Modulando reações fotoquímicas em monocamadas lipídicas de Escherichia coli com mecanismos de inserção dos fotossensibilizadores eosina decil éster e azul de toluidina-O - Moreira, Lucas Gontijo [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Danos fotodinâmicos ao envelope celular podem inativar microrganismos, o que deve auxiliar no combate ao fenômeno de super-resistência, atualmente potencializado pelo uso indiscriminado de antibióticos. A inativação microbiana depende da incorporação efetiva de fotossensibilizadores (FSs) nas membranas bacterianas, de forma a desencadear reações oxidativas sob iluminação controlada. Nesta dissertação, modelos miméticos da membrana bacteriana de Escherichia coli (E. coli) foram construídos via filmes de Langmuir para desvendar os mecanismos de ligação e os resultados de oxidação fotoinduzidos pelos FSs eosina decil éster (EosDEC) e o azul de toluidina-O (ATO). As isotermas de pressão de superfície indicaram a adsorção de ambos FSs nas membranas, obtendo expansões na área das isotermas de até 34% e 12%, para a EosDEC e o ATO, respectivamente. A espectroscopia de absorção no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) dos filmes de Langmuir-Schaefer (LS) revelaram que os mecanismos de ligação da EosDEC e do ATO são dominados por interações eletrostáticas com os grupos fosfatos e da carbonila, com inserções limitadas nas cadeias alifáticas dos lipídios. A irradiação nas membranas de E. coli com ATO reduziu a sua área em 2,5%, indicando a perda de material para a subfase, devido à clivagem das cadeias lipídicas gerada por reações dependentes de contato com estados excitados de ATO. Em contraste, um aumento de 3,9% na área das membranas irradiadas de E. coli com EosDEC foi detectado, sugerindo hidroperoxidação lipídica, proveniente de reações que independem do contato do FS. Mesmo considerando uma pequena inserção nas cadeias, a EosDEC saturada pode ter particionado para domínios predominantemente saturados, evitando o contato direto com as insaturações presentes nas membranas. Dessa forma, tais resultados indicam importantes efeitos na busca da inativação bacteriana, através do uso de modelos biológicos complexos de membranas bacterianas.

Photodynamic damage to the cell envelope can deactivate microorganisms, which should assist in combating the phenomenon of super-resistance, currently exacerbated by the indiscriminate use of antibiotics. Microbial inactivation depends on the effective incorporation of photosensitizers (PSs) into bacterial membranes, to trigger oxidative reactions under controlled illumination. In this work, mimetic models of the Escherichia coli (E. coli) bacterial membrane were constructed using Langmuir films to unravel the binding mechanisms and the results of photoinduced oxidation by the FSs eosin decyl ester (EosDEC) and toluidine blue-O (TBO). Surface pressure isotherms indicated the adsorption of both FSs on the membranes, resulting in expansions of the isotherm area up to 34% and 12% for EosDEC and TBO, respectively. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) of Langmuir-Schaefer (LS) films revealed that the binding mechanisms of EosDEC and TBO are dominated by electrostatic interactions with phosphate and carbonyl groups, with limited insertions into the aliphatic lipid chains. Irradiation of E. coli membranes with TBO reduced their area by 2.5%, indicating material loss to the subphase, due to cleavage of lipid chains generated by contact-dependent reactions with excited states of TBO. In contrast, a 3.9% increase in the area of E. coli membranes irradiated with EosDEC was detected, suggesting lipid hydroperoxidation resulting from reactions independent of PS contact. Even with limited insertion into the chains, saturated EosDEC may have partitioned into predominantly saturated domains, avoiding direct contact with the unsaturations present in the membranes. In that matter, these results indicate significant effects in the pursuit of bacterial inactivation, which were reached using complex biological models of bacterial membranes.
Modulating photochemical reactions in Escherichia coli lipid monolayers with the binding mechanisms of eosin decyl ester and toluidine blue-O photosensitizers
Keywords: Terapia fotodinâmica; Filmes de Langmuir; Membranas celulares; Bactéria; Escherichia coli; Resistência antimicrobiana; Fotossensibilizadores; Photodynamic therapy; Langmuir films; Cell membranes