Degradação enzimática da matriz extracelular polimérica de biofilmes bacterianos

Abstract

Staphylococcus aureus é um dos principais patógenos humanos a nível global, em grande parte devido à sua alta capacidade de estabelecer infecções resistentes aos tratamentos convencionais, principalmente por sua habilidade em formar biofilmes. Biofilmes são comunidades microbianas envoltas por uma matriz extracelular polimérica (MEP), composta por diversas biomoléculas, especialmente polissacarídeos. Esta MEP confere proteção aos microrganismos contra fatores externos, incluindo agentes antimicrobianos. Portanto, a busca por estratégias que visem erradicar ou prevenir a formação de biofilmes é essencial para permitir o tratamento eficaz de infecções com os antimicrobianos disponíveis atualmente. Uma abordagem promissora é o uso de enzimas da classe das hidrolases de glicosídeos (GH), capazes de degradar os polissacarídeos presentes nas MEPs dos biofilmes bacterianos. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia de três enzimas da família GH20 na ação sobre o biofilme de uma linhagem de S. aureus. As enzimas AaGH20, ApGH20 e ChGH20 demonstraram capacidade tanto de inibir a formação de biofilme da linhagem S. aureus 03, quanto de degradar biofilmes previamente formados, como foi observado ao se utilizar a técnica de coloração com cristal violeta para quantificar a biomassa do biofilme. O pré-tratamento com essas enzimas no biofilme de S. aureus 03 foi capaz de restaurar a atividade antimicrobiana da gentamicina e de aprimorar a eficácia da Terapia Fotodinâmica com Azul de Metileno, como observado nos testes de viabilidade celular utilizando resazurina. Estes resultados promissores abrem caminho para investigações mais profundas, visando a avaliação de diversas enzimas sobre diferentes biofilmes. O objetivo futuro é o desenvolvimento de um coquetel enzimático que possa atuar de forma abrangente em biofilmes multiespécie, os mais frequentemente associados a infecções.

Staphylococcus aureus is one of the leading human pathogens worldwide, largely due to its high ability to establish infections that are resistant to conventional treatments, primarily by forming biofilms. Biofilms are microbial communities enclosed by an extracellular polymeric matrix (EPM), composed of various biomolecules, especially polysaccharides. This EPM provides protection to microorganisms against external factors, including antimicrobial agents. Therefore, the search for strategies to eradicate or prevent biofilm formation is crucial for enabling the effective treatment of infections with available antimicrobial agents. A promising approach is the use of glycoside hydrolase enzymes capable of degrading the polysaccharides present in bacterial biofilm EPMs. The objective of this study was to evaluate the effectiveness of three GH20 family enzymes in acting on S. aureus biofilms. The enzymes AaGH20, ApGH20, and ChGH20 were able to both inhibit biofilm formation by the S. aureus 03 strain and degrade pre-formed biofilms, as observed with crystal violet staining to measure the biofilm biomass. Pre-treatment with these enzymes on S. aureus 03 biofilms restored the antimicrobial activity of gentamicin and improved the effectiveness of Photodynamic Therapy with Methylene Blue, as observed measuring the cell viability with resazurin. These promising results pave the way for further investigations aimed at evaluating different enzymes on various biofilms. The future goal is to develop an enzymatic cocktail that can act comprehensively on multispecies biofilms, which are most commonly associated with infections.