Identificação de novos agentes antibacterianos em bibliotecas de produtos naturais : Identification of new antibacterial agents in libraries of natural products

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues-Costa, Fernanda, 1989-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/8842
Resumo: Orientador: Andréa Dessen de Souza e Silva
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spelling Identificação de novos agentes antibacterianos em bibliotecas de produtos naturais : Identification of new antibacterial agents in libraries of natural productsIdentification of new antibacterial agents in libraries of natural productsAgentes antibacterianosFarmacorresistência bacterianaAntibacterial agentsDrug resistance, BacterialOrientador: Andréa Dessen de Souza e SilvaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Os antibióticos têm sido utilizados ??para tratar doenças infecciosas há décadas e são sem dúvida, os fármacos mais bem-sucedidos desenvolvidos na história. Entretanto, o amplo e indiscriminado uso destes, tem selecionado bactérias multirresistentes. Alguns patógenos têm se tornados resistentes a todas as classes de antibióticos, tal fato denota a urgente necessidade da introdução de novos antimicrobianos na prática clínica. Sendo assim, visando contribuir com a força-tarefa global contra a resistência antimicrobiana, o objetivo deste trabalho foi triar bibliotecas de produtos naturais, a fim de identificar novas moléculas que inibissem o crescimento bacteriano de E. coli e B. subtilis. As bibliotecas utilizadas são compostas de extratos e moléculas isoladas da biodiversidade brasileira, portanto, representam uma fonte potencial inexplorada de novos antibióticos. Cerca de 3510 compostos foram triados através de um high throughput whole-cell screening. Hits foram definidos como compostos ativos que inibiram o crescimento bacteriano em ?50%, de acordo com o controle positivo (cloranfenicol 32 µg/mL). Foram detectados 339 hits que inibiram o crescimento de B. subtilis e 46 que inibiram o crescimento de E. coli. O processo de purificação dos hits levou ao isolamento e identificação da molécula, ácido merulinico C, que apresentou sinergismo com a gentamicina contra E. faecium, com uma concentração inibitória mínima (CIM) de 4 µg/mL. Outros seis hits promissores estão em processo de isolamento, sendo que um deles foi altamente ativo, exibindo CIM 4 µg/mL contra E. coli e 2 µg/mL contra B. subtilis. Uma coleção de compostos sintéticos e a biblioteca de coleção clínica da NIH também foram triadas, resultando na detecção de atividade antibacteriana em sete derivativos de quinazolinonas. Dentre estes, a estrutura mais ativa apresentou uma CIM de 4 µg/mL contra S. aureus resistente à meticilina e de CIM 2 µg/mL contra Enterococcus faecium resistente à vancomicina. Da coleção clínica da NIH, um candidato a redirecionamento de fármacos foi detectado, este exibiu excelente atividade contra isolados clínicos de P. aeruginosa (CIM 2 µg/mL). Outra abordagem empregada no presente estudo foi a caracterização de componentes da parede celular de E. coli, que representam potenciais novos alvos de antibióticos. Essa parte do projeto integrou a bolsa estágio pesquisa no exterior (BEPE) e foi desenvolvida no Institut de Biologie Structurale (Grenoble-FR). O alongamento celular de bactérias em forma de bastão é dependente da ação de uma maquinaria proteica altamente organizada (elongasome), cujas proteínas participantes, tais como, PBP2 e MreC, interagem entre si, formando complexos. Uma vez que os genes codificadores de tais proteínas são depletados, ou, quando as interações proteicas são rompidas, a célula bacteriana perde o formato de bastão e morre. Deste modo, o objetivo da BEPE foi a caracterização estrutural do complexo PBP2: MreC de E. coli. Um grande avanço foi feito nesse projeto, o protocolo de purificação do complexo PBP2:MreC foi estabelecido e subsequentemente foram realizadas triagens de cristalização. Os resultados obtidos até o momento serão cruciais na elucidação estrutural desse potencial novo alvo de antibióticosAbstract: Antibiotics have been used to treat infectious diseases for decades and are arguably the most successful drugs developed in history. However, the wide use and misuse of these drugs have selected multi-drug resistant organisms. Some pathogens have even become resistant to all classes of antibiotics, highlighting the urgent need for new antimicrobials in the clinical practice. Therefore, aiming at contributing to the global task force on antimicrobial resistance, the goal of this work was to screen natural product libraries, to identify new molecules that inhibited bacterial growth. The libraries used are composed of extracts and isolated compounds from the Brazilian biodiversity and are thus a yet untapped, totally novel potential source of new antibiotics. The libraries containing about 3510 compounds were screened through a high-throughput whole-cell screen. Hits were defined as compounds that inhibited bacterial growth in 50% or more of the level of the positive control (chloramphenicol 32 µg/mL). 339 hits that inhibited B. subtilis growth and 46 that inhibited E. coli growth were detected. The purification process of the hits lead to the isolation and identification of the merulinic acid C that presented synergism with gentamicin against E. faecium, exhibiting a minimum inhibitory concentration (MIC) of 4 µg/mL. Another six promising hits are in the isolation process, one of them was highly active with a MIC of 4 µg/mL against E. coli and 2 µg/mL against B. subtilis. A collection of synthetic compounds and the NIH clinical collection library were also screened, resulting in the detection of antibacterial activity in seven quinazolinone derivatives. Among them, the most active structure showed good activity against methicillin-resistant S. aureus (MIC 4 µg / mL) and vancomycin-resistant Enterococcus faecium (MIC 2 µg / mL). Regarding the NIH clinical collection, a candidate for the repurposing of a non-antimicrobial drug was detected, this drug exhibited excellent activity against P. aeruginosa clinical isolates (MIC 2 µg / mL). Another approach employed in this study was the characterization of the E. coli cell wall components that represents a promising new target for antibiotic development. This part of the project integrated the bolsa estágio pesquisa no exterior (BEPE) and was developed at the Institut of Biologie Structurale (Grenoble-FR). The elongation process in rod-shaped bacteria is dependent on the action of a highly organized machinery (elongasome), whose the components, such as PBP2 and MreC, interact forming complexes. Once the genes encoding such proteins are absents, or, when protein interactions are disrupted, the bacterial cell loses its rod shape and dies. Therefore, the objective of BEPE was the structural characterization of the E. coli PBP2: MreC complex. A great advance was achieved in this project, it was successfully established the purification protocol of the complex and the crystallization screenings were performed. The results obtained here will be essential to the structural elucidation of this potential new antibiotic targetDoutoradoMicrobiologiaDoutora em Genética e Biologia MolecularFAPESP2015/19906-5; 2018/07148-7[s.n.]Dessen, Andréa, 1964-Zeri, Ana Carolina de MattosFantinatti-Garboggini, FabianaBalan, AndreaCayô, RodrigoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de BiologiaPrograma de Pós-Graduação em Genética e Biologia MolecularUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRodrigues-Costa, Fernanda, 1989-20202020-07-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (168 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/8842RODRIGUES-COSTA, Fernanda. Identificação de novos agentes antibacterianos em bibliotecas de produtos naturais: Identification of new antibacterial agents in libraries of natural products. 2020. 1 recurso online (168 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/8842. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1267538porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-04-27T10:17:35Zoai::1267538Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-04-27T10:17:35Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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