Biological activity of naphthoquinones: Cytotoxic activity against eukaryotic plant cells and against eukaryotic human cells. Antimicrobial activity of naphthoquinones against selected microorganisms

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pedrosa, Inês Duarte Ferreira
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/36024
Resumo: Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
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spelling Biological activity of naphthoquinones: Cytotoxic activity against eukaryotic plant cells and against eukaryotic human cells. Antimicrobial activity of naphthoquinones against selected microorganismsNaphthoquinonesAntimicrobial activityAntimicrobial resistanceBiological activityMestrado Integrado - 2017Ciências da SaúdeTrabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017Infections caused by bacteria resistant to antimicrobial therapy are more and more frequent. Bacteria acquire resistance through genetic mutations that occur naturally, but this process has been accelerated due to the misuse of antibiotics. In fact, antibiotics have been overprescribed and even used over the counter, not to mention the extensive use of antibiotics in food-producing animals and plants. Antimicrobial resistance has become a worldwide public health problem, causing persistent infections, increased treatment costs, disability and death. Bacteria are growing resistant to last resource treatments and the pipeline for antimicrobial drugs is practically empty. It is urgent to invest in Research and Development to find new alternatives to fight multi-resistant bacteria, specifically for Gram-negative bacteria, which raise more concern because of the threat they represent in health care. Natural products constitute a possible solution for the antimicrobial resistance problem, due to their antimicrobial and resistance-modifying proprieties. Natural phenolic compounds can be emphasised for their potential to be used in humans as antibiotics. Naphthoquinones are phenolic compounds widespread in nature, that have been profoundly studied for their antitumoral proprieties, and also exhibit a strong antibacterial activity. Their mechanism of action often comprises the formation of reactive oxygen species, through oxide/reduction reactions, and they can accept one or two electrons, forming highly reactive radicals. Eight naphthoquinones have been tested for their toxicity and then used to test the sensibility with Micrococcus luteus, Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. Every compound tested was toxic on human cells, except for 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone. The compound 2-methoxy-1,4-naphthoquinone was in the borderline between toxicity and moderate toxicity. The first compound revealed a broad range of activity, being able to reduce the growth of all the selected microorganisms. The second one only showed antimicrobial activity against Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. For statistically significative conclusions, experiments should be repeated, once this work was focused on optimizing the approaches and selecting the best experimental conditions.A resistência antimicrobiana ocorre quando os microrganismos (fungos, bactérias, vírus e parasitas) adquirem a capacidade de alterar a sua resposta aos fármacos antimicrobianos. Esta capacidade é adquirida através de alterações genéticas, em resultado de um processo de evolução natural. No entanto esse processo encontra-se de tal forma acelerado que as infeções provocadas por bactérias resistentes aos agentes antimicrobianos são uma realidade cada vez mais frequente. De facto, a resistência aos antimicrobianos é já um problema de saúde pública a nível mundial que tem como consequências o aparecimento de infeções persistentes, o aumento dos custos de internamento e a incapacidade e morte dos indivíduos que adquirem estas infeções. Estima-se que, atualmente, cerca de 700.000 pessoas morram por ano em todo o mundo, vítimas das bactérias multirresistentes, para as quais não há alternativas terapêuticas. Prevê-se que em 2050 estas infeções sejam mais mortíferas que o cancro, se nada for feito para as combater. As causas na origem deste problema passam pela utilização excessiva dos antibióticos, pela prescrição de antibióticos que não são os mais adequados para as bactérias em questão, pelo acesso facilitado a antibióticos em países onde os estes estão disponíveis como medicamentos não sujeitos a recita médica, pelo uso excessivo na criação de animais, pela utilização como pesticida em árvores de fruto e pelo parco investimento que tem havido no campo do desenvolvimento de novos antibióticos. Este tópico é frequentemente alvo de debate por parte da Organização Mundial de Saúde e ao longo dos últimos anos têm sido estudadas várias formas de fazer frente a este problema: apostar na prevenção da transmissão das bactérias resistentes e no uso responsável dos antibióticos, bem como investir na investigação de novos fármacos capazes de suprimir o crescimento destas bactérias. A realidade é que existem muito poucas moléculas em desenvolvimento e apenas uma pequena porção destas poderão ser consideradas como tratamentos inovadores. As restantes não são mais do que modificações das moléculas já existentes, o que significa que as bactérias podem ser naturalmente resistentes a estes novos antibióticos por atuarem com mecanismos semelhantes aos dos antibióticos aos quais as bactérias já adquiriram resistência. A Organização Mundial e Saúde criou uma lista com os microrganismos que são considerados mais preocupantes, no que diz respeito à rapidez com que estão a ser esgotadas as alternativas disponíveis para os combater. O objetivo de tal lista é o de orientar a investigação e desenvolvimento de novas moléculas direcionadas para esses microrganismos. As bactérias gram-negativas estão no topo da lista, uma vez que têm desenvolvido novas resistências a um ritmo alucinante, tendo inclusive adquirido resistência a antibióticos de última linha, como os carbapenems. Estas bactérias são as mais difíceis de lidar nos cuidados de saúde, estando muitas vezes relacionadas com infeções nosocomiais. A investigação de novas alternativas terapêuticas está a ser conduzida por duas vertentes. Por um lado, estão a ser testados produtos que não costumam ser usados para combater as bactérias, mas que podem ser usados em combinação com os antibióticos para aumentar a resposta antimicrobiana, ou até serem usados na prevenção da infeção. São exemplos desses produtos as vacinas, os anticorpos e os probióticos. Por outro lado, estão a ser analisadas as bases de moléculas já existentes, para encontrar as que revelem atividade antimicrobiana, com especial foco para os produtos de origem natural ou compostos sintéticos derivados dos mesmos. As fontes naturais dos novos antibióticos incluem plantas, fungos, líquenes, endófitos, plantas marinhas e corais. Dentro deste grupo de compostos naturais, os compostos fenólicos destacam-se pelas capacidades de defesa que conferem às plantas. Estes compostos já mostraram possuir propriedades antimicrobianas e têm potencial para serem usados em humanos. Um dos mecanismos pelos quais parecem exercer a sua atividade antimicrobiana é através da inativação das enzimas celulares. As naftoquinonas são compostos fenólicos derivados do naftaleno. São pigmentos bastante conhecidos e estão amplamente distribuídas na natureza, sendo encontradas maioritariamente em plantas, mas também em fungos e em alguns animais. Estes compostos têm sido amplamente estudados, nomeadamente pelas suas propriedades anticancerígenas. No entanto exibem também atividade antibacteriana, antifúngica, anti-inflamatória, antiviral, antimalárica, entre outras. O mecanismo de ação das naftoquinonas envolve frequentemente a formação de espécies reativas de oxigénio, através de reações de oxidação/redução. Outros mecanismos propostos para a sua atividade biológica são reações ácido-base, alquilação e indução de quebra do ácido desoxirribonucleico e inativação de proteínas. As naftoquinonas são compostos altamente reativos com a capacidade de aceitar um ou dois eletrões, formando radicais aniónicos. A sua atividade varia consoante os substituintes presentes e a sua posição no anel da naftoquinona. Neste projeto de investigação foram testados oito compostos pertencentes à classe das naftoquinonas, com o objetivo de conhecer o seu potencial antimicrobiano, determinando a sua concentração inibitória mínima. Dois dos compostos testados têm origem natural, Lawsone (2-hidroxi-1,4-naftoquinona e Juglone (5-hidroxi-1,4-naftoquinona), e os restantes são derivados sintéticos dos primeiros: 2-metoxi-1,4-naftoquinona, 1,2-naftoquinona, 2,3-dicloro-1,4-naftoquinona, 2,3-dibromo-1,4-naftoquinona, Menadione (2-metil-1,4-naftoquinona), 2-bromo-1,4-naftoquinona. O foco deste projeto foi a otimização das metodologias e a seleção das condições experimentais ideias para testar o potencial antimicrobiano de várias naftoquinonas. Uma vez que a amostragem é reduzida, as experiências realizadas carecem de significância estatística, um problema inerente à duração do estágio e ao tipo de metodologias utilizado. Seria necessário mais tempo para repetir cada uma das experiências, de modo a permitir uma análise estatística fiável dos resultados. Foi testada inicialmente a gama de atividade dos oito compostos, utilizando células de Daucus carota. Em seguida foram selecionadas as concentrações de naftoquinonas a utilizar nas fases posteriores do projeto, nomeadamente nos testes de toxicidade em células humanas. Estes testes pretendiam calcular a concentração de cada naftoquinona necessária para inibir 50% do crescimento das células. Foi possível concluir que, à exceção do composto 2-hidroxi-1,4-naftoquinona, todos os compostos testados, dependendo da concentração utilizada, poderão ser citotóxicos para as células humanas, sendo que a 2-metoxi-1,4-naftoquinona se encontra bastante próxima do limiar entre a toxicidade e a toxicidade moderada. A sensibilidade às naftoquinonas foi testada recorrendo a diferentes espécies de microrganismos: Micrococcus luteus, bactéria gram-positiva, Escherichia coli, bactéria gram-negativa comensal no organismo humano e Saccharomyces cerevisiae, levedura. Através da análise da concentração inibitória mínima (que corresponde a uma redução de 80% no crescimento das colónias), observou-se que o composto 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone revelou atividade antimicrobiana para os três microrganismos testados, mostrando um largo espectro de ação, e o composto 2-methoxy-1,4-naphthoquinone mostrou capacidade para inibir o crescimento da Escherichia coli e da Saccharomyces cerevisiae, mas não do Micrococcus luteus. Os referidos compostos revelaram uma atividade antibacteriana bastante satisfatória, sendo fortes candidatos para vir a combater infeções causadas por bactérias multirresistentes, como é o caso de algumas estirpes de Escherichia coli. Mais testes são necessários para validar estatisticamente estas conclusões e para concluir sobre a capacidade destas moléculas inibirem o crescimento das estirpes multirresistentes.Silva, Rui Fernando MarquesNejezchlebová, MarcelaRepositório da Universidade de LisboaPedrosa, Inês Duarte Ferreira2018-12-18T20:38:30Z2017-12-0720172017-12-07T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/36024enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:32:23Zoai:repositorio.ul.pt:10451/36024Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:50:22.339696Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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