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Tipo do documento: Tese
Título: Caracterização química e quantificação das porfirinas produzidas por amostras do complexo Corynebacterium diphtheriae isoladas de casos de difteria e infecções invasivas e sua utilização como fotossensibilizador em terapia de fotoinativação
Título(s) alternativo(s): Chemical characterization and quantification of porphyrins produced by strains of the Corynebacterium diphtheriae complex isolated from cases of diphtheria and invasive infections and their use as photosensitizers in photoinactivation therapy
Autor: Alves, Gabriela Batista 
Primeiro orientador: Mattos-Guaraldi, Ana Luiza de
Primeiro coorientador: Sant’Anna, Louisy Sanches dos Santos
Primeiro membro da banca: Sant’Anna, Lincoln de Oliveira
Segundo membro da banca: Langone, Marta Antunes Pereira
Terceiro membro da banca: Cordeiro, Fabiana
Quarto membro da banca: Pereira, Eliezer Menezes
Resumo: Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans e Corynebacterium pseudotuberculosis são bactérias Gram-positivas do complexo Corynebacterium diphtheriae, conhecidas por possuírem potencial para produzir a toxina diftérica e outros fatores de virulência que contribuem para sua patogenicidade em diferentes contextos clínicos. Além da difteria, causada por C. diphtheriae e C. ulcerans, infecções sistêmicas, geralmente por cepas não-toxigênicas do complexo C. diphtheriae, são cada vez mais observadas, incluindo casos com resistência à antibioticoterapia. A elucidação dos mecanismos de virulência desses patógenos, além da toxina diftérica, é fundamental para o desenvolvimento de novos medicamentos e tecnologias de prevenção e tratamento. Porfirinas são moléculas macrocíclicas envolvidas no metabolismo do grupo heme. Células eucarióticas e bacterianas compartilham um precursor comum, o ácido aminolevulínico (ALA), que, ao ser adicionado ao meio de cultura bacteriano, aumenta o metabolismo do heme, provocando a secreção de porfirinas, úteis como fotossensibilizadores endógenos. A inativação fotodinâmica utilizando porfirinas endógenas surgiu como uma abordagem promissora para combater infecções bacterianas, uma vez que essas moléculas, ao interagirem com a luz, produzem espécies reativas de oxigênio que induzem a morte microbiana. Neste estudo, foi realizada a caracterização química e quantificação das porfirinas produzidas por C. diphtheriae, C. ulcerans e C. pseudotuberculosis, isoladas de casos de difteria e infecções invasivas, utilizando espectrometria de emissão e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) acoplada a detectores de fluorescência (FL), ultravioleta (UV) e espectrometria de massas (EM). Foram identificadas três porfirinas: uroporfirina I, protoporfirina IX e coproporfirina III, com predominância desta última. A quantificação mostrou variações entre as amostras. Também foi investigada a influência do ALA, ferro e peróxido de hidrogênio no perfil das porfirinas de cepas de C. diphtheriae. A adição de ALA (2 mmol/L) aumentou a produção de porfirinas, enquanto a adição de ferro (2 μg/mL) e H₂O₂ em concentrações subinibitórias (subMIC) reduziu a produção. O perfil das porfirinas não foi alterado. O estudo demonstrou o potencial das porfirinas endógenas de C. diphtheriae como fotossensibilizadores para fotoinativação bacteriana em culturas planctônicas e biofilme. Os experimentos mostraram redução significativa das unidades formadoras de colônia/mL (UFC/mL) em todas as amostras após exposição à luz LED (402 nm). A eficiência da fotoinativação correlacionou-se diretamente com a quantidade de porfirinas produzidas. A suplementação de ALA aumentou a eficiência da fotoinativação, e células planctônicas mostraram-se ligeiramente mais susceptíveis à luz do que as células de biofilme. A formação de biofilme correlacionou-se positivamente com a produção de porfirinas, sugerindo uma relação entre o metabolismo do heme e a formação de biofilme.
Abstract: Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans and Corynebacterium pseudotuberculosis are Gram-positive bacteria of the Corynebacterium diphtheriae complex, known to produce diphtheria toxin and other virulence factors that contribute to their pathogenicity in different clinical contexts. In addition to diphtheria, caused by C. diphtheriae and C. ulcerans, systemic infections, usually by non-toxigenic strains of the C. diphtheriae complex, are increasingly observed, including cases with resistance to antibiotic therapy. Elucidating the virulence mechanisms of these pathogens, in addition to diphtheria toxin, is fundamental for the development of new drugs and technologies for prevention and treatment. Porphyrins are macrocyclic molecules involved in the metabolism of the heme group. Eukaryotic and bacterial cells share a common precursor, aminolevulinic acid (ALA), which, when added to the bacterial culture medium, increases heme metabolism, causing the secretion of porphyrins, useful as endogenous photosensitizers. Photodynamic inactivation using endogenous porphyrins has emerged as a promising approach to fighting bacterial infections, since these molecules, when interacting with light, produce reactive oxygen species that induce microbial death. In this study, the chemical characterization and quantification of porphyrins produced by C. diphtheriae, C. ulcerans and C. pseudotuberculosis, isolated from cases of diphtheria and invasive infections, was carried out using emission spectrometry and high-performance liquid chromatography (HPLC) coupled with fluorescence (FL), ultraviolet (UV) and mass spectrometry (MS) detectors. Three porphyrins were identified: uroporphyrin I, protoporphyrin IX and coproporphyrin III, with the latter predominating. Quantification showed variations between the samples. The influence of ALA, iron and hydrogen peroxide on the porphyrin profile in C. diphtheriae strains was also investigated. The addition of ALA (2 mmol/L) increased porphyrin production, while the addition of iron (2 μg/mL) and H₂O₂ at subinhibitory concentrations (subMIC) reduced production. The porphyrin profile was not altered. The study demonstrated the potential of endogenous porphyrins from C. diphtheriae as photosensitizers for bacterial photoinactivation in planktonic and biofilm cultures. The experiments showed a significant reduction in colony-forming units/mL (CFU/mL) in all samples after exposure to LED light (402 nm). The efficiency of photoinactivation correlated directly with the amount of porphyrins produced. ALA supplementation increased photoinactivation efficiency, and planktonic cells were slightly more susceptible to light than biofilm cells. Biofilm formation correlated positively with porphyrin production, suggesting a relationship between heme metabolism and biofilm formation.
Palavras-chave: Corynebacterium diphtheriae
Porfirinas - Química
Terapia fotodinâmica
Metabolismo do grupo heme
Porphyrins
Photodinamic inactivation
Heme metabolism
Fotoquimioterapia - Métodos
Porfirinas - Uso terapêutico
Área(s) do CNPq: CIENCIAS DA SAUDE
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro Biomédico::Faculdade de Ciências Médicas
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas
Citação: ALVES, Gabriela Batista. Caracterização química e quantificação das porfirinas produzidas por cepas do complexo Corynebacterium diphtheriae isoladas de casos de difteria e infecções invasivas e sua utilização como fotossensibilizador em terapia de fotoinativação. 2024. 144 f. Tese (Doutorado em Ciências Médicas) – Faculdade de Ciências Médicas, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23242
Data de defesa: 6-Nov-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Médicas



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