Staphylococcus aureus, pathogène opportuniste de l’homme, est responsable de 30% des infections nosocomiales. L’apparition de souches multi résistantes aux antibiotiques en font un problème majeur de santé publique. La pathogénie de la bactérie résulte de l’expression d’une pléthore de facteurs de virulence, mais quels sont les mécanismes de régulation contrôlant l’expression de ces gènes ? Aujourd’hui, il est clairement établi que les ARN non-codant sont des molécules clés dans la régulation de l’expression des gènes. Plus de 50 ARN ont été identifiés chez S. aureus. Néanmoins la fonction de peu d’entre eux est connue. Durant ce travail de thèse, l’étude de la fonction et du mécanisme de régulation des ARN RsaA et RsaE a été entreprise. RsaA est un ARN sous le contrôle du facteur de stress sigmaB. Les résultats obtenus montrent que ce dernier régule la traduction de l’ARNm mgrA qui code pour un facteur de transcription important dans l’expression des gènes de virulence et la régulation de l’autolyse. Par appariement de base, RsaA cible l’ARNm en utilisant deux sites distants et coopératifs, permettant un interaction forte qui empêche la traduction de l’ARNm. In vivo, la délétion du gène rsaA perturbe la synthèse de biofilm de capsule. En régulant la traduction de sa cible, RsaA permet de relier l’adaptation au stress à l’expression des gènes de virulence. De manière plus générale, les réseaux de régulation des ARN se connectent les uns aux autres pour permettre à la bactérie d’intégrer une multitude de signaux provenant du milieu extracellulaire afin de moduler finement l’expression des gènes. / Staphylococcus aureus is a versatile and opportunist human pathogen, which is responsible of 30% of nosocomial infections. S. aureus is today an important public safety concern due to high persistence rate in hospital combined with emergence of multi resistant strains against antibiotics. The pathogenicity of the bacteria results from the expression of numerous virulence factors. An importance focus has been made to understand what triggers virulence genes expression. Regulatory RNAs are important regulators of genes expression in bacteria. In S. aureus, there is more than 50 RNAs identified, but there is a lack of investigations about their functions and regulatory networks. The aim of this work was to characterize the function and mechanism of action of RsaA and RsaE RNAs. RsaA is under the control of the stress factor sigma B. Computational analysis combined with global analysis of the proteome led to the discovery of one target : mgrA mRNA, which is a global transcription factor involved in autolysis and biofilm regulation. In vitro studies show that RsaA binds efficiently mgrA mRNA using two distant and cooperative interaction sites. Binding of RsaA to the mRNA prevents initiation of the translation. In vivo, rsaA gene deletion shows impact on biofilm and capsule production. By regulating the expression of mgrA mRNA, RsaA network is linked to agr system and virulence gene expression. In a more general way, this work shows that regulatory RNAs networks allow bacteria to modulate virulence, stress and metabolism gene expression depending on the signals provided by the environment of the bacteria.

Em consultórios odontológicos são utilizadas canetas rotatórias que durante seu uso entram em contato com a microbiota oral, podendo trazer conseqüências para o próprio paciente ou para outros que utilizarem o mesmo equipamento, se não houver um tratamento apropriado para sua reutilização. Para avaliar a eficiência de diferentes tratamentos utilizados rotineiramente na limpeza e desinfecção de equipamentos odontológicos, este trabalho descreve a produção de biofime in vitro em superfície de canetas odontológicas e a eficiência dos biocidas glutaraldeído, ácido peracético e álcool 70%, do detergente enzimático e da lavagem ultra-sônica para remoção do biofilme induzido, utilizando amostras de Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus. Para a padronização dos métodos, além de curvas de crescimento de ambos os micro-organismos, foram realizados testes de adesão em cupons obtidos pelo corte das canetas. Foram testados diferentes tempos de incubação para a produção do biofilme, cujo valor máximo foi obtido em 14 dias. A avaliação da formação de biofilme foi realizada pelo método de contagem de bactérias viáveis (CBV), por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e pelo método Cristal Violeta. A eficiência dos tratamentos na remoção do biofilme foi determinada pela diferença entre o número de células aderidas aos cupons submetidos ao tratamento e os cupons não submetidos. Maior remoção foi observada nos cupons tratados com ácido peracético, glutaraldeído e álcool 70% comparados aqueles tratados com detergente enzimático, lavagem ultra-sônica e solução salina. Os três primeiros tiveram eficiências similares, demonstradas pelos métodos CBV e MEV. O efeito dos tratamentos em S.aureus foi semelhante ao observado em P. aeruginosa, exceto a lavagem ultra-sônica que em S.aureus demonstrou melhor desempenho. Os tratamentos utilizados neste trabalho reduziram o biofilme em cupons de canetas odontológicas, mas não o removeram completamente, comprometendo a biossegurança na reutilização das canetas. / Rotating pens during its use in dental offices come into contact with the oral microbiota and may bring consequences to the patient or to others who use the same equipment, if there is not a clean suitable for reuse. To evaluate the efficiency of different treatments utilized routinely for cleaning dental equipments, this study describes the in vitro biofilm production on surfaces of dental pens and the efficiency of the biocides glutaraldehyde, peracetic acid, alcohol 70%, detergent enzyme and ultrasound rinsing for biofilm removal, using Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus strains. For the standardization of methods, and growth curves of both microorganisms, adhesion tests were performed on coupons obtained by cutting the pens. We tested different incubation times for the production of biofilm, whose maximum value was obtained in 14 days. Evaluation of biofilm formation was performed by the method of counting viable bacteria (CBV) and scanning electron microscopy (SEM) and Crystal Violet method.The efficiency of treatments on biofilm removal was determined by the difference between the number of cells attached to coupons submitted and not submitted to treatment. Higher removal was observed on the coupons treated with peracetic acid, glutaraldehyde and 70% alcohol than in those treated with enzyme detergent, ultrasonic washing and saline. The first three had similar efficiencies, as demonstrated by CBV and SEM. The effect of treatment on S. aureus was similar to that observed in P. aeruginosa, except for ultrasonic washing in S. aureus that showed better performance. Therefore, the treatments used in this work reduced but not completely removed the biofilm in dental coupons pens, which can compromise the biological safety when they are reused.

Les bactéries buccales n'infectent pas seulement la bouche mais y resident. Elles peuvent également passer dans la voie sanguine et atteindre des organes secondaires. S’il n'est pas traité, le biofilm dentaire peut provoquer une inflammation destructrice dans la cavité buccale, entrainant de graves complications médicales. Dans ce biofilm, Streptococcus gordonii, colonisateur oral primaire, constitue la plate-forme sur laquelle des colonisateurs pathogènes tardifs comme Porphyromonas gingivalis, l'agent causal des maladies parodontales, se lieront. L'objectif de la première partie de la thèse était de déterminer l'activité antibactérienne de onze composés de lichens appartenant à différentes familles chimiques, pour découvrir de nouveaux antibiotiques pouvant combattre ces bactéries buccales. Nous avons montré que trois composés avaient des activités antibactériennes prometteuses. L'acide psoromique enregistrait les CMIs le plus faibles. De nouveaux analogues de butyrolactone ont ensuite été conçus et synthétisés sur la base des composés antibactériens licheniques connus, les acides lichesteriniques, en substituant différents groupes fonctionnels sur le cycle butyrolactone pour améliorer son activité sur S. gordonii et P. gingivalis. Parmi les dérivés, B-12 et B-13 avaient la plus faible CMI où ils se sont révélés être des bactéricides plus forts, 2 à 3 fois plus, que l'antibiotique, doxycycline. B-12 et B-13 étaient également les plus efficaces vis-à-vis de P. gingivalis. La cytotoxicité de ces 2 composés a ensuite été vérifiée contre les cellulaires épithéliales gingivales humaines et les macrophages. Ils ne présentaient pas de toxicité contre les cellules testées. Une étude préliminaire de relation structure-activité a révélé le double rôle important apporté par deux substituants, chaîne alkyle en C5 et groupe carboxyle en C4 positions, dans leur mécanisme d'action. Ceci a été suivi par l'étude de l’activité antibiofilmique de B-12 et B-13 contre les deux souches orales en utilisant un test de cristal violet et microscopie confocale. Les deux dérivés ont montré, à une concentration plus faible, une inhibition maximale de la formation du biofilm, LCMI, de 9.38 μg/mL contre S. gordonii et 1.17 μg/mL contre P. gingivalis. Cependant, lorsque des concentrations sous-inhibitrices de B-12 et B-13 ont été utilisées, nous avons démontré que les deux souches étudiées pouvaient former des biofilms in vitro, accompagné d’une diminution de l'expression des gènes impliqués dans l'adhésion et la formation de biofilm. Pour mieux comprendre les mécanismes d'action des butyrolactones, nous avons étudié la localisation bactérienne du composé B-13 en synthétisant un B-13 marqué au NBD (4-nitro-benzo [1,2,5] oxadiazole) fluorescent conservant son activité antibactérienne. Par microscopie confocale et HPLC, nous avons montré que ce composé se lie à la surface cellulaire de S. gordonii. Ensuite, B-13 induit une rupture de la paroi cellulaire conduisant à la libération des constituants bactériens et par conséquent, à la mort de S. gordonii, une bactérie Gram-positive. L'expression de deux gènes, murA et alr, impliqués dans la synthèse de la paroi cellulaire, a été modifiée en présence de cette butyrolactone. Les bactéries Gram négatives telles que P. gingivalis ont également montré des cellules abimées présentant une rupture de la paroi en présence de B-13, ce qui suggère que cette butyrolactone agit sur des Gram-positives et Gram-négatives avec une plus grande efficacité contre les Gram-négatives. En outre, nous avons également démontré que l'analogue de B-13, B-12, induit une perturbation de la morphologie de P. gingivalis et S. gordonii. Toutes ces études ont démontré que les butyrolactones dérivées de lichen peuvent être proposés comme des composés antibactériens puissants contre les agents pathogènes oraux qui causent des complications médicales graves. / The oral bacteria do not only infect the mouth and reside there, but also travel via the blood and reach distant body organs. If left untreated, the dental biofilm that can cause destructive inflammation in the oral cavity may result in serious systemic medical complications. In dental biofilm, Streptococcus gordonii, a primary oral colonizer, constitutes the platform on which late pathogenic colonizers like Porphyromonas gingivalis, the causative agent of periodontal diseases, will bind. The aim of the first study was to determine the antibacterial activity of eleven natural lichen compounds belonging to different chemical families to uncover new antibiotics which can fight against the oral bacteria. Three compounds were shown to have promising antibacterial activities where psoromic acid had the lowest MICs of 11.72 and 5.86 µg/mL against S. gordonii and P. gingivalis, respectively. Novel butyrolactone analogues were then designed and synthesized based on the known lichen antibacterial compounds, lichesterinic acids (B-10 and B-11), by substituting different functional groups on the butyrolactone ring trying to enhance its activity on S. gordonii and P. gingivalis.. Among the derivatives, B-12 and B-13 had the lowest MIC of 9.38 µg/mL where they have shown to be stronger bactericidals, by 2-3 times, than the reference antibiotic, doxycycline. B-12 and B-13 were also the most efficient on P. gingivalis exhibiting MIC of 0.037 and 0.293 µg/mL and MBC of 1.17 and 0.586 µg/mL, respectively. These 2 compounds were then checked for their cytotoxicity against human gingival epithelial cells and macrophages by MTT and LDH assays which confirmed their safety against the tested cell lines. A preliminary study of the structure-activity relationships unveiled the important dual role contributed by two substituents, alkyl chain at C4 and carboxyl group at C5 positions, in their mechanism of action. This was followed by the investigation of B-12 and B-13 for their antibiofilm activity against both oral strains using crystal violet assay and confocal microscopy. Both derivatives displayed a lowest concentration with maximal biofilm inhibition, LCMI, of 9.38 µg/mL against S. gordonii and 1.17 µg/mL against P. gingivalis. However, when sub-inhibitory concentrations of B-12 and B-13 were used, we demonstrated that the two investigated strains were able to form biofilms in vitro. Indeed, this antibiofilm activity decreased as indicated by the expression of the genes implicated in adhesion and biofilm formation. To better understand the mechanism of action of butyrolactones, we have investigated B-13 bacterial localization by synthesizing a fluorescently labeled B-13 with NBD (4-nitro-benzo[1,2,5]oxadiazole) conserving its antibacterial activity. By confocal microscope, we showed that this compound binds to S. gordonii cell surface and this was also demonstrated by HPLC analysis. By adhering to cell surface, B-13 induced cell wall disruption leading to the release of bacterial constituents and consequently, the death of S. gordonii, a Gram-positive bacterium. The expression of two genes, murA and alr, implicated in cell wall synthesis, was modified in the presence of this butyrolactone. Gram-negative bacteria such as P. gingivalis showed also cracked and ruptured cells in the presence of B-13, suggesting that this butyrolactone acts on Gram-positive and Gram-negative strains, but with greater efficacy against the Gram-negatives. Besides, we also demonstrated that the analogue of B-13, B-12, has also induced disruption of P. gingivalis and S. gordonii. All these studies demonstrated that butyrolactones derived from a lichen metabolite can be proposed as potent antibacterial agents against oral pathogens causing serious medical complications.

O gênero Staphylococcus está intimamente relacionado às infecções hospitalares onde existe a presença de implantes médicos, em especial os cateteres venosos centrais (CVC). Nestas infecções, a habilidade de formar biofilme é considerada um importante fator de virulência entre Staphylococcus. Biofilmes são agregados microbianos envolvidos por uma matriz polimérica extracelular que confere proteção contra a ação do sistema imunológico e ação dos antimicrobianos, dificultando assim o tratamento das infecções relacionadas a implantes médicos. Os objetivos deste estudo foram: (i) avaliar a formação de biofilme em 222 isolados de Staphylococcus spp. de CVC através de dois métodos fenotípicos [ágar Congo Red (ACR) e microplacas com cristal violeta] e estabelecer possíveis marcadores genéticos de formação de biofilme, através da pesquisa dos genes icaA, icaD, aap e atlE, (ii) estabelecer um teste de suscetibilidade através da técnica de microdiluição em caldo para avaliar a concentração inibitória mínima de vancomicina necessária para erradicar o biofilme formado (CMEB), e comparar estes valores com os resultados obtidos através da técnica de concentração inibitória mínima (CIM) em crescimento planctônico.Das 222 amostras analisadas, encontramos 64,5% (143/222) de isolados formadores de biofilme. A detecção de biofilme em S. epidermidis foi de 64,5% e 54% pelos métodos de microplaca e ACR respectivamente, utilizando microplacas com cristal violeta como padrão ouro. Encontramos os genes icaA e icaD na grande maioria (92% - 132/143) dos isolados produtores, o que confirma a importância destes genes na formação de biofilme. Em um total de 37 S. aureus a produção de biofilme ocorreu em 81,1% (30/37) dos isolados, sendo que entre os MRSA a taxa foi de 88,9% e entre os MSSA de 78,6%. Os genes icaA e icaD estavam presentes em 25/30 das amostras formadoras de biofilme. Nos demais Staphylococcus spp. coagulase negativos não epidermidis foi observada uma taxa de produção de biofilme de 35,6% (6/19). Os isolados formadores de biofilme foram classificados em três categorias: forte, moderado e fraco. Entre os isolados forte e moderadamente produtores de biofilme foram observados uma maior razão CMEB / CIM (> 32) frente à vancomicina. Entre isolados biofilme negativos, não encontramos diferenças nos valores de CMEB e CIM. Embora a forma de crescimento em biofilme no processo infeccioso já tenha sido bem comprovada, os laboratórios de microbiologia clínica realizam testes de suscetibilidade em isolados na forma xii planctônica. Desta forma, os resultados obtidos neste estudo, indicam que a CIM pode não ser o parâmetro mais adequado para guiar a terapêutica. Sendo assim, é extremamente importante avaliar a suscetibilidade à vancomicina, em casos de infecções relacionadas à CVC, na forma de biofilme bacteriano (CMEB). / Staphylococcus is closely related to hospital infections, where the presence of medical implants exists, here represented by central venous catheter (CVC). In these infections, the ability to form biofilm is considered an important virulence factor among Staphylococcus. Biofilms are structured communities of microbial species involved by an extracellular polymeric matrix, which protects against the immunologic system and antimicrobial actions, making it harder to treat those infections related to medical implants. The goals of this study were: (i) to evaluate the biofilm formation in 222 isolates of Staphylococcus spp. of CVC through both phenotypic methods [agar Congo Red (ACR) and microtiter plates] and establish possible genetic markers of biofilm formation, through the research of the icaA, icaD, aap and atlE genes, by PCR, (ii) establish susceptibility in biofilm, through of the microdilution test to evaluate the minimal inhibitory concentration of vancomycin to eradicate the biofilm formed - Minimal Biofilm Eradication Concentration (MBEC) and to compare these results with the values found to the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) in growth planctonic. From the 222 analyzed samples, we found 64.5% (143/222) of isolates biofilm producers. The detection of the biofilm formation in the S. epidermidis was 64.5% and 54% by the microtiter plate and ACR methods, respectively, using microtiter plates as gold standard. We found icaA and icaD genes in most (92%) of the biofilm producing isolates, which confirms that those genes are essential for this kind of formation. In a total of 37 S. aureus, the biofilm production was observed in 81.1% (30/37) of the isolates. Concerning the MRSA we found 88.9% and among MSSA were observed 78.6% of biofilm-producing. The icaA and icaD genes were present in 25/30 of the samples biofilm producers. On the other Staphylococcus spp. coagulase negatives non-epidermidis, it was observed a number of 35.6% (6/19). The biofilm producing isolates were classified in three categories: strong, moderate and weak. Among the strong and moderate biofilm producing isolates, we could observe a higher ratio MBEC/MIC (>32) in relation to the vancomycin. Among negative biofilm isolates we found matching values for MBEC and MIC. Although the form of growth in biofilm among the infection process has already been well proven, the clinical microbiology laboratories perform susceptibility testing on isolates in the xiv planktonic form. Thus, the results of this study indicate that the MIC cannot be the most appropriate parameter to guide therapy. It is therefore extremely important to evaluate the susceptibility to vancomycin in cases of infection related to CVC, in the form of bacterial biofilms (MBEC).

Em contraste com a vasta descrição na literatura científica dos biofilmes bacterianos, poucos trabalhos focam o estudo da formação e as estratégias de inibição da constituição do biofilme fúngico. Este trabalho objetiva a caracterização do potencial antifúngico e antibiofilme do sal imidazólico 1-metil-3-octilimidazol cloreto (C16MImCl), e das frações (F70 e F90) purificadas de saponinas mate (Ilex paraguariensis A. st. Hil.), frente a células de biofilme de seis isolados clínicos de Candida tropicalis. A Concentração Inibitória Mínima (CIM) do C16MImCl foi de 0,014μg/mL frente às células planctônicas, ao passo que as Frações de Saponinas da Erva Mate (FSEM) não apresentaram atividade antifúngica. Utilizando o cateter traqueal (CT) como corpo de prova, foi utilizado para avaliar a capacidade de inibição e remoção do biofilme. Avaliou-se também a Concentração Mínima de Erradicação do Biofilme (CMEB) para remoção do biofilme pré-formado pelo método da microplaca. Para a atividade antibiofilme foi observado que o C16MImCl, apresentou melhor resultado quando comparado ao fluconazol. As FSEM também apresentaram atividade antibiofilme quando comparados ao fluconazol, entretanto menores do que o tensoativo sintético Pela análise dos resultados de CMEB, o C16MImCl foi o composto com maior capacidade de erradicar o biofilme pré-formado, na concentração de 0,9 μg/mL (92% a 100% de remoção do biofilme). Os demais compostos testados (fluconazol, FEM e a água) não apresentaram atividade removedora, observando-se valores menores que 80% de remoção. Tanto as concentrações nas quais C16MImCl inibiu as células planctônicas (0,014 μg/mL) como as de biofilme (0,028 -0,225 μg/mL) foram mais baixas que as obtidas pelo fluconazol. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade destes tensoativos, principalmente o C16MImCl, que demonstrou baixa toxicidade e provável mecanismo de ação sobre a síntese do ergosterol. Assim, é possível afirmarmos que estes tensoativos representam uma potencial alternativa para o controle químico de fungos leveduriformes, especialmente as ocasionadas por células de biofilme por C. tropicalis. / In contrast to the extensive description in the literature of bacterial biofilms, few works focus on the study of the formation and strategies for inhibiting the formation of fungal biofilms. This work aims to characterize the antifungal potential and antibiofilm the imidazole salt 1 - methyl - 3 - octilimidazol chloride (C16MImCl), and fractions (F70 and F90) purified saponins mate (Ilex paraguariensis A. st. Hil.), against to biofilm cells of six clinical isolates of Candida tropicalis. The Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of C16MImCl was 0.014 mg / mL to planktonic cells, whereas the Saponin Fractions of Yerba Mate (SFYM) showed no antifungal activity. Using the tracheal catheter (CT) as a specimen was used to evaluate the ability of the biofilm inhibition and removal. We also assessed the Minimum Biofilm Eradication Concentration (MBEC) to remove the preformed biofilms by the microplate method. For antibiofilm activity was observed that C16MImCl, showed better results when compared to fluconazole. The SFYM also had antibiofilm activity when compared to fluconazole, however smaller than the synthetic surfactant. By analyzing the results MBEC, the compound C16MImCl was capacity to eradicate pre- formed biofilm in a concentration of 0.9 mg / mL (92% to 100% biofilm removal) The other tested compounds (fluconazole, SFYM and water) showed no activity remover, observing less than 80 % removal values. Both concentrations at which they inhibit planktonic cells C16MImCl (0.014 μg/mL) and the biofilm (0.028 -0.225 μg/ml) were lower than those obtained by fluconazole. The results obtained demonstrate the potential of these surfactants, especially C16MImCl, which demonstrated low toxicity and probable mechanism of action on the synthesis of ergosterol. Thus, it is possible to assert that these surfactants are a potential alternative to chemical control of yeasts, especially those caused by biofilm cells of C. tropicalis.

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.

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Study program: Pharmacy Candidate: Jana Roubalová Consultant: RNDr. Klára Konečná, Ph.D. Title of thesis: Optimization of methods for sensitivity evaluation of biofilm-forming microbial agents towards substances with antimicrobial potential Background: The aim of this diploma thesis was to optimize the methodical approach to the production of yeast biofilms in vitro on the so-called pegs and the walls of the wells of the 96-well panel. This biofilm formation system should be an analogous approach to the commercially available Calgary Biofilm Device. 10 strains of Candida yeast and 4 different culture media (nutritionally poor / rich) were used to optimize the methodology. Both the reference strains and the clinical isolates were among the yeast strains tested. Methods: The ability to form yeast biofilms by different strains in different culture media was evaluated by the approach of fixation, staining of the formed biofilms by crystal violet and extraction and spectrophotometric measurement of the intensity of the extracted color. Results: Individual strains, after cultivation in different media, were categorized according to their ability to form biofilm. Larger yeast adherence occurs in the wells than on pegs where the yeast adhered very...

O advento do uso de cateteres venosos centrais na prática médica trouxe muitos benefícios aos pacientes, porém está relacionado a um aumento na incidência de infecções por microrganismos multirresistentes. Além disso, freqüentemente ocorre colonização por bactérias produtoras de biofilme. Estes microrganismos se aderem ao material abiótico desses dispositivos intravenosos, ficando protegidos sob a matriz exopolissacarídica do biofilme. Isso faz com que sistema imunológico e antimicrobianos sejam incapazes de ter sua ação plena e, muitas vezes, não atingem os microrganismos mais internos. O motivo deste insucesso é porque muitos desses agentes biológicos e farmacológicos apresentam propriedades físico-químicas incompatíveis com a penetração nesta matriz. Com o objetivo de determinar quais antimicrobianos são mais adequados para uso quando o microrganismo é produtor de biofilme e quais as propriedades físico-químicas que estão diretamente relacionadas à penetração do antimicrobiano na matriz polissacarídica, utilizou-se método colorimétrico com cristal violeta em microplacas modificado para obtenção de concentração inibitória mínima em biofilme (MBIC) e método já padronizado para concentração inibitória mínima (MIC). Para isso foram testados 10 antimicrobianos em Staphylococcus spp.: rifampicina, azitromicina, claritromicina, eritromicina, levofloxacino, gentamicina, doxiciclina, cloranfenicol, clindamicina e vancomicina. Para Pseudomonas aeruginosa foram testados os mesmos, exceto rifampicina e vancomicina. A discrepância entre MIC e MBIC foi muito grande para vários fármacos, mostrando a necessidade de se avaliar estes parâmetros antes do início da farmacoterapia para uma escolha correta, especialmente em hospitais. Os fármacos que apresentaram melhores resultados foram a rifampicina e os macrolídeos, enquanto que os menos efetivos foram vancomicina e clindamicina. Isso foi atribuído ao perfil lipofílico, porém com alguma solubilidade em água das melhores moléculas. Em contra ponto, a elevada área polar, complexidade e massa molar foram características negativas para a penetração em biofilme, resultando numa ineficácia para essas moléculas. Além disso, também foi avaliado o tratamento de polímeros plásticos com EDTA, obtendo-se redução significativa da produção de biofilme nas placas tratadas com o agente químico. / The use of central venous catheters in medicine has brought benefits to the patients and represents a great advance in clinical practice, while on the other hand this device is related to an increase in the incidence of infections caused by multiresistant pathogens. Furthermore, frequently, the catheters get colonized by biofilm producing bacteria. These microorganisms adhere to the abiotic material of the catheters keeping themselves protected underneath the exopolysaccharide matrix of biofilm, this way the immune system and antimicrobials are incapable to fulfill their action and, many times, are unable to reach internal bacteria. This fact is explained by the fact that many of the biological and pharmacological agents have physical-chemical properties incompatible with the penetration into the matrix. Aiming to determine which antimicrobials are suitable for using when dealing with a biofilm producing microorganism and which physical-chemical properties are directly related to the agent penetration into the polysaccharide matrix, we used colorimetric method with crystal violet to obtain biofilm minimum inhibitory concentration (MBIC) and the already standardized method for minimum inhibitory concentration (MIC). To accomplish these 10 antimicrobials were tested in Staphylococcus spp.: rifampin, azithromycin, clarithromycin, erythromycin, levofloxacin, gentamicin, doxycycline, chloramphenicol, clindamycin and vancomycin. For Pseudomonas aeruginosa all antimicrobials except for rifampin and vancomycin were included. There was a great difference between MIC and MBIC for many drugs, showing the need to evaluate these parameters before beginning treatment. The drugs with better results were rifampin and macrolides, while the worse were vancomycin and clindamycin, which can be attributed to the lipophilic profile with some water solubility present in the molecules with better results. The characteristics associated with poor penetration into biofilm were high polar surface area, complexity e molecular weight. Furthermore, the previous treatment of the plastic polymers with EDTA was accessed resulting in statistically significant reduction of biofilm production.

Os cimentos de ionômero de vidro são biomateriais constituídos de polímeros ácidos, vidro básico (ionizável) e água, sendo usados amplamente no campo odontológico, como materiais restauradores ou ainda como cimentadores de bandas ortodônticas. Estes compostos podem ser suscetíveis a formação de biofilmes por espécies de Candida na sua superfície em função da rugosidade associada a colonização fúngica do meio bucal. Pesquisas na área de desenvolvimento de biomateriais funcionais tem buscado desenvolver compostos de alta eficácia e baixa toxicidade que sejam capazes de inibir a formação de biofilmes sobre superfícies biológicas. Considerando a busca por novos biomateriais, foi desenvolvido um estudo ex vivo com o objetivo de modificar a estrutura de um cimento de ionômero de vidro comercialmente disponível (Ketac® Cem Easymix 3M) através da inserção do sal imidazólico cloreto de 1-nhexadecil- 3-metilimidazol comparado ao cloreto de cetilpiridínio para compor um novo composto com atividade antibiofilme. O sal imidazólico e o cloreto de cetilpiridínio foram acrescentados diretamente ao pó do ionômero de vidro na proporção de 10 ppm p/p. A partir desta adição inicial, foi realizada a reação de polimerização do ionômero, obtendo corpos de prova (CP) medindo 5 mm Ø × 3 mm h, os quais foram divididos em 03 grupos: CP1, constituído do ionômero na formulação original (controle de crescimento de biofilme); CP2, constituído do ionômero acrescido com o cloreto de cetilpiridínio (referência) e CP3, constituído do ionômero acrescido do sal imidazólico. Foram testadas nove cepas de Candida não albicans resistentes ao antifúngicos usuais, sendo três cepas de C. glabrata (RL22, RL24 e RL25), três cepas de C. tropicalis (57A, 72A e 72P) e três cepas de C. parapsilosis (RL11, RL20 e RL32), todas depositadas no Laboratório de Micologia da UFRGS. Avaliou-se a resistência a deformação plástica pelo teste de microdureza; a atividade antibiofilme pela avaliação de inibição de crescimento na superfície dos CP por microscopia eletrônica de varredura e avaliação de hipoalerginicidade pelo teste da membrana cório-alantoide. O teste de microdureza não apresentou diferença significativa (p>0,05) entre os três grupos, com valor médio de 44.2 HV para o CP1, 43.5 HV para o CP2 e 43,1 HV para o CP3. A avaliação da superfície dos CP através da análise de microscopia eletrônica demonstrou haver inibição completa da formação do biofilme de todas as cepas testadas. O teste da membrana cório-alantoide indicou que o ionômero de vidro na sua composição original, bem como acrescido dos dois compostos testados, demonstrou ser hipoalergênico. Considerando os dados apresentados, podemos concluir que a adição do sal imidazólico na formulação do ionômero de vidro promoveu a ação antibiofilme contra cepas multirresistente sem perda nas características de microdureza e hipoalergenicidade. / Glass ionomer cements are biomaterials composed of acid polymers, basic glass (ionizable) and water, being widely used in dentistry, as restorative materials or as orthodontic bands. These compounds may be susceptible to biofilm formation on their surface by Candida species because of the roughness associated with fungal colonization of the oral cavity. Research on antifungal drugs development has focused on the synthesis of new compounds, that present effective action and low toxicity that are able to inhibit the formation of biofilms on biological surfaces. Considering the demand for biomaterials with antibiofilm activity, an ex vivo study was developed with the objective of modifying the structure of a commercially available glass ionomer cement (Ketac® Cem Easymix 3M) by insertion of the imidazole salt 1-n-hexadecyl-3- methylimidazole chloride compared to the cetylpyridinium chloride to make a novel compound with antibiofilm activity. The imidazole salt and cetylpyridinium chloride were added directly to the glass ionomer powder at a ratio of 10 ppm w/w. From this initial addition, the ionomer polymerization reaction was performed, obtaining test specimens (TS) measuring 5 mm Ø × 3 mm h, divided into three groups; i) TS1, composed only of GIC (growth control reference); ii) TS2, glass ionomer and cetylpyridinium chloride added directly to the powder (drug reference); and iii) TS3, glass ionomer and imidazolium salt using the same procedure. Nine strains of nonalbicans Candida, resistant to usual antifungals, were used; three C. glabrata strains (RL22, RL24 and RL25), three C. tropicalis strains (57A, 72A and 72P) and three C. Parapsilosis strains (RL11, RL20 and RL32), all the strains are deposited in the Mycology Collection at UFRGS. The plastic deformation was evaluated by the microhardness test; the antibiofilm activity by the evaluation of inhibition of growth on the surface of the specimens by scanning electron microscopy and evaluation of hypoallerginicity by the test of the chorioallantoic membrane. The plastic deformation evaluation showed no significant difference among the three groups, with a mean value of 44.2 HV for TS1, 43.5 HV for TS2 and 43,1 HV for TS3. Evaluating the biofilm formation on TSs, all the isolates form biofilm on TS1 (reference). On the other hand, both TS2 and TS3 were able to inhibit surface biofilm growth. The allergenicity evaluation of the three TSs showed no evidence of tissue alteration, considering that the eggs’ chorioallantoic membrane remained intact. Considering the presented data, we can conclude that the addition of the imidazole salt in the glass ionomer formulation promoted the antibiofilm action against multiresistant strains without loss in the characteristics of microhardness and hypoallergenicity.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:55:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aline Dias Ribeiro.pdf: 1981766 bytes, checksum: cf9b688ead72c08ab9f20a3a8c84afcc (MD5) Previous issue date: 2013-08-09 / INTRODUÇÃO: Infecções de corrente sanguínea por fungos têm se destacado principalmente pelo crescente número de casos de candidemia (infecções por Candida spp neste sítio). Atualmente, este fungo figura como um dos sete patógenos mais comuns em infecções nosocomiais, apresentando taxas de mortalidade bruta entre 40 e 70% e atribuída, de 50%. Formação de biofilme é frequentemente associada a persistente infecção por Candida spp. e dificulta o tratamento devido à elevada resistencia que as células fúngicas adquirem a drogas antifungicas, nestas circunstâncias. OBJETIVOS: Determinar a incidência de candidemias no Hospital Universitário Cassiano Antônio de Moraes (HUCAM), entre 1º de março de 2011 a 30 de dezembro de 2012; determinar as taxas de prevalência das espécies de Candida spp.e testar a potencial atividade das drogas anfotericina B e voriconazol na inibição de formação de biofilme pelas espécies isoladas. MATERIAIS e MÉTODOS: Informações sobre o número total de admissões e de pacientes-dia, na UTI e UTIN do HUCAM foram fornecidos pelo setor de estatística e as 32 cepas de Candida spp., obtidos de sangue, urina e ponta de cateter foram isoladas no laboratório de Análises Clínicas deste hospital. Para as análises de inibição de formação de biofilme foram utilizados os testes estatísticos de Wilcoxon, de Sinais e de Mann-Whitney. RESULTADOS: O setor do HUCAM com maior incidência de candidemia foi a UTIN (8,6/10.000 pacientes-dia e 14,2/1.000 internações). Candida spp foi 5º microrganismo mais isolado das ICS, com predomínio de espécies não-albicans (81%), sendo C. parapsilosis a espécie mais frequente. Na UTIN, a frequência de candidemia por C. albicans foi de 67% e a única espécie não-albicans isolada foi Candida parapsilosis. Na avaliação da inibição de formação de biofilme foi constatado que as concentrações de anfotericina B estatisticamente significantes foram: 128 μg/mL para as epécies C. albicans, C parapsilosis e C tropicalis e 64 μg/mL para as espécies agrupadas em outros . Voriconazol foi capaz de inibir formação de biofilme apenas para isolados da espécie C. albicans e na maior concentração testada (16 μg/mL). CONCLUSÕES: A maior incidência de candidemia no HUCAM foi encontrada para recém-nascidos internados na UTIN. A distribuição das espécies de Candida variou de acordo com setores do hospital, mas sofreu pouca alteração em relação ao período estudado. No geral, anfotericina B foi mais eficaz que voriconazol na inibição de formação de biofilme por espécies de Candida / INTRODUCTION: Bloodstream fungi infections have highlighted mainly by the growing number of cases of candidemia (infections by Candida spp this site). Currently, this fungus figure as one of seven most common pathogens in nosocomial infections, presenting mortality rates gross between 40 and 70%, and attributed of 50%. Biofilm formation is often associated with the persistent Candida spp. infection and it complicates the treatment due to high resistence that fungal cells acquire to antifungal drugs, in these circumstances. OBJECTIVES: Estabilish the candidemias incidence in University Hospital Cassiano Antônio de Moraes (HUCAM), between 1 º of March 2011 to December 30 2012; estabilish prevalence rates of Candida spp. species e test the potential drug activity of amphotericin B and voriconazole in the inhibition of biofilm formation by the species isolated. MATERIALS AND METHODS: Information on the total number of admissions and patient-days in the ICU and NICU s HUCAM were provided by statistics sector and 32 Candida spp. strains obtained from blood, urine and catheter tip were isolated in Laboratory of Clinical Analysis of the hospital. Inhibition of biofilm formation tests were analized using statistical of Wilcoxon, of Signs and of Mann-Whitney. RESULTS: HUCAM s sector with greater incidence of candidemia was the NICU (8.6 / 10,000 patients-day and 14,2 / 1,000 hospitalizations). Candida spp was the fifth most isolated microorganism of BSI, with predominance of non-albicans species (81%), being C. parapsilosis the species most frequent. In NICU, the frequency of candidemia by C. albicans was 67% and the only non-albicans specie isolated was Candida parapsilosis. In the evaluation of biofilm formation inhibition was evidenced that the concentrations of amphotericin B statistically significant were: 128 μg / mL for the species C. albicans studied, C. parapsilosis and C. tropicalis and 64 μg / mL for the species grouped into "others". Voriconazole was able to inhibit biofilm formation only for isolates of the species C. albicans and at the highest concentration tested (64 μg / ml). CONCLUSIONS: The highest incidence of candidemia in HUCAM was found for neonates interned in NICU. The distribution of Candida species ranged according with sectors the hospital, but suffered little alteration in relation to period studied. Overall, amphotericin B was more effective than voriconazole in the inhibition of biofilm formation by Candida species