanismo alternativo de formação de biofilme, como a proteína Aap, que pode substituir funcionalmente PIA como uma adesina intercelular. A alta prevalência do gene atlE entre os isolados deste estudo pode ser explicada pelo fato de a proteína AtlE ser um importante fator para a aderência em superfícies plásticas como CVC. Porém a sua presença nem sempre implica em formação de biofilme. Este estudo confirma a importância do operon ica na formação do biofilme e nas infecções relacionadas a cateter, uma vez que a maioria das amostras produtoras de biofilme isoladas de CVC carreavam tal gene. / Although Staphylococcus epidermidis is essentially a colonizer of skin and mucous membranes, it has become an important opportunistic pathogen among other coagulasenegative staphylococci, and it is responsible for nosocomial infections associated to indwelling medical devices. The most important factor in the pathogenesis of staphylococcal device-related infections is the pathogen ability to produce a biofilm, and it has been demonstrated that ica, aap and atle genes are important to its production. The present study compares different detection methods of biofilm formation in isolates of S. epidermidis from central venous catheter (CVC). Two phenotypic methods were performed: the microtiter plate test, considered a golden standard, and Congo red agar test. Through a genotypic method, using the PCR technique, it was verified the presence of icaA, icaD, aap and atlE genes. Using the microtiter plate assay, biofilm formation was observed in 107 of 166 analyzed samples (64%, including 17 strong, 23 moderate and 67 weak producers) while the Congo Red agar (CRA) plate assay reveled 90 (54%) biofilm producers. The presence of icaA and icaD genes was verified in 104 of the 107 biofilm producers samples identified through the microtiter assay (97%), while 77% presented aap gene and 92% presented atlE gene. Compared to other genes, icaA and icaD presented the higher sensibility (97%) and were considered the most reliable markers for molecular identification of biofilm producers. The absence of icaA and icaD genes in three biofilm-producing isolates identified through the microtiter assay (the “ica-independent”) suggests the existence of an alternative mechanism for biofilm formation, such as the Aap protein, that can be a functionally substitute for PIA as an intercellular adhesin. The high occurrence of atlE gene among the isolates in this study may be due to AtlE protein being an important factor for adherence to plastic surfaces, such as CVC, but the presence of this gene does not always results in biofilm formation. The present study corroborate the importance of ica operon in biofilm formation and in catheter-related infections, since most of the biofilm-producing sample isolates from CVC presented these genes.

Apesar de ser principalmente um colonizador da pele e mucosas, Staphylococcus epidermidis, juntamente com outros estafilococos coagulase negativos, tornou-se um importante patógeno oportunista, responsável por infecções nosocomiais associadas ao uso de dispositivos implantáveis. O fator mais importante na patogênese de infecções estafilocócicas associadas a estes dispositivos é a habilidade do patógeno de formar um biofilme bacteriano, sendo que a presença dos genes ica, aap e atlE é considerada importante para a sua formação. Este estudo compara diferentes métodos para a detecção de formação de biofilme em S. epidermidis isolado de cateter venoso central (CVC). Dois métodos fenotípicos foram realizados: o teste da microplaca, considerado o padrão ouro e o teste com ágar Congo Red (ACR). No método genotípico, através da técnica de PCR, foi verificada a presença dos genes icaA, icaD, aap e atlE. Das 166 amostras analisadas, 107(64%) produziram biofilme pelo teste da microplaca, sendo 17 fortes, 23 moderadas e 67 fracas produtoras, enquanto 90(54%) produziram biofilme pelo teste com ACR. Foi verificada a presença dos genes icaA e icaD em 97% (104/107) das amostras produtoras de biofilme pela microplaca; em 77% foi identificado o gene aap e em 92% o gene atlE. Os genes icaA e icaD foram considerados os marcadores mais confiáveis na identificação molecular de biofilme porque apresentaram maior sensibilidade (97%) quando comparados com os demais genes. A ausência de genes icaA e icaD em três isolados produtores de biofilme através do teste da microplaca, chamados de “ica-independente”, sugerem a presença de um mecanismo alternativo de formação de biofilme, como a proteína Aap, que pode substituir funcionalmente PIA como uma adesina intercelular. A alta prevalência do gene atlE entre os isolados deste estudo pode ser explicada pelo fato de a proteína AtlE ser um importante fator para a aderência em superfícies plásticas como CVC. Porém a sua presença nem sempre implica em formação de biofilme. Este estudo confirma a importância do operon ica na formação do biofilme e nas infecções relacionadas a cateter, uma vez que a maioria das amostras produtoras de biofilme isoladas de CVC carreavam tal gene. / Although Staphylococcus epidermidis is essentially a colonizer of skin and mucous membranes, it has become an important opportunistic pathogen among other coagulasenegative staphylococci, and it is responsible for nosocomial infections associated to indwelling medical devices. The most important factor in the pathogenesis of staphylococcal device-related infections is the pathogen ability to produce a biofilm, and it has been demonstrated that ica, aap and atle genes are important to its production. The present study compares different detection methods of biofilm formation in isolates of S. epidermidis from central venous catheter (CVC). Two phenotypic methods were performed: the microtiter plate test, considered a golden standard, and Congo red agar test. Through a genotypic method, using the PCR technique, it was verified the presence of icaA, icaD, aap and atlE genes. Using the microtiter plate assay, biofilm formation was observed in 107 of 166 analyzed samples (64%, including 17 strong, 23 moderate and 67 weak producers) while the Congo Red agar (CRA) plate assay reveled 90 (54%) biofilm producers. The presence of icaA and icaD genes was verified in 104 of the 107 biofilm producers samples identified through the microtiter assay (97%), while 77% presented aap gene and 92% presented atlE gene. Compared to other genes, icaA and icaD presented the higher sensibility (97%) and were considered the most reliable markers for molecular identification of biofilm producers. The absence of icaA and icaD genes in three biofilm-producing isolates identified through the microtiter assay (the “ica-independent”) suggests the existence of an alternative mechanism for biofilm formation, such as the Aap protein, that can be a functionally substitute for PIA as an intercellular adhesin. The high occurrence of atlE gene among the isolates in this study may be due to AtlE protein being an important factor for adherence to plastic surfaces, such as CVC, but the presence of this gene does not always results in biofilm formation. The present study corroborate the importance of ica operon in biofilm formation and in catheter-related infections, since most of the biofilm-producing sample isolates from CVC presented these genes.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22331号 / 医博第4572号 / 新制||医||1041(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 中川 一路, 教授 長尾 美紀, 教授 秋山 芳展 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

O controle na formação do biofilme em implantes e próteses ortopédicas continua sendo um dos grandes desafios acerca da infeção relacionada aos dispositivos na área da saúde. O objetivo desta pesquisa foi investigar biomateriais com aplicabilidade na ortopedia, visando os avanços e enfrentamentos dos desafios na área da infectologia. Uma revisão integrativa foi realizada a respeito da formação de biofilme em biomateriais de próteses de quadril com a finalidade de contribuir com as medidas de prevenção e controle aos agravos infecciosos. Além disso, a formação in vitro do biofilme em função dos biomateriais (titânio e titânio revestido com biovidro F18), microrganismos (Staphylococcus epidermidis e Candida albicans) e tempos de incubação (2, 4 e 8 horas) foi avaliada por microscopia de fluorescência. A revisão integrativa foi realizada no portal PubMed da National Library of Medicine, bem como nas bases Cochrane, Embase, Web of Science, CINAHL e LILACS com a inclusão de estudos primários sobre a temática, publicados online até novembro de 2017, em português, inglês e espanhol. Na fase experimental / laboratorial, biofilmes de S. epidermidis (ATCC 12228) e C. albicans (ATCC 90028) foram formados em corpos de prova de titânio e titânio revestido com biovidro F18 após 2, 4 e 8 horas de incubação a 37?C sob agitação orbital. As áreas das imagens dos corpos de prova, em porcentagem, recobertas com biofilme (células vivas) foram avaliadas por microscopia de fluorescência. Os dados coletados foram submetidos à análise estatística empregando-se os testes de normalidade Shapiro Wilk, U de Mann-Whitney e t de Student por meio do software IBM SPSS Statistics (versão 25) e nível de significância ?=5%. Na revisão integrativa, os resultados demonstraram que dos 16 estudos primários, 81,25% eram pesquisas experimentais in vitro e que novos biomateriais foram desenvolvidos para prevenir a formação de biofilme. Com relação à fase experimental / laboratorial, houve menor formação de biofilme por S. epidermidis e C. albicans (p<0,001) no titânio revestido com biovidro F18 do que no titânio, após 8 horas de incubação. Entretanto, houve maior formação de biofilme por S. epidermidis e C. albicans após 8 horas do que em 2 horas de incubação, tanto no titânio quanto no titânio revestido com biovidro F18 (p<0,05). Em suma, a revista da literatura mencionou o desenvolvimento de biomateriais novos para prevenir a formação de biofilme. Na fase laboratorial / experimental, o titânio revestido com biovidro F18 apresentou atividade antibiofilme em comparação com o titânio, e os tempos de incubação de 2 para 8 horas aumentaram a formação de biofilme em ambos os biomateriais. Ainda, pesquisas futuras acerca do biovidro F18 fundamentadas nos aspectos físicoquímicos, bioquímicos e microbiológicos são importantes para a elucidação dos mecanismos de ação relacionados ao controle dos biofilmes / The control of biofilm formation on implants and orthopedic prostheses still is one of the major challenges concerning infection related to devices in the health field. The objective of this research was to investigate biomaterials with applicability in orthopedics, aiming for advances and facing challenges in the infectology area. An integrative review was performed regarding biofilm formation on hip prosthesis biomaterials in order to contribute to the preventive and infection control measures. Moreover, the in vitro biofilm formation according to biomaterials (titanium and titanium coated with F18 bioglass), microorganisms (Staphylococcus epidermidis and Candida albicans) and incubation times (2, 4 and 8 hours) was evaluated by fluorescence microscopy. The integrative review was performed on PubMed portal from National Library of Medicine as well as on Cochrane, Embase, Web of Science, CINAHL and LILACS databases with the inclusion of primary studies about the topic, published online up until November 2017, in Portuguese, English and Spanish. In the experimental / laboratory step, S. epidermidis (ATCC 12228) and C. albicans (ATCC 90028) biofilms were formed on proof bodies of titanium and titanium coated with F18 bioglass after 2, 4 and 8 hours of incubation at 37?C under orbital shaking. The image areas of proof bodies, in percentage, coated with biofilm (living cells) were evaluated by fluorescence microscopy. The data collected were submitted to statistical analysis using normality tests Shapiro Wilk, U from Mann-Whitney and t from Student through IBM SPSS Statistics (version 25) software and significance level ?=5%. In the integrative review, the results showed that among 16 primary studies, 81.25% were in vitro experimental studies and that new biomaterials were developed to prevent biofilm formation. Regarding experimental / laboratory step, there was less biofilm formation by S. epidermidis and C. albicans (p<0.001) on titanium coated with F18 bioglass than on titanium, after 8 hours of incubation. However, there was more biofilm formation by S. epidermidis and C. albicans after 8 hours than in 2 hours of incubation, both on titanium and on titanium coated with F18 bioglass (p<0.05). In sum, the literature review mentioned the development of new biomaterials to prevent biofilm formation. In laboratory / experimental step, titanium coated with F18 bioglass presented antibiofilm activity in comparison with titanium, and the incubation times of 2 to 8 hours increased biofilm formation on both materials. Besides, future studies about F18 bioglass based on physicochemical, biochemical and microbiological aspects are important for the elucidation of action mechanisms related to biofilms control