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Nature Communications volume 14, número do artigo: 2553 (2023) Citar este artigo
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Os biofilmes bacterianos são comunidades ligadas à superfície que são difíceis de erradicar devido à alta tolerância aos agentes antimicrobianos. O uso de compostos tensoativos não biocidas para prevenir a adesão inicial e agregação de patógenos bacterianos é uma alternativa promissora aos tratamentos com antibióticos e vários compostos antibiofilmes foram identificados, incluindo alguns polissacarídeos capsulares liberados por várias bactérias. No entanto, a falta de compreensão química e mecanicista da atividade destes polímeros limita a sua utilização para controlar a formação de biofilme. Aqui, selecionamos uma coleção de 31 polissacarídeos capsulares purificados e primeiro identificamos sete novos compostos com atividade não biocida contra biofilmes de Escherichia coli e/ou Staphylococcus aureus. Medimos e interpretamos teoricamente a mobilidade eletroforética de um subconjunto de 21 polissacarídeos capsulares sob condições de campo elétrico aplicado, e mostramos que os polímeros polissacarídeos ativos e inativos apresentam propriedades eletrocinéticas distintas e que todas as macromoléculas ativas compartilham características de alta viscosidade intrínseca. Apesar da falta de motivo molecular específico associado às propriedades antibiofilme, o uso de critérios que incluem alta densidade de cargas eletrostáticas e permeabilidade ao fluxo de fluidos permite identificar dois polissacarídeos capsulares adicionais com atividade antibiofilme de amplo espectro. Nosso estudo, portanto, fornece insights sobre as principais propriedades biofísicas que discriminam polissacarídeos ativos de inativos. A caracterização de uma assinatura eletrocinética distinta associada à atividade antibiofilme abre novas perspectivas para identificar ou projetar macromoléculas tensoativas não biocidas para controlar a formação de biofilme em ambientes médicos e industriais.
Os biofilmes bacterianos são bactérias generalizadas ou agregadas à superfície que podem impactar negativamente as atividades humanas quando se desenvolvem em superfícies médicas ou industriais1,2. Devido à sua elevada tolerância aos antibióticos, os biofilmes são difíceis de erradicar e a prevenção de infecções associadas ao biofilme é uma importante questão económica e de saúde3,4. As estratégias para prevenir a formação de biofilme muitas vezes visam as etapas iniciais da adesão bacteriana utilizando superfícies revestidas por agentes biocidas, como antibióticos de amplo espectro ou metais pesados5. Estas abordagens biocidas são limitadas pela rápida acumulação de bactérias mortas e detritos orgânicos, o que reduz a actividade das superfícies revestidas em relação a novas células que chegam. Além disso, o uso de superfícies que liberam biocidas, como antibióticos, está associado a uma seleção preocupante de resistência a antibióticos6.
Vários estudos demonstraram que estratégias antiadesão não antibióticas também poderiam interferir eficientemente na formação de biofilme bacteriano7,8,9,10,11,12,13,14. O design de materiais bioinspirados com propriedades de superfície anti-adesão foi proposto para constituir uma solução eficaz para proteger os equipamentos de atendimento ao paciente da colonização por patógenos e, portanto, impedir as principais etapas da infecção, desde o contato inicial com a superfície até as subsequentes interações bactérias-bactérias15,16 ,17. Estratégias não biocidas e de base biológica também são ativamente exploradas, incluindo abordagens que previnem e/ou interrompem biofilmes usando inibidores de detecção de quórum que interferem nas comunicações bacterianas18. As bactérias também secretam biossurfactantes que alteram as propriedades da superfície do material, como molhabilidade e carga . Esses compostos tensoativos reduzem os contatos superficiais e contribuem para a motilidade bacteriana ou estão envolvidos em interações competitivas entre bactérias12. Embora muitas destas moléculas correspondam a pequenos lipopeptídeos, estudos recentes mostraram que polissacarídeos capsulares de alto peso molecular liberados por várias bactérias poderiam prevenir a adesão, levando à subsequente agregação celular e formação de biofilme por uma ampla gama de bactérias Gram+ e Gram-. Estes incluem vários patógenos nosocomiais, como Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis e Enterococcus faecalis7,9,11,21,22,23,24.