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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2023.tde-22112023-094829
Document
Author
Full name
Paulo Júnior Tadayoshi Nakada
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Kurachi, Cristina (President)
Pavarina, Ana Claudia
Ribeiro, Martha Simões
Title in Portuguese
Estratégias de inativação fotodinâmica no controle do biofilme de Pseudomonas aeruginosa
Keywords in Portuguese
Azul de metileno
Erradicação
Iodeto de potássio
Abstract in Portuguese
A bactéria Pseudomonas aeruginosa é frequentemente associada a infecções em humanos e é conhecida por formar biofilmes espessos, resistentes e difíceis de serem tratados, cerca de 65 % das infecções humanas estão presentes na forma de biofilmes bacterianos. Para se combater esses biofilmes foram utilizadas estratégias terapêuticas visando a melhor efetividade de tratamento, cada estratégia estava direcionada para um determinado alvo. No caso do tratamento enzimático, o foco era os polissacarídeos presentes na matriz extracelular devido a utilizando de Hidrolases de Glicosídeos que clivam ligações glicosídicas. A inativação fotodinâmica (IFD) focava na destruição das células bacterianas presentes no biofilme e poderia ser utilizada após um pré-tratamento enzimático ou durante a dissociação do iodeto de potássio (KI) devido a interação desse sal com os produtos da IFD. Para o protocolo padrão de crescimento do biofilme foi utilizado 2x108 UFC/mL de bactéria em placa de 96 poços com agitação de 75 rpm e 37 ºC por 48h, em seguida, as amostras foram submetidas aos tratamentos. Avaliando o tratamento enzimático contra os biofilmes, os melhores resultados obtidos foram utilizando a CTEC (coquetel enzimático comercial) que obteve cerca de 50% de redução percentual da biomassa do biofilme utilizando uma concentração de 0,3 mg/mL dessa enzima. Para a IFD, utilizou-se um dispositivo LED (660 nm, 50 mW/cm2) com dose final de 60 J/cm2, os melhores resultados obtidos foram separados em planctônicas (com 7,17 logs de redução) e biofilmes (com 1 log de redução) utilizando azul de metileno (AM) a 20 µM. Associando as técnicas, começando com um pré-tratamento enzimático e posterior IFD, os resultados não são satisfatórios e não houve reduções efetivas. Por fim, utilizando a IFD com adição de KI ocorre uma potencialização dos efeitos fotodinâmicos devido a produção de espécies reativas de iodo de longa duração que são capazes de erradicar os biofilmes de P. aeruginosa utilizando apenas 20 µM de AM, 100 mM de KI, 2 h de incubação e dose final de 60 J/cm2.
Title in English
Photodynamic inactivation strategies to control Pseudomonas aeruginosa biofilm
Keywords in English
Eradication
Methylene Blue
Potassium Iodide
Abstract in English
Pseudomonas aeruginosa is often associated with infections in humans and is known for forming thick, resistant, and challenging-to-treat biofilms. Approximately 65% of human infections are present in the form of bacterial biofilms. Various therapeutic strategies have been employed to combat these biofilms, each targeting a specific aspect of their biology. In the case of enzymatic treatment, the focus was on the polysaccharides present in the extracellular matrix, utilizing Glycoside Hydrolases that catalyze the hydrolytic cleavage of the glycosidic bond. Photodynamic Inactivation (PDI) aimed at destroying the bacterial cells within the biofilm and could be used after enzymatic pretreatment or during the dissociation of potassium iodide (KI) due to its interaction with PDI products. For the standard biofilm growth protocol, a bacterial concentration of 2x108 CFU/mL was used in a 96-well plate with agitation at 75 rpm and incubation at 37 ºC for 48 hours, followed by the application of the treatments. When evaluating enzymatic treatment against P. aeruginosa biofilms, the most favorable results were achieved using a CTEC (commercial enzymatic cocktail) at a concentration of 0.3 mg/mL, resulting in approximately a 50% reduction in biofilm biomass. For PDI, a LED device (660 nm, 50 mW/cm2) with a final dose of 60 J/cm2 was employed, and the best results were distinguished between planktonic cells (with a 7.17 log reduction) and biofilms (with a 1 log reduction) using 20 µM of Methylene Blue (MB). Combining these techniques, starting with enzymatic pretreatment followed by PDI, did not yield satisfactory results, and there were no effective reductions. Finally, using PDI with the addition of KI led to an enhancement of photodynamic effects due to the production of long-lived iodine reactive species, which were capable of eradicating P. aeruginosa biofilms using only 20 µM of MB, 100 mM of KI, 2 hours of incubation, and a final dose of 60 J/cm2.
 
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Publishing Date
2023-11-23
 
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