UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA MAYRON ALVES DE VASCONCELOS ATIVIDADE DE LECTINAS E METABÓLITOS BIOATIVOS DE PLANTAS SOBRE BIOFILMES MICROBIANOS DE INTERESSE CLÍNICO FORTALEZA 2013 MAYRON ALVES DE VASCONCELOS ATIVIDADE DE LECTINAS E METABÓLITOS BIOATIVOS DE PLANTAS SOBRE BIOFILMES MICROBIANOS DE INTERESSE CLÍNICO Tese de Doutorado submetida à Coordenação do Curso de Pós- Graduação em Bioquímica da Universidade Federal do Ceará como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica. Orientador: Prof. Dr. Benildo Sousa Cavada. Co-orientador: Prof. Dr. Edson Holanda Teixeira FORTALEZA 2013 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca de Ciências e Tecnologia V451a Vasconcelos, Mayron Alves de. Atividade de lectinas e metabólitos bioativos de plantas sobre biofilmes microbianos de interesse clínico / Mayron Alves de Vasconcelos. – 2013. 265 f. : il. color., enc. ; 30 cm. Tese(doutorado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, Pós-Graduação em Bioquímica, Fortaleza, 2013. Orientação: Prof. Ph. D. Benildo Sousa Cavada. Coorientação: Prof. Dr. Edson Holanda Teixeira. 1. Biofilme. 2. Lectinas. 3. Biomoléculas. I. Título. CDD 574.192 A Deus, por sempre estar comigo e conduzir meu caminho todas as horas. Aos meus amados pais Maria Artemiza e Cristovão Markam. Dedico. AGRADECIMENTOS A Deus por ter concedido o dom da vida e por todas as obras realizadas na minha vida; Aos meus pais, Maria Artemiza Alves de Vasconcelos e Cristovão Markam Oliveira de Vasconcelos, por seus valorosos ensinamentos, por minha formação como pessoa, sem eles nada seria possível; e a minha irmã Samara por tornar a vida familiar sempre agradável; A minha namorada Marília Maciel, pessoa que conheci do outro lado do oceano e por quem guardo muito amor e carinho, gostaria de agradecê-la pela companhia, paciência, ajuda incondicional em qualquer ocosião e pelo simples fato de está presente em minha vida; Ao meu orientador Prof. Dr. Benildo Sousa Cavada, por me receber e me fazer integrante do BioMol-Lab, por ter acreditado no meu potencial e no meu trabalho e, principalmente, pelos ensinamentos fundamentais para o meu trabalho e para minha vida pessoal; Ao meu co-orientador, e grande amigo, Prof. Dr. Edson Holanda Teixeira por me conduzir à pesquisa desde a graduação, por confiar e acreditar no meu trabalho e no meu potencial, e por ser um exemplo a ser seguido; As professoras Maria Olivia Pereira e Mariana Henriques do grupo de Biofilmes da Universidade do Minho, onde realizei grande parte dos trabalhos apresentados aqui, pessoas inigualáveis a quem devo muito do que aprendi na área dos biofilmes microbianos; Ao amigo grande amigo Vassiliepi Arruda, pelo companheismo e amizade dedicada a mim; pelos dias, noites e madrugadas em que estivemos estudando, escrevendo artigos e projetos; Aos grandes amigos que fiz no BioMol-Lab, Rafael, Rômulo, Claudener, Ito, Bruno, Raquel, Júnior, Eduardo, Alysson, Sâmia, Camila e a todos os colegas que compõe o BioMol-Lab que contribuíram durante esta caminhada e a quem aprendi a ter um grande carinho; Aos alunos de Iniciação Científica, Ana Cecília e Artur Hermano, que sempre deram suporte de maneira irrestrita aos meus trabalhos no BioMol-Lab; A todos os amigos e colegas que compõem o Laboratório Integrado de Biomoléculas – LIBS; A todos os grandes e verdadeiros amigos brasileiros que fiz durante meu doutorado sanduíche em Portugal: Marília, Magno, Virgínia, Mônica, Matheus, Francisco, Manuel, Mariângela, Douglas, Alessandra, Iris e Marina. Além dos meus amigos Ricardo (el cabrón) e Piku. Aos amigos e colegas portugueses que fiz no Departamento de Engenheria Biologica da Universidade do Minho, pela companhia, jantares, finos, conferências, grandes torneios de voleibol, enfim, por tornarem Portugal um segundo lar para mim; A Coordenação de Aperfeiçoamento de pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo apoio financeiro durante o meu período de doutoramento; Por fim, agradeço a todos que de maneira direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho. Só é útil o conhecimento que nos torna melhores. Sócrates RESUMO Biofilmes são comunidades microbianas que encontram-se irreversivelmente associadas a uma superfície e estão inseridas em uma matriz polimérica produzida por elas mesmas. Os biofilmes estão comumente relacionados a infecções nosocomiais que apresentam maior resistência a agentes antimicrobianos quando comparadas com células planctônicas, dificultando assim seus tratamentos e limitando as opções terapêuticas. Nesse sentido a busca por novas moléculas com ação antimicrobiana e antibiofilme tornou-se uma área ativa na pesquisa científica. Os vegetais são fontes de uma variedade de moléculas com propriedades antimicrobianas, dentre estas podemos citar as lectinas e os metabólitos secundários. Diversos estudos têm relatado a ação antimicrobiana e antibiofilme dessas classes de moléculas como forma alternativa ao uso de antibióticos. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a ação antimicrobiana e antibiofilme de diversas lectinas isoladas de leguminosas e algas, bem como de dois metabólitos secundários isolados de plantas, derriotusona A (isolado de Lonchocarpus obtusus) e diterpeno casbano (isolado de Croton nepetaefolius). Os resultados demonstraram que algumas das lectinas testadas foram capazes de inibir o crescimento planctônico e/ou a formação de biofilme de determinados micro-organismos. A lectina isolada de Vaitarea macrocarpa (VML) mostrou ser a lectina mais promissora, mostrando forte ação sobre o crescimento planctônico e formação de biofilmes de Staphylococcus aures e Staphylococcus epidermidis. Derriobstusona A mostrou uma potencial ação antibacteriana e antibiofilme sobre S. aureus, enquanto que, Escherichia coli apresentou menor sensibilidade ao composto. Em adição, derriotusona A demonstrou uma potencial ação antioxidante. Em relação ao diterpeno casbano, em geral o composto foi capaz de inibir o crescimento planctônico, formação de biofilmes e causar danos nos biofilmes pré-formados de S.aures, S. epidermidis, Candida albicans e Candida glabrata, e mostrou ainda ser efetivo contra biofilmes formados pela associação entre estas bactérias e leveduras. Em conclusão, os resultados mostraram que algumas lectinas, assim como os metabólitos secundários utilizados nesse estudo, podem ser consideradas potenciais agentes antimicrobianas e antibiofilmes, sugerindo assim o uso dessas moléculas no tratamento de infecções associadas a diferentes micro- organismos. Palavras-chave: Biofilmes, infecções, lectinas, diterpeno casbano, derriobtusona A ABSTRACT Biofilms are microbial communities that are irreversibly attached to a surface and are embedded in a polymeric matrix produced by them. Biofilms are commonly related to nosocomial infections that showing an enhanced resistance to antimicrobial agents compared to planktonic cells, thus hindering their treatments and limiting therapeutic options. In this context, the search for new molecules with antimicrobial and antibiofilm action has become an active area of research. The plants are sources of a variety of molecules with antimicrobial properties, among them we can mention the lectins and secondary metabolites. Several studies have reported the antimicrobial and antibiofilm action of these molecules classes as an alternative to antibiotics. Thus, the aim of this study was to evaluate the antimicrobial and antibiofilm of various lectins isolated from leguminous and algae, as well as two secondary metabolites isolated from plants , derriotusone A (isolated from Lonchocarpus obtusus) and casbane diterpene (isolated from Croton nepetaefolius). The results showed that some lectins tested were able to inhibit the planktonic growth and/or the biofilm formation of certain microorganisms. The lectin isolated from Vaitarea macrocarpa (VML) showed to be the most promising lectin, showing strong action on the planktonic growth and biofilm formation of Staphylococcus aures and Staphylococcus epidermidis. The derriobstusone A showed potential antibacterial and antibiofilm activite on S. aureus, whereas Escherichia coli showed lower sensitivity to the compound. In addition, derriotusone showed a potential antioxidant activity. Regarding to casbane diterpene, in general the compound was able to inhibit planktonic growth, formation of biofilms and disrupt the preformed biofilms of the S.aures, S. epidermidis, Candida albicans and Candida glabrata, and also showed to be effective against biofilms formed by the association between these bacteria and yeasts. In conclusion, the results showed that some lectins, as the secondary metabolites used in this study, may be considered as potential antimicrobial and antibiofilm agents, thus suggesting the use of these molecules in the treatment of infections associated with different microorganisms. Keywords: Biofilms, infections, lectins, casbane diterpene, derriobtusone A LISTA DE ILUSTRAÇÔES Figura 1 – Esquema da estrutura e composição da matriz extracelular do biofilme 25 Figura 2 – Formação de canais de água em biofilmes formados por Bacillus 26 subtilis Figura 3 – Mecanismo de adesão bacteriana a superfícies abióticas 27 Figura 4 – Mecanismo de adesão de Pseudomonas aeruginosa 28 Figura 5 – Estágios da formação dos biofilmes microbianos 32 Figura 6 – Estrutura química do farnesol (A) e tirosol (B) produzido