Pesquisa busca alternativa contra a leucemia

A enzima asparaginase recombinante de leveduras teve bons resultados contra células do câncer durante testes in vitro e pode ser opção com menos efeitos colaterais

Duas leveduras – incluindo a espécie Saccharomyces cerevisiae, presente nos fermentos biológicos usados na culinária – estão no foco de uma pesquisa que busca uma terapia alternativa para o tratamento das leucemias, formas de câncer que afetam algumas das células do sangue. Em laboratório, os pesquisadores recorreram a técnicas de clonagem e biologia molecular para produzir a enzima asparaginase encontrada nas leveduras S. cerevisia e em outro tipo de levedura, chamado de Picchia pastoris. Os testes in vitro mostraram que a molécula atua contra as células cancerígenas e apresenta características desejáveis para o desenvolvimento de um potencial novo medicamento. Liderado por pesquisadores do Instituto Oswaldo Cruz (IOC/Fiocruz) e da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), o trabalho tem colaboração de cientistas do Instituto de Tecnologia em Fármacos (Farmanguinhos) e do Instituto de Tecnologia em Imunobiológicos (Bio-Manguinhos/Fiocruz). Resultados do estudo foram publicados recentemente na revista científica ‘Protein Expression and Purification’.

Foto: Gutemberg Brito

Entre outros fatores, a análise das características físico-químicas da enzima apontou atividade nas condições do sangue

Há mais de 30 anos, a enzima asparaginase, extraída de bactérias, é utilizada no combate ao câncer, principalmente nos casos de leucemias e linfomas. Por exemplo, para os pacientes com leucemia linfocítica aguda (LLA), mais frequente nas crianças, a molécula faz parte da primeira opção de quimioterapia, aumentando significativamente a chance de cura. “O tratamento com asparaginase é muito eficaz para o controle da doença. Porém, a enzima obtida a partir de bactérias provoca uma reação forte do sistema imunológico. Alguns pacientes apresentam reações adversas graves, como hemorragia e choque anafilático, que obrigam a interrupção dessa terapia”, diz o pesquisador Jonas Perales, chefe do Laboratório de Toxinologia do IOC e um dos coordenadores do estudo.

Reduzir a dependência das importações do produto e o custo do tratamento também são objetivos do projeto. Em 2013, o laboratório norte-americano do qual o Brasil importava o medicamento a base de asparaginase parou de produzi-lo e houve desabastecimento no país. Desde então, o Ministério da Saúde assumiu a compra diretamente de outro fabricante internacional. Só no ano passado, foram gastos R$ 2 milhões no Sistema Único de Saúde (SUS) para aquisição do remédio. “O desenvolvimento de um biofármaco nacional pode baratear a terapia e aumentar a segurança sobre o abastecimento do mercado brasileiro”, ressalta a primeira autora do artigo, Luciana Girão, estudante de doutorado no Instituto de Química da UFRJ, com orientação do pesquisador do IOC Jonas Perales e da professora da UFRJ Elba Bon, além de co-orientação da pesquisadora de Farmanguinhos Maria Antonieta Ferrara, todos coautores da publicação.

Busca pela similaridade

O sucesso da asparaginase é baseado na sua capacidade de degradar o aminoácido asparagina, que integra proteínas essenciais para a sobrevivência das células. “Diferentemente das células saudáveis, que podem produzir asparagina internamente, as células leucêmicas não conseguem sintetizar esse aminoácido, dependendo da captação das moléculas que circulam na corrente sanguínea. Quando a enzima degrada a asparagina no sangue, as células cancerígenas não podem produzir uma série de proteínas e morrem”, explica Perales.

Foto: Gutemberg Brito

De acordo com Perales, a asparaginase recombinante de leveduras apresenta aspectos semelhantes à enzima humana

Produzida em pequena quantidade no corpo humano, a asparaginase pode ser encontrada em diversos micro-organismos, como bactérias e fungos, assim como em plantas e animais. Segundo os pesquisadores, embora tenham estrutura básica parecida, as enzimas sintetizadas pelas diferentes espécies apresentam particularidades, que podem influenciar no seu desempenho como medicamento. Dessa forma, na comparação com a molécula extraída de bactérias, a asparaginase obtida a partir da levedura S. cerevisiae é mais similar à asparaginase humana, o que pode facilitar a sua aceitação pelo organismo. “Acreditamos que essa enzima deve estimular menos o sistema imune dos pacientes, reduzindo os efeitos colaterais. Ela poderia ser uma segunda opção para os indivíduos que desenvolvem hipersensibilidade à asparaginase de bactérias ou, até mesmo, uma primeira opção, caso os resultados ao longo da pesquisa mostrem um desempenho superior”, pondera Luciana.

Análise da molécula

Uma vez que a levedura S. cerevisiae sintetiza pouca asparaginase, a primeira fase do trabalho envolveu técnicas de engenharia genética para produção da enzima em maior quantidade. O gene que orienta a produção da asparaginase na S. cerevisiae foi clonado e inserido em leveduras da espécie P. pastoris, que podem ser induzidas a produzir grande quantidade de proteínas. Reconhecidamente seguras, essas leveduras já são empregadas na fabricação de outros medicamentos, o que facilita a sua utilização e a aprovação dos produtos pelos órgãos reguladores. No caso da asparaginase, os cientistas conseguiram obter sete vezes mais enzima utilizando essa técnica em comparação com a produção em S. cerevisiae diretamente. 

A partir dessa metodologia, os pesquisadores avançaram para a etapa seguinte: avaliar as características da asparaginase recombinante de leveduras e sua ação contra células de leucemia. Conforme esperado, foi identificado que a enzima produzida pelas leveduras apresenta carboidratos na sua composição, ao contrário do que ocorre nas asparaginases extraídas de bactérias. Essa característica é um dos pontos a favor da nova molécula, na medida em que a torna mais parecida com as enzimas humanas. “A glicosilação [adição de carboidratos às proteínas] não acontece em bactérias, mas é uma característica no processo de produção de enzimas tanto em leveduras, como em seres humanos. Essa é uma grande vantagem”, diz Perales.

Foto: Arquivo pessoal

Envolvida no projeto desde o mestrado, Luciana agora pesquisa formas de aprimorar o desempenho da enzima durante doutorado sanduíche na Universidade de Lisboa

Atividade ótima

Considerando que o pH e a temperatura podem alterar a forma tridimensional da enzima, modificando seu desempenho, os pesquisadores investigaram a estabilidade da molécula nas condições do sangue. As análises apontaram atividade ótima em pH 7,2, valor próximo ao pH sanguíneo, que fica em torno de 7,4. A atividade máxima da asparaginase de levedura foi identificada em 46ºC, e na temperatura de 37ºC, encontrada no sangue, ela manteve 92% do seu desempenho. “Esses valores são bastante positivos. Além de apresentar atuação nas condições fisiológicas, a enzima se mantém estável na faixa de pH de 6 a 10 e em temperaturas até 45ºC. Isso facilita a manipulação e o armazenamento da molécula, que não precisa, por exemplo, ser mantida na geladeira durante os processos de purificação”, comenta Perales. 

Os testes para avaliar o efeito da molécula contra as células cancerígenas foram feitos com culturas de células de leucemia mielóide aguda. Os experimentos mostraram que a asparaginase de levedura inibe a proliferação dessas células, sendo que quanto maior a dose da enzima, maior a inibição. “Esse resultado é fundamental para a continuidade da pesquisa”, declara Luciana, que nesse momento investiga formulações para melhorar o desempenho da enzima durante o doutorado sanduíche na Universidade de Lisboa, em Portugal. “Queremos reduzir ainda mais a imunogenicidade e ampliar o tempo de circulação da asparaginase no organismo, o que permitiria o uso de doses menores”, conta ela. As próximas etapas da pesquisa pretendem envolver novos testes em culturas de células e em modelos animais para avaliar a eficácia e a segurança do biofármaco. “Esse é um projeto de longo prazo, que não seria possível sem a colaboração científica. As competências complementares dos grupos da UFRJ, IOC, Farmanguinhos, Bio-Manguinhos e Universidade de Lisboa são fundamentais para avançarmos no desenvolvimento desse novo medicamento”, destaca Perales.

Reportagem: Maíra Menezes

11/08/2016

Link:

http://www.fiocruz.br/ioc/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=2601&query=simple&search_by_authorname=all&search_by_field=tax&search_by_keywords=any&search_by_priority=all&search_by_section=all&search_by_state=all&search_text_options=all&sid=32&site=fio&text=plantas

Fungi contribute to delayed healing of chronic wounds

Date: September 6, 2016

Source: American Society for Microbiology

Summary:

Fungal communities found in chronic wounds can form mixed bacterial-fungal biofilms and can be associated with poor outcomes and longer healing times, researchers have discovered. Their report is the first deep characterization of the fungi found in diabetic foot ulcers.

Researchers in Pennsylvania and Iowa have discovered that fungal communities found in chronic wounds can form mixed bacterial-fungal biofilms and can be associated with poor outcomes and longer healing times. Their report, the first deep characterization of the fungi found in diabetic foot ulcers, is published this week in mBio, an online open-access journal of the American Society for Microbiology.

The team followed 100 patients with diabetic foot ulcers -- open wounds located on the bottom of the foot -- during the course of 26 weeks, or until the wound healed or required amputation. Their findings highlight that fungal components of the microbiome can play a major role in hampering the healing of chronic wounds.

"Chronic wounds are a silent epidemic," says Elizabeth Grice, assistant professor of dermatology and microbiology at University of Pennsylvania in Philadelphia and senior author on the study. "They usually occur in conjunction with another disorder such as diabetes or obesity, but once a chronic wound occurs, it requires a lot of healthcare and has a devastating effect on a patient's quality of life."

The American Diabetes Association estimates that more than 7 million diabetics in the US will have a diabetic foot ulcer in their lifetime and 15 percent will end up with a lower limb amputation. Healthcare for chronic wounds in the US costs tens of billions of dollars each year.

Grice and postdoctoral researcher Lindsay Kalan wanted to know which fungal species make up the communities thriving deep inside a chronic wound and what roles they might play in impaired healing. This represents a "huge missing piece" of chronic wound research, says Grice.

All of the ulcer patients were given the same medical care. A team led by Sue Gardner, professor of nursing at University of Iowa, sampled patients' deep wound fluid every two weeks. Those samples were sent to Grice and Kalan for genetic sequencing and identification of the fungi residing in the wounds.

The team found that 80 percent of the wounds harbored fungi -- much higher than previous estimates -- from 284 different species. The most abundant fungus, Cladosporium herbarum, was found in 41 percent of the samples and the human pathogen Candida albicans was next most abundant, in a little over one-fifth of the samples.

No single species of fungi was associated with poor outcomes, but rather mixed communities were associated with slow healing or complications such as bone infection and amputation. However, higher levels of ascomycetes, or sac fungi, at the initial swabbing were associated with wounds that took longer than 8 weeks to heal. This hints that, in the future, doctors might be able to swab wounds to get a quick prediction of the time to heal.

Kalan looked at two patients' wounds more closely to determine if their stable communities of microbes could grow biofilms, which are thought to keep many chronic wounds festering.

She isolated the C. albicans yeast and Citrobacter freundiibacteria from a patient whose wound eventually healed and she isolated the fungus Trichosporon asahii and bacteria Staphylococcus simulans from a patient whose wound resulted in an amputation. When she co-cultured these bacterial-fungal pairs in the laboratory, she found that both pairs formed a mixed biofilm.

"Lindsay showed very nicely that the fungi interact with the bacteria, potentially making biofilms within wounds," says Grice. "You can't properly target treatment if you are missing that critical interaction."

Kalan says the study is a first step toward better understanding chronic wounds and develop better ways to treat them: "There are polymicrobial interactions within these wounds. It's important to look at the fungal and bacterial communities and how they interact with each other and the immune system to impair or promote healing."

Story Source:

The above post is reprinted from materials provided byAmerican Society for Microbiology. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Lindsay Kalan et al. Redefining the Chronic-Wound Microbiome: Fungal Communities Are Prevalent, Dynamic, and Associated with Delayed Healing. mBio, September 2016 DOI: 10.1128/mBio.01058-16

Cite This Page:

American Society for Microbiology. "Fungi contribute to delayed healing of chronic wounds." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 September 2016. <www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160906103144.htm>.

No futuro, bactérias poderão produzir plástico biodegradável a partir do metano

Pesquisadores do RCGI procuram estabelecer uma rota diferente da química para transformar o metano em PHB, um biopolímero de alto valor agregado

Objetivo é estabelecer uma rota diferente da química para transformar o metano em PHB, um biopolímero de alto valor agregado – Foto: Eco Brasília

O Centro de Pesquisa para Inovação em Gás Natural (Research Centre for Gas Innovation – RCGI), com sede na Escola Politécnica (Poli) da USP, vem desenvolvendo, desde o ano passado, pesquisas em parceria com instituições do Brasil e do exterior. Em uma dessas iniciativas, a bióloga Elen Aquino Perpétuo, professora da Unifesp – Campus Baixada Santista, e uma equipe de oito pesquisadores pretendem, com o uso de microrganismos, transformar o metano (CH4), contido no gás natural, em PHB – um plástico de alto valor agregado. Este é um dos objetivos do projeto de Bioconversão do Metano, já iniciado pelo RCGI. De acordo com a bióloga, que coordena o projeto, o objetivo é estabelecer uma rota diferente da química para transformar o metano.

“Existe a via química em que se faz, por exemplo, a reforma a vapor do metano. As metodologias químicas são mais caras e já estão bem estabelecidas na indústria.” O objetivo do projeto, segundo ela, é inovar estabelecendo uma rota microbiológica. “Algumas bactérias, que chamamos de metanotróficas, se alimentam do metano e o transformam, por meio de uma série de reações bioquímicas, em PHB, que é um biopolímero: um plástico de origem biodegradável”, explica Elen.

Ela afirma que o PHB é um plástico “nobre”, menos agressivo porque obtido a partir de base biodegradável. Pode ser utilizado em próteses, por exemplo, porque causa menos reação adversa. “Mas sua escala industrial ainda não vale a pena, por isso ainda não existe, no mundo, produção em escala industrial a partir do metano. Vamos ver se conseguimos chegar a um processo que ofereça mais rendimento.”

Inicialmente, os pesquisadores farão testes com bactérias metanotróficas dos gêneros Methylobacter sp. e Methylocystis sp. “São mais conhecidas, exemplos que deram certo. Iremos fazer os primeiros testes com elas”, diz Elen. O grupo pretende trabalhar ainda com consórcios microbianos oriundos de áreas com histórico de produção de metano, como os aterros sanitários, por exemplo. “Normalmente, bactérias que produzem metano estão associadas àquelas que o consomem.”

Rota microbiológica

A bióloga explica que, durante os testes, a bactéria é colocada num biorreator, em meio líquido, e injeta-se metano e oxigênio (O2). Então a bactéria começa a consumir o metano. “A ideia é controlar as variáveis, como temperatura, pressão, pH. Até que a gente consiga estabelecer as melhores condições para as reações desejadas”, explica ela.

Ainda não se sabe se essa rota microbiológica é mais barata que o processo químico ou a reforma a vapor. “Mas sabemos que o rendimento do processo biotecnológico é mais baixo do que o químico. Por isso olhamos sempre para produtos com alto valor agregado. Em algum momento vamos ter de fazer essa conta.”

Segundo Elen, o uso da rota microbiológica tem um apelo ambiental muito claro. “Metano e CO2 são gases de efeito estufa. Então o objetivo é mitiga-los da forma mais natural possível, saindo da rota química, que consome muitos reagentes e gera subprodutos tóxicos, além de gastar muita energia.” Há ainda outro caminho possível, de acordo com a pesquisadora. Trata-se de usar o metano e o CO2 misturados, em um processo duplo que envolve algas e bactérias.

“A alga faria o papel de mitigar o CO2 e produziria biomassa que pode ser usada para ração animal. E o metano que sobrasse colocaríamos no biorreator, para a bactéria produzir o PHB. Mas não contávamos com os outros elementos que estão na composição do gás natural extraído dos reservatórios da BG: etano, propano, nitrogênio. Todos têm alto valor. Por isso pensamos, inclusive, em um consórcio microbiano para aproveitar esses outros gases, no qual tenhamos bactérias especializadas em cada tipo de gás, gerando diferentes produtos e fazendo o aproveitamento de 100% do gás.”

Sobre o RCGI

O Centro de Pesquisa para Inovação em Gás Natural (Research Centre for Gas Innovation – RCGI) foi criado em 2015 para investigar o uso atual e futuro do gás natural. Com previsão de R$ 100 milhões em investimentos por parte da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e a BG Brasil (empresa do BG Group, recentemente adquirida pela Shell), o RCGI atua em diversas frentes de pesquisa, tais como novos usos de gás natural, novos materiais, sistemas de energia e redução de emissão de poluentes, entre outros.

Do Jornal da USP, com informações da Acadêmica Agência de Comunicação

in EcoDebate, 23/06/2016

Beneficial bacteria may protect breasts from cancer

Date: June 24, 2016

Source: American Society for Microbiology

Summary:

Bacteria that have the potential to abet breast cancer are present in the breasts of cancer patients, while beneficial bacteria are more abundant in healthy breasts, where they may actually be protecting women from cancer, according a study. These findings may lead ultimately to the use of probiotics to protect women against breast cancer.

Bacteria that have the potential to abet breast cancer are present in the breasts of cancer patients, while beneficial bacteria are more abundant in healthy breasts, where they may actually be protecting women from cancer, according to Gregor Reid, PhD, and his collaborators. These findings may lead ultimately to the use of probiotics to protect women against breast cancer. The research is published in the ahead of print June 24 in Applied and Environmental Microbiology, a journal of the American Society for Microbiology.

In the study, Reid's PhD student Camilla Urbaniak obtained breast tissues from 58 women who were undergoing lumpectomies or mastectomies for either benign (13 women) or cancerous (45 women) tumors, as well as from 23 healthy women who had undergone breast reductions or enhancements. They used DNA sequencing to identify bacteria from the tissues, and culturing to confirm that the organisms were alive. Reid is Professor of Surgery, and Microbiology & Immunology at Western University and Director, Canadian Centre for Human Microbiome and Probiotic Research at Lawson Health Research Institute in London, Ontario, Canada.

Women with breast cancer had elevated levels of Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis, are known to induce double-stranded breaks in DNA in HeLa cells, which are cultured human cells. "Double-strand breaks are the most detrimental type of DNA damage and are caused by genotoxins, reactive oxygen species, and ionizing radiation," the investigators write. The repair mechanism for double-stranded breaks is highly error prone, and such errors can lead to cancer's development.

Conversely, Lactobacillus and Streptococcus, considered to be health-promoting bacteria, were more prevalent in healthy breasts than in cancerous ones. Both groups have anticarcinogenic properties. For example, natural killer cells are critical to controlling growth of tumors, and a low level of these immune cells is associated with increased incidence of breast cancer. Streptococcus thermophilus produces anti-oxidants that neutralize reactive oxygen species, which can cause DNA damage, and thus, cancer.

The motivation for the research was the knowledge that breast cancer decreases with breast feeding, said Reid. "Since human milk contains beneficial bacteria, we wondered if they might be playing a role in lowering the risk of cancer. Or, could other bacterial types influence cancer formation in the mammary gland in women who had never lactated? To even explore the question, we needed first to show that bacteria are indeed present in breast tissue." (They had showed that in earlier research.)

But lactation might not even be necessary to improve the bacterial flora of breasts. "Colleagues in Spain have shown that probiotic lactobacilli ingested by women can reach the mammary gland," said Reid. "Combined with our work, this raises the question, should women, especially those at risk for breast cancer, take probiotic lactobacilli to increase the proportion of beneficial bacteria in the breast? To date, researchers have not even considered such questions, and indeed some have balked at there being any link between bacteria and breast cancer or health."

Besides fighting cancer directly, it might be possible to increase the abundance of beneficial bacteria at the expense of harmful ones, through probiotics, said Reid. Antibiotics targeting bacteria that abet cancer might be another option for improving breast cancer management, said Reid.

In any case, something keeps bacteria in check on and in the breasts, as it does throughout the rest of the body, said Reid. "What if that something was other bacteria--in conjunction with the host immune system? We haven't answered this question, but it behooves experts in the field to now consider the potential."

Story Source:

The above post is reprinted from materials provided by American Society for Microbiology. Note: Materials may be edited for content and length.

Journal Reference:

Camilla Urbaniak, Gregory B. Gloor, Muriel Brackstone, Leslie Scott, Mark Tangney, and Gregor Reid. The microbiota of breast tissue and its association with tumours. Applied and Environmental Microbiology, June 2016 DOI: 10.1128/AEM.01235-16

Cite This Page:

American Society for Microbiology. "Beneficial bacteria may protect breasts from cancer." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 June 2016. <www.sciencedaily.com/releases/2016/06/160624135846.htm>.

Bactérias combatem bactérias para conservar alimentos

10 de abril de 2015

Heitor Shimizu, de Buenos Aires | Agência FAPESP – Aumentar o valor nutricional e melhorar a segurança de produtos alimentícios a partir da utilização de compostos produzidos por microrganismos presentes nos próprios alimentos são objetivos de um grupo de pesquisadores no Estado de São Paulo. Para avançar nos resultados de seus estudos, eles contam com a colaboração de colegas argentinos.

Em São Paulo, o grupo é formado por cientistas do Centro de Pesquisa em Alimentos (Food Research Center, FoRC), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP. Os colaboradores na Argentina integram o Centro de Referencia para Lactobacilos (Cerela).

Um dos resultados da pesquisa foi a bem-sucedida utilização de bacteriocinas para aumentar a segurança do queijo minas, um queijo típico brasileiro e muito fácil de ser preparado, como explicou Bernadette Gombossy de Melo Franco, coordenadora do FoRC e professora titular da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (USP).

“O queijo minas é feito em pequena escala no Brasil e tem muitos casos de contaminação por Listeria monocytogenes. Nosso propósito foi usar bactérias que já estão no leite, selecionando entre elas as que são produtoras de bacteriocinas, isolando-as e colocando-as de volta no leite com a função específica de inibir a multiplicação do patógeno e, com isso, poder produzir o alimento com maior segurança. Conseguimos um efeito semelhante na produção de leite de cabra”, disse Franco, em palestra na FAPESP Week Buenos Aires que integrou o painel “Alimentos Funcionais”.

Mas o que são essas bacteriocinas, que têm atraído a atenção de pesquisadores e da indústria de alimentos? “São polipeptídeos sintetizados nos ribossomas de bactérias láticas que exibem atividade bactericida ou bacteriostática, ou seja, ou matam microrganismos ou inibem a sua multiplicação sem matá-los”, explicou Franco, que é pró-reitora de Pós-Graduação da USP.

Por sua vez, as bactérias láticas são microrganismos presentes em vários ambientes e que apresentam a propriedade de transformar açúcares (carboidratos) em ácido lático.

“Essa propriedade pode ser explorada de várias maneiras tecnológicas para aumentar o valor nutricional ou a segurança do produto alimentar. E elas podem ter muitas outras funções. Em fins terapêuticos, por exemplo, já que podem ser utilizadas como vetores de uma série de genes responsáveis pela produção de compostos importantes do ponto de vista médico, ou químico, devido à grande variedade de compostos que elas podem produzir”, disse Franco.

“O grupo das bactérias láticas é muito grande, composto de mais de 200 gêneros de microrganismos diferentes. E são vários os compostos que elas produzem e que podem ter atividade funcional, ou seja, agregar benefícios ao alimento onde estão. Podem ser enzimas, vitaminas, exopolissacarídeos, adoçantes, probióticos e compostos com atividade antimicrobiana”, disse.

E é nessa atividade antimicrobiana que está o interesse da pesquisa feita no FoRC e no Cerela. “Esses agentes antimicrobianos, que podem ser usados tanto na área médica como na conservação de alimentos, são também muito variados. Podem ser ácidos orgânicos, diacetil, peróxido de hidrogênio, dióxido de carbono, compostos de baixo peso molecular e, principalmente, as bacteriocinas”, contou Franco, que é membro da Coordenação da Área de Engenharia e da Coordenação Adjunta do Plano Diretor de Ciência, Tecnologia e Inovação para o Estado de São Paulo da FAPESP.

A pesquisadora explica que as bactérias láticas são utilizadas como bioconservantes em alimentos há milênios – cerca de 6 mil anos a.C. –, sem que se soubesse qual era o composto químico responsável pela conservação.

“Um exemplo de aplicação prática das bacteriocinas na conservação de alimentos está no controle da bactéria Listeria monocytogenes, um patógeno que causa doenças de gravidade variada, podendo levar até a morte um indivíduo afetado. Trata-se de um microrganismo psicrotrófico, isto é, que se multiplica em ambiente refrigerado, em temperaturas em que são armazenados os alimentos. É resistente ao sal e a desinfetantes e tem a capacidade de aderir à superfície dos equipamentos utilizados pela indústria de alimentos, formando os chamados biofilmes. E sobrevive por longo tempo nesses ambientes”, disse Franco.

Nova definição

Franco explica que a definição científica usada desde 1994 para as bacteriocinas afirma que sua atividade é importante apenas contra outras bactérias com as quais elas são geneticamente relacionadas. E aí entra outra contribuição da pesquisa feita no FoRC.

“Nós estamos contribuindo com informações e mostrando que essa classificação precisa ser revista. Em um artigo publicado por nosso grupo com nossos parceiros argentinos, mostramos que as bacteriocinas são ativas também contra vírus e contra leveduras”, disse.

“Também conseguimos resultados importantes ao encapsular bacteriocinas em nanovesículas de lipídeos, protegendo as bacteriocinas da própria ação da matriz alimentar”, contou Franco.

As descobertas salientam a importância de pesquisas sobre as bacteriocinas e outros compostos com atividade funcional. Com tanto potencial de aplicação, o interesse tem sido cada vez maior.

“Estudos com bacteriocinas têm crescido muito nos últimos anos, com um grande aumento no número de publicações científicas sobre o tema em todo o mundo, inclusive no Brasil. Mas precisamos de mais estudos para melhorar o conhecimento atual das possíveis aplicações das bacteriocinas para a conservação de alimentos”, disse Franco.

“Entretanto, é importante destacar que as bacteriocinas não são uma panaceia que vai resolver o problema da contaminação de alimentos. Elas são uma ferramenta a mais, que podem ser usadas em conjunto com outros métodos de preservação de alimentos. Sua atividade depende, por exemplo, da própria cepa da bactéria, da matriz alimentar onde se encontra e é afetada por fatores ambientais”, disse.

Na palestra em Buenos Aires, Franco falou também sobre um projeto conduzido em parceria com pesquisadores da Universidad Tucumán e do Cerela, selecionado em chamada de proposta lançada pela FAPESP em parceria com o Conicet.

No projeto, os pesquisadores buscam bactérias láticas produtoras de vitaminas em produtos artesanais na Argentina e no Brasil para a produção de alimentos funcionais, enriquecidos com folatos e riboflavinas.

Pão sem glúten

O painel “Alimentos Funcionais”, que teve como coordenadora a professora Maria Cristina Añon, da Universidad Nacional La Plata, contou com palestra de Maria Taranto, pesquisadora do Departamento de Biotecnologia em Alimentos do Cerela, que falou sobre o uso de probióticos láticos em alimentos funcionais.

Vanessa Dias Capriles, professora na Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), falou sobre desafios tecnológicos e nutricionais na panificação sem glúten. Em pesquisa com apoio da FAPESP por meio do programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes, ela busca desenvolver pão sem glúten com boa qualidade tecnológica, tanto nutricional como sensorial, “de modo a contribuir para a melhor nutrição, saúde e qualidade de vida dos indivíduos celíacos”.

Capriles destacou que a doença celíaca é uma das intolerâncias alimentares de maior prevalência mundial e está impulsionando a demanda por produtos sem glúten. “Entretanto, o glúten é uma proteína estruturante essencial para a elaboração de pães. Por isso, a obtenção de pães sem glúten é um desafio tecnológico”, disse.

Encerrando o painel, Daniel Barrio, professor na Universidad Nacional de Río Negro, falou sobre peptídeos bioativos provenientes de proteínas alimentares.

Apresentações feitas na FAPESP Week Buenos Aires e mais informações sobre o simpósio estão em: www.fapesp.br/week2015/buenosaires. 

Link:

http://agencia.fapesp.br/bacterias_combatem_bacterias_para_conservar_alimentos/20966/

Quefir: alternativa para uma alimentação funcional

Débora Motta

Divulgação 

"Grãos" de quefir: com aspecto semelhante a fragmentos de couve-flor, são base para a fabricação de bebidas fermentadas 

A sentença "Faça do teu alimento o teu remédio", atribuída a Hipócrates (460 a.C. a 377 a.C.), o médico grego conhecido como o pai da medicina, ilustra a preocupação com a saúde e a alimentação, cada vez mais comum na sociedade contemporânea. Entre as medidas adotadas por quem segue um cardápio saudável em nome do bem-estar, está o consumo de alimentos funcionais – aqueles que, além de suas funções nutricionais básicas, apresentam outras propriedades benéficas, como a melhora do metabolismo e a redução do risco de doenças.

O quefir (do turco, keif, isto é, sentir-se bem) é um desses alimentos que oferecem múltiplos benefícios. Trata-se de um leite fermentado, levemente ácido e alcoólico, originário das montanhas do Cáucaso, onde os camponeses vem utilizando seus "grãos" por séculos. Os "grãos" de quefir são um aglomerado complexo de bactérias e leveduras – como Lactococcus lactis subsp. Lactis; Lactococcus lactis subsp. Cremoris; Lactococcus lactis subsp. diacetylactis,; Leuconostoc mesenteroides subsp. Cremoris; Lactobacillus Kefyr (thermophilic); Klyveromyces marxianus var. marxianus; Saccaromyces unisporus – unidas a uma matriz de polissacarídeo.

A bebida é preparada a partir da fermentação desses "grãos", que lembram fragmentos de couve-flor, no leite. "Os povos do Cáucaso atribuem a sua longevidade ao consumo deste leite fermentado", conta a farmacêutica Márcia Barreto Feijó, da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal Fluminense (UFF). A professora coordena um estudo, fruto de parceria entre a UFF e a Empresa de Pesquisa Agropecuária do Estado do Rio de Janeiro (Pesagro-Rio), com o objetivo de investigar os "grãos" de quefir e dos quefirados, por meio de análises físico-químicas e microbiológicas.

A pesquisa é apoiada com recursos financeiros do edital de Apoio à Pesquisa Agropecuária do Estado do Rio de Janeiro da FAPERJ. "A proposta é otimizar a produção do quefir a partir da observação da fermentação dos ‘grãos’ em substratos diferentes, como leite integral, desnatado, e enriquecido, modificando variáveis como tempo e temperatura", explica.

Condições ideais de preparo do quefir

Divulgação

Márcia Feijó: pesquisa da UFF e da Pesagro-Rio investiga as condições ideais para o preparo das bebidas quefiradas 

Os experimentos em busca da composição química ideal das bebidas quefiradas são realizados no Laboratório de Controle da Qualidade da Pesagro-Rio. A ideia é conservar um maior número de micro-organismos benéficos vivos, além de encontrar o sabor mais agradável para a bebida. A equipe já chegou a algumas conclusões para o melhor preparo do quefir. "Provamos que o melhor é preparar o quefir com leite desnatado, porque o número de bactérias lácticas aumenta com menores níveis de gordura. Outra conclusão é que a temperatura ótima, para a maioria dos microorganismos que constituem os "grãos" do quefir, é em torno de 22 ºC", diz.

O quefir ainda é pouco conhecido no Brasil. Nenhuma empresa apresentou interesse no processo de industrialização da bebida, mesmo aquelas que já o fazem no exterior. "Embora haja um mercado aberto para alimentos funcionais, é preciso incentivar o hábito do consumo desta bebida láctea, através da divulgação das informações e benefícios à saúde que o quefir proporciona, para justificar a produção em larga escala. No entanto, este rico alimento pode ser preparado em casa. Existe uma tradição entre seus consumidores, no Brasil e no exterior, de não se vender os ‘grãos’ e sim, repassar os ‘grãos’ excedentes", destaca.

O leite deve ser colocado em um recipiente limpo de vidro e preferencialmente de boca larga. Os "grãos" são adicionados em uma proporção de uma parte para cada 10 partes de leite. O conteúdo deve ser deixado à temperatura ambiente por aproximadamente 24 horas. Após a fermentação, o quefirado (leite fermentado) é coado para separar e recuperar os "grãos" do quefir, que serão adicionados a mais leite fresco, repetindo o processo. Isto possibilita o reaproveitamento contínuo dos "grãos", que se multiplicam. O quefirado pode ser consumido imediatamente ou refrigerado para consumo posterior. "Se as condições básicas de higiene forem observadas, o risco de contaminação é nulo", afirma Márcia.

Além da ingestão como bebida protéica, o quefir pode ser apreciado na culinária nas mais diversas formas, como no preparo das saladas, substituindo a maionese, e como queijo cremoso, base para bebidas e vitaminas, formulações de bolos, biscoitos e pudins, tornando-os mais saudáveis. Comparado ao iogurte, o quefir além de possuir uma escala maior e mais diversa de micro-organismos viáveis em sua cultura inicial (starter), apresenta um nível de atividade da ß-galactosidase mais elevada em 60%, contribuindo para um aumento significativo da digestão da lactose.

Também se difere do iogurte por conter, além do ácido láctico, álcool e gás carbônico. "O ácido lático produzido combina-se com os minerais cálcio e ferro, aumentando a absorção destes elementos, e também facilita o processo de digestão das proteínas, principalmente nos casos onde a secreção de ácido clorídrico está dificultada", diz.

O quefir é ao mesmo tempo prebiótico e probiótico. "Ele é prebiótico porque fornece condições para bactérias benéficas se instalarem no intestino, assim como os iogurtes com fibras (inulina e FOS), e probiótico porque os micro-organismos ingeridos com o produto chegam vivos ao intestino, como alguns leites fermentados industrializados", explica Márcia.

De acordo com ela, a lista dos benefícios gerados pelo quefir é extensa. "O consumo da bebida melhora o trânsito intestinal, evitando outras doenças além da constipação, como hemorróidas, doenças diverticulares e câncer de colo. Estudos realizados no exterior e no Brasil constatam que ele melhora a imunidade do organismo ainda tem atividade anticancerígena e anti-inflamatória, podendo também reduzir lipídios como o colesterol", conclui.

17/12/2009

Link:

http://www.faperj.br/boletim_interna.phtml?obj_id=5981

Busca por novas bactérias leva pesquisadores a ambientes extremos

26/05/2014

Coletadas das Fossas das Marianas, no Oceano Pacífico, ao deserto do Atacama, no Chile, amostras revelam microrganismos com propriedades anticâncer e antibióticas (foto: colônias de actinobactérias do deserto do Atacama/Mike Goodfellow)

Por Noêmia Lopes

Agência FAPESP – Coletar bactérias em um abismo marinho, a mais de 10 mil metros de profundidade, ou em desertos extremamente áridos, a até 5 mil metros de altitude, é a estratégia de campo adotada por pesquisadores da Escola de Biociências da University of Kent, no Reino Unido, para descobrir novas espécies de microrganismos.

“Acreditamos que, em locais como esses, é possível encontrar novos organismos, com novas propriedades químicas e biológicas que, por sua vez, possam dar origem a medicamentos antibióticos, anticâncer, antioxidantes, entre outros. Até agora, nossos resultados confirmam essa hipótese”, disse à Agência FAPESP o pesquisador Alan Bull, integrante da equipe, com 20 anos de experiência na área.

Bull foi um dos participantes do Simpósio Internacional BIOTA Microrganismos realizado na FAPESP entre os dias 28 e 30 de abril. Em sua palestra, apresentou o trabalho de busca, coleta, isolamento e análise fenotípica e genotípica das bactérias, pertencentes ao filo Actinobactéria.

“Desde o surgimento, no final dos anos 1940, dos primeiros antibióticos com aplicação clínica – penicilina e estreptomicina, produzidos a partir de um fungo e de uma actinobactéria, respectivamente –, existem pesquisas para descobrir novas espécies desses grupos. Quanto mais procuramos, mais organismos e propriedades químicas interessantes achamos”, afirmou.

Tradicionalmente consideradas bactérias de solo e de água fresca, as actinobactérias também foram encontradas nos ambientes extremos visitados por Bull e seus colegas. E provaram ter uma capacidade excepcional de produzir compostos com ampla gama de bioatividades.

Das profundezas do mar do Japão, a espécie Verrucosispora maris se mostrou bastante promissora. Seu composto atrop-Abyssomicin C desempenha ações antituberculose e antibacteriana, inclusive anti-MRSA (sigla em inglês para a bactéria Sarm ou Staphylococcus aureus resistente à meticilina).

A espécie Verrucosispora fiedleri foi coletada nas águas profundas do fiorde Raune, na Noruega, e demonstrou ter compostos com atividades antitumorais.

Já das fossas das Marianas, no Oceano Pacífico, 10.894 metros abaixo do nível do mar, veio a actinobactéria Dermacoccus abyssi. As análises de seus compostos resultaram na comprovação de ações anticâncer, antitripanossoma e de eliminação de radicais.

Os pesquisadores coletaram amostras em regiões secas e extremamente secas, como o deserto do Atacama, no norte do Chile. “Em certas áreas de desertos como esse não há vegetação, existem bem poucos animais e quase nenhum pássaro. Há bactérias? A resposta é sim. Em números pequenos, mas com uma diversidade significativa”, disse Bull.

A Streptomyces leeuwenhoekii, actinobactéria encontrada em solos do salar do Atacama, é um dos exemplos dessa diversidade. Seu composto Chaxamycins também exerce atividades antibacterianas e anticâncer.

Houve ainda coletas na Austrália (cânion do Rei), no continente africano (deserto da Namíbia), no Oceano Atlântico, no Oceano Índico, em outros pontos do Oceano Pacífico (baía de Sagami, baía de Suruga, fossa Ryukyu, fossa Izu-Ogasawara) e mesmo na Antártica.

Os pesquisadores da University of Kent tiveram a colaboração de equipes de diferentes países, como Japão, Chile, Alemanha e Holanda, e instituições, como as britânicas The Royal Society e The Leverhulme Trust.

“Encontramos grandes novidades, muitas espécies antes desconhecidas, e algumas delas com novas propriedades químicas que, esperamos, possam levar ao desenvolvimento de novas drogas. O desafio está nessa última etapa, que requer milhões de dólares em investimentos, por longos períodos. Mas os compostos são muito promissores. Estamos otimistas de que um dia venham a se tornar drogas terapêuticas e deem origem a outras investigações na área”, disse Bull. 

Link:

http://agencia.fapesp.br/19152

Superbactérias: os riscos de uma crise global

MARTIN KHOR – 09/04/2014

Salmonella, bactéria que provoca infecções gástricas

Banalização do uso de antibióticos e impasses na pesquisa de fármacos suscitam espectro de epidemias incontroláveis. Há alternativas, mas é preciso agir já

Por Martin Khor | Tradução: Gabriela Leite

Um número crescente de doenças tem sido afetado pela resistência, um fenômeno que se dá quando as bactérias não podem ser mortas, mesmo quando distintos medicamentos são ministrados a alguns pacientes, que sucumbem. Isso gera a perspectiva sombria de um futuro em que os antibióticos já não funcionam e muitos de nós, ou de nossos filhos, não vão mais resistir a doenças como tuberculose, cólera, formas mortais de desinteria e germes contraídos durante cirurgias.

A Organização Mundial da Saúde (OMS) vai discutir o tema em maio, em sua assembleia anual de ministros da saúde. A agende inclui o debate de um plano global de ação contra a resistência microbiana. Em momentos anteriores, houve diversas resoluções a respeito, mas pouca ação. Este ano, pode ser diferente, porque países como o Reino Unido estão convencidos de que anos de inatividade tornaram o problema cada vez mais grave.

A Chatham House, uma organização internacional sediada no Reino Unido, foi local de duas reuniões recentes a respeito: uma em outubro e outra no mês passado (co-organizada pelo Geneva Graduate Institute). Ambas foram presididas pela Diretora Geral da Saúde da Inglaterra, a professora Dame Sally Davies, que transformou a resistência a antibióticos em uma campanha emergente. Em um livro recente, The Drugs Don’t Work (“Os remédios não funcionam”), ela revelou que seu relatório anual sobre saúde focou-se, em 2012, em doenças infecciosas.

“Nossas descobertas são simples: estamos perdendo a batalha contra doenças infecciosas. As bactérias estão reagindo e tornando-se resistentes à medicina moderna. Para resumir: os remédios não funcionam.” Davies lembrou que os antibióticos adicionaram em média vinte anos à expectativa de vida dos seres humanos e que, por mais de setenta anos, eles nos permitiram sobreviver a infecções e cirurgias que ameaçavam nossa vida. Contudo, “a verdade é que temos abusado deles como pacientes, médicos, viajantes e em nossa comida”, diz ela em seu livro.

Davies prossegue: “Nenhuma classe de antibióticos foi descoberta nos últimos 26 anos e os micróbios estão contra-atacando. Em poucas décadas, poderemos começar a morrer por cirurgias mais comuns e por doenças que hoje podem ser tratadas facilmente.”

Nas duas reuniões da Chatham House, às quais compareci, diferentes aspectos da crise e das possíveis ações foram discutidas. Em uma das sessões, fiz um sumário das ações necessárias, incluindo:

> Mais pesquisa científica sobre como a resistência é causada e se espalha, incluindo a emergência de genes resistentes a antibióticos como no caso do NDM-1 [cuja ação é explicada mais adiante].

> Pesquisas em todos os países para determinar os níveis da resistência a atibióticos e bactérias que causam várias doenças.

> Diretrizes e regulações de saúde em todos os países para orientar os médicos sobre quando (e quando não) prescrever antibióticos.

> Regulamentações para indústrias de drogas sobre marketing ético de seus remédios, para evitar que promoções de venda dirigidas a médicos ou ao público levem a um uso elevado e desnecessário.

> Educar o público a usar antibióticos apropriadamente, incluindo informações sobre quando eles não devem ser usados.

> Banir o uso de antibióticos na alimentação animal (com o propósito de obter crescimento acelerado). Restringir o uso em animais apenas para doenças de risco.

> Promover o desenvolvimento de novos antibióticos e criar mecanismos (inclusive financeiras) que não tornem as novas drogas propriedade exclusiva das indústrias farmacêuticas.

> Assegurar que pessoas pobres também tenham acesso aos novos remédios.

Quanto ao primeiro ponto, um fato novo e alarmante foi a descoberta de um gene, conhecido como NDM-1, que tem a habilidade de alterar a bactéria e fazê-la altamente resistente a qualquer droga conhecida.

Em 2010, só se localizou a presença do gene NDM-1 (detectado em 2006) em dois tipos de bactérias — E. coli e pneumonia Klebsiella. Mas descobriu-se que este gene pode facilmente saltar de uma espécie de bactéria para o outro. Em maio de 2011, cientistas da Universidade de Cardiff (Reino Unido), que fizeram os primeiros relatos sobre a existência da NDM-1, descobriram que este gene se espalhou para vinte espécies de bactérias.

Também em maio de 2011, houve um surto de uma doença mortal, causada por uma nova cepa da bactéria E. coli, que matou mais de vinte pessoas e afetou outras duas mil na Alemanha. Apesar de a E. coli “normal” produzir doenças suaves de estômago, este novo tipo causa diarreia com sangue e dores de estômago severas. Em casos mais sérios, atinge as células sanguíneas e os rins.

A tubercolose é outra doença que esta retornando de forma agravada. Em 2011, a Organização Mundial de Saúde (OMS) descobriu que meio milhão de novos casos no mundo eram do tipo resistente a múltiplas drogas (MDR-TB), significando que não poderiam ser tratados pela maior parte dos remédios. Além disso, em torno de 9% das tuberculoses resistentes a drogas múltiplas também têm resistência a duas outras classes de remédios. São conhecidas como tuberculoses extensivamente resistente a drogas (XDR-TB). Pacientes com XDR-TB não podem ser tratados com sucesso.

Pesquisadores também descobriram que, no sudeste da Ásia, cepas de malária estão se tornando resistentes a tratamentos. Em 2012, a diretora-geral da OMS, Margaret Chan alertou que todos os antibióticos já produzidos até hoje estão correndo risco de tornarem-se inúteis.

A Assembleia Mundial de Saúde, convocada para o próximo mês é uma oportunidade que não pode ser perdida para finalmente lançar um plano de ação global para resolver esta crise.

Link:

http://outraspalavras.net/capa/antibioticos-a-beira-de-uma-crise-global/

Coleção de Bactérias da Mata Atlântica, CBMA

A Coleção de Bactérias da Mata Atlântica, CBMA, situa-se no Laboratório de Genética Molecular de Micro-organismos do Instituto Oswaldo Cruz, FIOCRUZ, e tem como finalidade: amostrar, isolar, preservar e caracterizar a diversidade de bactérias cultiváveis do solo da Mata Atlântica. Representa a fonte primária de parte da microbiota deste bioma para estudos básicos e biotecnológicos e, como Coleção, é testemunho destes estudos, permitindo sua rastreabilidade. Como sua taxonomia é definida pela informação contida no gene ribossomal 16S rRNA, e estas sequências podem ser livremente acessadas, são inúmeras as possibilidades de estudos.

Trata-se de uma Coleção de serviço e pesquisa. A CBMA é filiada à World Federation for Culture Collections, WFCC, sob o registro WDCM958.

Até o presente o acervo da CBMA contém 800 isolados correspondendo a 100 morfotipos obtidos nos oito pontos de coleta representados pelos cinco tipos de solo.

Link:

http://cbma.fiocruz.br/

Descubren una bacteria suicida capaz de intoxicarse a si misma con una toxina

La cianobacteria Synechocystis produce toxinas que conducen a menudo a su propia desaparición. Dos grupos científicos han determinado la lógica que rige este mecanismo.
La cianobacteria Synechocystis produce varias toxinas. Sin embargo, la mayoría de las veces no se puede activar porque el organismo unicelular por lo general sólo los produce junto con una antitoxina que neutraliza su efecto venenoso.

Este es un viejo truco de la naturaleza: Los genes de la toxina y la antitoxina se encuentran juntos en un plásmido, es decir, un fragmento de ADN que existe independientemente del cromosoma bacteriano.

En contraste con la toxina, la antitoxina no es muy estable. Cuando una célula pierde el plásmido durante la división celular, estos genes se pierden. Puesto que la toxina es más estable que la antitoxina y es por tanto efectiva por un período más largo de tiempo, estas células finalmente mueren. Por lo tanto, los pares de antitoxina de toxina constituyen un mecanismo de selección natural que se ocupa de que sólo las células que retienen el plásmido, y por ende con el antídoto, puedan sobrevivir.

El plásmido pSYSA de la cianobacteria Synechocystis tiene no uno sino siete diferentes sistemas de este tipo (toxina-antídoto) y por lo tanto esta bien protegido. La razón de esto es porque, además de los genes para los siete pares toxina-antitoxina, el plásmido pSYSA posee la información genética para un sistema inmune bacteriano. Es decir, si el plásmido con este sistema se pierde en la división celular, varias toxinas pueden provocar la muerte de la bacteria.

Los resultados de estos trabajos han sido publicados en las revistas Journal of Biological Chemistry y PLoS ONE .

Referencias
S. Kopfmann, W. R. Hess. Toxin-Antitoxin Systems on the Large Defense Plasmid pSYSA of Synechocystis sp. PCC 6803. Journal of Biological Chemistry, 2013; 288 (10): 7399 DOI: 10.1074/jbc.M112.434100

Ingeborg Scholz, Sita J. Lange, Stephanie Hein, Wolfgang R. Hess, Rolf Backofen. CRISPR-Cas Systems in the Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 Exhibit Distinct Processing Pathways Involving at Least Two Cas6 and a Cmr2 Protein. PLoS ONE, 2013; 8 (2): e56470 DOI: 10.1371/journal.pone.0056470

Data: 15.03.2013
Link:

http://www.bioblogia.com/2013/03/descubren-una-bacteria-suicida-capaz-de-intoxicarse-a-si-misma-con-una-toxina/

Scientists Unveil Secrets of Important Natural Antibiotic

Feb. 21, 2013 — An international team of scientists has discovered how an important natural antibiotic called dermcidin, produced by our skin when we sweat, is a highly efficient tool to fight tuberculosis germs and other dangerous bugs.

Their results could contribute to the development of new antibiotics that control multi-resistant bacteria.

Scientists have uncovered the atomic structure of the compound, enabling them to pinpoint for the first time what makes dermcidin such an efficient weapon in the battle against dangerous bugs.

Although about 1700 types of these natural antibiotics are known to exist, scientists did not until now have a detailed understanding of how they work.

The study, carried out by researchers from the University of Edinburgh and from Goettingen, Tuebingen and Strasbourg, is published in Proceedings of the National Academy of Sciences.

Sweat spreads highly efficient antibiotics on to our skin, which protect us from dangerous bugs. If our skin becomes injured by a small cut, a scratch, or the sting of a mosquito, antibiotic agents secreted in sweat glands, such as dermcidin, rapidly and efficiently kill invaders.

These natural substances, known as antimicrobial peptides (AMPs), are more effective in the long term than traditional antibiotics, because germs are not capable of quickly developing resistance against them.

The antimicrobials can attack the bugs' Achilles' heel -- their cell wall, which cannot be modified quickly to resist attack. Because of this, AMPs have great potential to form a new generation of antibiotics.

Scientists have known for some time that dermcidin is activated in salty, slightly acidic sweat. The molecule then forms tiny channels perforating the cell membrane of bugs, which are stabilised by charged particles of zinc present in sweat. As a consequence, water and charged particles flow uncontrollably across the membrane, eventually killing the harmful microbes.

Through a combination of techniques, scientists were able to determine the atomic structure of the molecular channel. They found that it is unusually long, permeable and adaptable, and so represents a new class of membrane protein.

The team also discovered that dermcidin can adapt to extremely variable types of membrane. Scientists say this could explain why active dermcidin is such an efficient broad-spectrum antibiotic, able to fend off bacteria and fungi at the same time.

The compound is active against many well-known pathogens such as tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis, or Staphylococcus aureus. Multi-resistant strains of Staphylococcus aureus, in particular, have become an increasing threat for hospital patients. They are insensitive towards conventional antibiotics and so are difficult to treat. Staphylococcus aureus infections can lead to life-threatening diseases such as sepsis and pneumonia. The international team of scientists hopes that their results can contribute to the development of a new class of antibiotics that is able to attack such dangerous germs.

Dr Ulrich Zachariae of the University of Edinburgh's School of Physics, who took part in the study, said: "Antibiotics are not only available on prescription. Our own bodies produce efficient substances to fend off bacteria, fungi and viruses. Now that we know in detail how these natural antibiotics work, we can use this to help develop infection-fighting drugs that are more effective than conventional antibiotics."

Journal Reference:

C. Song, C. Weichbrodt, E. S. Salnikov, M. Dynowski, B. O. Forsberg, B. Bechinger, C. Steinem, B. L. de Groot, U. Zachariae, K. Zeth. Crystal structure and functional mechanism of a human antimicrobial membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013; DOI: 10.1073/pnas.1214739110

Link:

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130221104359.htm

A Solution to Sinusitis from the Sea

Feb. 18, 2013 — A team of scientists and surgeons from Newcastle are developing a new nasal spray from a marine microbe to help clear chronic sinusitis.

They are using an enzyme isolated from a marine bacterium Bacillus licheniformis found on the surface of seaweed which the scientists at Newcastle University were originally researching for the purpose of cleaning the hulls of ships.

Publishing recently in PLOS ONE, they describe how in many cases of chronic sinusitis the bacteria form a biofilm, a slimy protective barrier which can protect them from sprays or antibiotics. In vitro experiments showed that the enzyme, called NucB dispersed 58% of biofilms.

Dr Nicholas Jakubovics of Newcastle University said: "In effect, the enzyme breaks down the extracellular DNA, which is acting like a glue to hold the cells to the surface of the sinuses. In the lab, NucB cleared over half of the organisms we tested."

Sinusitis with or without polyps is one of the most common reasons people go to their GP and affects more than 10% of adults in the UK and Europe. Mr Mohamed Reda Elbadawey, Consultant of Otolaryngology Head and Neck Surgery, Freeman Hospital -- part of the Newcastle Hospitals NHS Foundation Trust -- was prompted to contact the Newcastle University researchers after a student patient mentioned a lecture on the discovery of NucB and they are now working together to explore its medical potential.

Mr Elbadawey said: "Sinusitis is all too common and a huge burden on the NHS. For many people, symptoms include a blocked nose, nasal discharge or congestion, recurrent headaches, loss of the sense of smell and facial pain. While steroid nasal sprays and antibiotics can help some people, for the patients I see, they have not been effective and these patients have to undergo the stress of surgery. If we can develop an alternative we could benefit thousands of patients a year."

In the research, the team collected mucous and sinus biopsy samples from 20 different patients and isolated between two and six different species of bacteria from each individual. 24 different strains were investigated in the laboratory and all produced biofilms containing significant amounts of extracellular DNA. Biofilms formed by 14 strains were disrupted by treatment with the novel bacterial deoxyribonuclease, NucB.

When under threat, bacteria shield themselves in a slimy protective barrier. This slimy layer, known as a biofilm, is made up of bacteria held together by a web of extracellular DNA which adheres the bacteria to each other and to a solid surface -- in this case in the lining of the sinuses. The biofilm protects the bacteria from attack by antibiotics and makes it very difficult to clear them from the sinuses.

In previous studies of the marine bacterium Bacillus licheniformis, Newcastle University scientists led by marine microbiologist Professor Grant Burgess found that when the bacteria want to move on, they release an enzyme which breaks down the external DNA, breaking up the biofilm and releasing the bacteria from the web. When the enzyme NucB was purified and added to other biofilms it quickly dissolved the slime exposing the bacterial cells, leaving them vulnerable.

The team's next step is to further test and develop the product and they are looking to set up collaboration with industry.

Confocal laser scanning microscopy of surface associated bacteria on mucosa removed from patients diagnosed with CRS. Bacterial DNA (green) was visualized using an EUB338 PNA-FISH probe, and epithelial cell nuclei (blue) were counterstained with DAPI. Maximum projection images are shown. In some fields, epithelial cells were observed in the absence of bacteria (A), and in other fields bacterial biofilm was evident (B). B includes z-stacks oriented from the outside of the mucosal biopsy specimen (labelled ‘top’) to the deeper layers (indicated by a thick white arrow). Small white arrows indicate patches of diffuse staining, consistent with the presence of extracellular nucleic acids.

Journal Reference:

Robert C. Shields, Norehan Mokhtar, Michael Ford, Michael J. Hall, J. Grant Burgess, Mohamed Reda ElBadawey, Nicholas S. Jakubovics. Efficacy of a Marine Bacterial Nuclease against Biofilm Forming Microorganisms Isolated from Chronic Rhinosinusitis. PLOS ONE, 18 Feb 2013 DOI: 10.1371/journal.pone.0055339

Link:

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130218173302.htm

O Terror das Bactérias

Sustainable Way to Make a Prized Fragrance Ingredient

Dec. 19, 2012 — Large amounts of a substitute for one of the world's most treasured fragrance ingredients -- a substance that also has potential anti-cancer activity -- could be produced with a sustainable new technology, scientists are reporting.

Published in the Journal of the American Chemical Society, the advance enables cultures of bacteria to produce a substitute for natural ambergris, which sells for hundreds of dollars an ounce.

Laurent Daviet, Michel Schalk and colleagues explain that ambergris, a waxy substance excreted by sperm whales, has been prized as a fragrance ingredient for centuries. Ambergris has a pleasant sweet and earthy scent of its own, and it enhances other scents in high-end perfumes. With sperm whales an endangered species, and natural ambergris not used in perfumes in the U.S., perfume makers have turned to substitutes. One is made from sclareol, obtained from the Clary sage plant.

But the plant contains only small amounts of sclareol, and it is laborious to extract and purify. That's why the scientists looked for a better way of making large amounts of sclareol.

Their report describes isolating the genetic material (DNA) that produces the two Clary sage enzymes needed to make sclareol. They put the DNA into bacteria, which made large amounts of sclareol in bioreactors.

Bacteria could make a sustainable alternative to a prized natural ingredient in many perfumes. (Credit: © adisa / Fotolia)

Journal Reference:
Michel Schalk, Laurence Pastore, Marco A. Mirata, Samretthy Khim, Marina Schouwey, Fabienne Deguerry, Virginia Pineda, Letizia Rocci, Laurent Daviet. Toward a Biosynthetic Route to Sclareol and Amber Odorants. Journal of the American Chemical Society, 2012; 134 (46): 18900 DOI: 10.1021/ja307404u

Link:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121219133642.htm