Study of chalcones activity in the control of bacterial biofilms

Os biofilmes constituem uma forma de crescimento que permite a maior sobrevivência e resistência de microrganismos a agentes de controle como antibióticos e desinfetantes. Apesar da grande disponibilidade de agentes antimicrobianos no mercado, há escassez de produtos específicos e efetivos na erradicação/inibição de biofilmes. Existe atualmente grande interesse na seleção de moléculas capazes de inibir o crescimento dos biofilmes ou removê-los quando já estabelecidos. Doenças como fibrose cística (P. aeruginosa) e cárie dentária (S. mutans), são patologias intrinsecamente ligadas à formação de biofilmes. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de chalconas sintéticas e derivados no controle e erradicação de biofilmes. As chalconas foram testadas quanto à capacidade de inibir a formação de biofilme e de remover biofilmes pré-estabelecidos. Os biofilmes de P. aeruginosa foram inibidos pela presença da molécula (E)-1-(3-hidroxinaftalen-2-il)-3-fenilprop-2-em-1-ona (11), mostrando redução de 48,8% na biomassa e 60,2% na viabilidade. A redução máxima na biomassa atingiu 70,9%. Já para o tratamento de biofilmes pré-estabelecidos, a molécula (1E,4E)-1,5-difenilpenta-1,4-dien-3-ona (10) mostrou redução de 53,5% na biomassa do biofilme de P. aeruginosa. Na formação do biofilme de S. mutans, a presença da molécula (1E, 4E)-1,5-bis(4-bromofenil)penta-1,4-dien-3-ona (15) reduziu a biomassa em 67,4%. Em concentrações elevadas essa redução chegou a 95,1%. Em biofilmes pré-estabelecidos de S. mutans, o tratamento com a molécula (2E,4E)-1,5-difenilpenta-2,4-dien-1-ona (12) reduziu a biomassa celular em 62,7%, e a viabilidade celular em 58,4%. Já a molécula (E)-3-(2-hidroxifenil)-1-fenilprop-2-en-1-ona (21), quando utilizada no tratamento de biofilmes pré-estabelecidos, mostrou redução de 26,4% na biomassa e 91,6% na viabilidade de S. mutans; além de evidenciar danos à estrutura celular do microrganismo. Todas as moléculas supracitadas promoveram redução na espessura dos biofilmes. Os antibióticos ampicilina e polimixina foram menos eficientes na remoção de biofilmes comparativamente às moléculas testadas. As moléculas não apresentaram CIM frente às bactérias, entretanto, afetaram a viabilidade celular. O tratamento da superfície de poliestireno com as chalconas não impediu a adesão das bactérias, e resultou na redução da hidrofobicidade do material. A superfície celular de S. mutans apresentou predomínio de cargas negativas e forte caráter hidrofóbico enquanto que P. aeruginosa apresentou baixa hidrofobicidade além de caráter básico. Os resultados evidenciam a potencialidade do uso das chalconas e seus derivados para o controle e erradicação de biofilmes Streptococcus mutans e Pseudomonas aeruginosa.Biofilms constitute a growth mode which allows greatest survival and resistance of microorganisms to antibiotics and disinfectants. Despite the wide availability of antimicrobial agents in the market, there are few specific and effective products to the eradication / inhibition of biofilms. Thus, there is a great interest in the search of molecules able to inhibit biofilms or remove them once established. Diseases such as cystic fibrosis (P. aeruginosa) and dental caries (S. mutans), are intrinsically linked to the formation of biofilms. The aim of this study was to evaluate the potential of chalcones and their synthetic derivatives to the control and eradication of biofilms. The chalcones were tested for the ability to inhibit biofilm formation and also to remove pre-established biofilms. Biofilms of P. aeruginosa was inhibited by the presence of the molecule (E) -1- (3-hydroxynaphthalen-2-yl) -3-phenylprop-2-en-1-one (11) showing reduction of 48.8% biomass and 60.2% viability. The maximum reduction in biomass reached 70.9%. For the treatment of pre-established biofilms, the molecule (1E, 4E) -1,5-difenilpenta-1,4-dien-3-one (10) showed a 53.5% reduction in biomass of P. aeruginosa biofilm. Biofilms of S. mutans, growing in the the presence of the molecule (1E, 4E) -1,5-bis (4-bromophenyl) penta-1,4-dien-3-one (15) showed a biomass reduction of 67.4 %. At higher concentrations this reduction reached 95.1%. In pre-established biofilms of S. mutans, treatment with the molecule (2E, 4E) -1,5-difenilpenta-2,4-dien-1-one (12) reduced cell biomass in 62.7%, and cell viability by 58.4%. The molecule (E) -3- (2-hydroxyphenyl) -1-phenylprop-2-en-1-one (21), when used in the treatment of pre-established biofilms, showed 26.4% reduction in biomass and 91.6% in the viability of S. mutans; furthermore, the chalcone 21 caused damage to the cellular structure of the microorganism. All the aforementioned molecules promoted a reduction in the thickness of biofilms. The antibiotics polymyxin and ampicillin were less efficient on removing biofilms comparatively to the chalcones. The molecules affected cell viability however, no MIC was observed under the range of concentrations evaluated. The treatment of the polystyrene surface with chalcones did not prevent bacterial adhesion moreover, hydrophobicity of the material was reduced. S. mutans cell surface showed a predominance of negative charges and strong hydrophobic character while P. aeruginosa showed low hydrophobicity and basic character. The results demonstrate that synthetic chalcones and derivatives are potential candidates to the control and eradication of Streptococcus mutans and Pseudomonas aeruginosa biofilms