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http://hdl.handle.net/10773/14887
Title: | Development of polymeric materials to inhibit bacterial quorum sensing |
Other Titles: | Desenvolvimento de materiais poliméricos para inibição de quorum sensing |
Author: | Cavaleiro, Eliana Marisa dos Santos |
Advisor: | Correia, António Carlos Matias Duarte, Ana Sofia Direito dos Santos Chianella, Iva |
Keywords: | Biologia Infecções por bactérias Materiais poliméricos Nanoparticulas Vibrio fisheri Aeromonas hydrophila |
Defense Date: | Oct-2014 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | Bacterial infections are an increasing problem for human health. In fact, an
increasing number of infections are caused by bacteria that are resistant to
most antibiotics and their combinations. Therefore, the scientific community is
currently searching for new solutions to fight bacteria and infectious diseases,
without promoting antimicrobial resistance. One of the most promising
strategies is the disruption or attenuation of bacterial Quorum Sensing (QS), a
refined system that bacteria use to communicate. In a QS event, bacteria
produce and release specific small chemicals, signal molecules - autoinducers
(AIs) - into the environment. At the same time that bacterial population grows,
the concentration of AIs in the bacterial environment increases. When a
threshold concentration of AIs is reached, bacterial cells respond to it by
altering their gene expression profile. AIs regulate gene expression as a
function of cell population density. Phenotypes mediated by QS (QSphenotypes)
include virulence factors, toxin production, antibiotic resistance
and biofilm formation. In this work, two polymeric materials (linear polymers
and molecularly imprinted nanoparticles) were developed and their ability to
attenuate QS was evaluated. Both types of polymers should to be able to
adsorb bacterial signal molecules, limiting their availability in the extracellular
environment, with expected disruption of QS. Linear polymers were composed
by one of two monomers (itaconic acid and methacrylic acid), which are known
to possess strong interactions with the bacterial signal molecules. Molecularly
imprinted polymer nanoparticles (MIP NPs) are particles with recognition
capabilities for the analyte of interest. This ability is attained by including the
target analyte at the synthesis stage. Vibrio fischeri and Aeromonas hydrophila
were used as model species for the study. Both the linear polymers and MIP
NPs, tested free in solutions and coated to surfaces, showed ability to disrupt
QS by decreasing bioluminescence of V. fischeri and biofilm formation of A.
hydrophila. No significant effect on bacterial growth was detected. The
cytotoxicity of the two types of polymers to a fibroblast-like cell line (Vero cells)
was also tested in order to evaluate their safety. The results showed that both
the linear polymers and MIP NPs were not cytotoxic in the testing conditions. In
conclusion, the results reported in this thesis, show that the polymers
developed are a promising strategy to disrupt QS and reduce bacterial infection
and resistance. In addition, due to their low toxicity, solubility and easy
integration by surface coating, the polymers have potential for applications in
scenarios where bacterial infection is a problem: medicine, pharmaceutical,
food industry and in agriculture or aquaculture. Infeções bacterianas são um problema recorrente para a saúde pública. A maioria das infeções bacterianas tem aumentado devido ao facto das bactérias se tornarem resistentes aos antibióticos. A procura de estratégias para combater este facto, sem promover a resistência antimicrobiana, tem sido incessante. A atenuação ou até mesmo a disrupção do Quorum Sensing (QS), é uma estratégia promissora para enfrentar este problema. QS é um sistema de comunicação bacteriana, onde há produção e libertação de moléculas sinais específicas, denominadas de Auto Indutores (AIs) para o ambiente. Á medida que a população bacteriana aumenta, aumenta também a concentração de moléculas sinais no ambiente. Quando a concentração destas moléculas atinge um certo limite, há uma alteração a nível da expressão genética. A expressão de determinados genes relacionados com fatores de virulência, produção de toxinas, resistência a antibióticos e formação de biofilmes é intrinsecamente relacionada com QS. Neste estudo foram desenvolvidos dois tipos de polímeros (polímeros lineares e nanopartículas impressas molecularmente) com capacidade para atenuar QS. Ambos os polímeros têm como finalidade a absorção e consequente remoção de moléculas sinais do ambiente, com consequente disrupção de QS. Os polímeros lineares são compostos por dois tipos de monómeros (ácido itacónico e ácido metacrílico) que possuem afinidade para as moléculas sinais. Nanoparticulas impressas molecularmente são partículas específicas para o alvo de interesse, pois este é incluído no processo de síntese. Vibrio fischeri e Aeromonas hydrophila foram os microrganismos escolhidos para este estudo. A eficiência dos polímeros lineares e das nanopartículas foi testada quer em solução quer como revestimento de superfícies, evidenciando as suas capacidade de disrupção de QS através da diminuição da bioluminescência de V. fischeri e da formação de biofilme de A. hydrophila. O crescimento bacteriano não mostrou ser afetado pela presença destes materiais. A citotoxicidade foi avaliada, usando uma linha celular de fibroblastos, de modo a avaliar a biocompatibilidade. Os resultados mostraram que ambos os materiais não são citotóxicos. Em conclusão, este estudo demonstrou que os polímeros desenvolvidos podem ser uma estratégia efetiva de disrupção de QS e redução de infeções e de resistência bacteriana. Devido às suas características, reduzida citotoxicidade, solubilidade e facilidade de integração, estes materiais poderão ser aplicados de diversas formas, especialmente onde há predominância de infeções bacterianas, como ambientes clínicos, farmacêuticos, indústria alimentar, agricultura ou aquacultura. |
Description: | Doutoramento em Biologia |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/14887 |
Appears in Collections: | DBio - Teses de doutoramento UA - Teses de doutoramento |
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