Matriz polimérica extracelular bacteriana: explorando a decomposição enzimática por glicosidases em biofilmes de Escherichia coli

Abstract

Atualmente, a resistência bacteriana demonstra-se como um grande problema para a saúde pública, isso ocorre uma vez que, as bactérias anteriormente suscetíveis aos tratamentos por antibióticos, não respondem mais a esses agentes. Considerando apenas a resistência antimicrobiana, o número estimado de mortes poderá aumentar para mais de 10 milhões de mortes/ano até 2050. Os microrganismos multirresistentes são capazes de criar mecanismos que interrompem a ação de antibióticos, entre eles, destaca-se o grupo intitulado ESKAPEE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp. e Escherichia coli). O biofilme bacteriano é uma arquitetura complexa onde os patógenos florescem e propagam-se na forma aderida à superfície. As bactérias nestes arranjos aproveitam-se de diversos benefícios como a proteção contra sinais ambientais (oxigênio, pH e temperatura) e agentes nocivos. Como foco deste projeto, foi realizado o estudo de enzimas com potencial na degradação de exopolissacarídeos de biofilmes de Escherichia coli 042. As enzimas identificadas com altas porcentagens na degradação e também na prevenção da formação de biofilmes, foram combinadas com o antibiótico ampicilina. Para a metodologia utilizou-se 3 enzimas diferentes, sendo elas: (i) Beta glicosidase da família GH1, proveniente do organismo Saccharophagus degradans (SdBgl1b); (ii) dispersina B pertencente a família GH20, proveniente do organismo Actinobacillus actinomycetemcomitans (DspB) e (iii) a protease papaína. A utilização das enzimas em conjunto com o antibiótico demonstrou valores reduzidos na caracterização do biofilme de Escherichia coli 042 através da técnica de unidades formadoras de colônia (CFU), esse resultado representa-se como algo positivo para o estudo, o mesmo sugere que as enzimas foram capazes de deteriorar o biofilme de E. coli permitindo assim a ação do antibiótico. Para a análise através da coloração de cristal violeta, a papaína comercial apresentou uma degradação de 93% na concentração de 1 mg/ml e a enzima DspB uma inibição de 89% na concentração de 0,03125 mg/ml.

Bacterial resistance is currently a major public health problem, as bacteria that were previously susceptible to antibiotic treatments no longer respond to these agents. Considering antimicrobial resistance alone, the estimated number of deaths could increase to more than 10 million deaths/year by 2050. Multidrug-resistant microorganisms are capable of creating mechanisms that interrupt the action of antibiotics, among them, the group called ESKAPEE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp. a and Escherichia coli) stands out. Bacterial biofilm is a complex architecture where pathogens flourish and spread in a form adhered to the surface. Bacteria in these arrangements take advantage of several benefits such as protection against environmental signals (oxygen, pH and temperature) and harmful agents. The focus of this project was to study enzymes with potential for degrading exopolysaccharides from Escherichia coli 042 biofilms. The enzymes identified as having high percentages in degradation and also in preventing biofilm formation were combined with the antibiotic ampicillin. Three different enzymes were used for the methodology: (i) Beta-glucosidase of the GH1 family, from the organism Saccharophagus degradans (SdBgl1b); (ii) dispersin B belonging to the GH20 family, originating from the organism Actinobacillus actinomycetemcomitans (DspB); and (iii) the protease papain. The use of the enzymes together with the antibiotic demonstrated reduced values in the characterization of the Escherichia coli 042 biofilm through the colony forming units (CFU) technique. This result represents something positive for the study, suggesting that the enzymes were able to deteriorate the E. coli biofilm, thus allowing the action of the antibiotic. For analysis through crystal violet staining, commercial papain showed a degradation of 93% at a concentration of 1 mg/ml and the enzyme DspB showed an inhibition of 89% at a concentration of 0,03125 mg/ml.