Towards antimicrobial solutions against human pathogens by exploiting the biotechnological potential of microbial pigments

Mestrado em Tecnologias Clínico-LaboratoriaisABSTRACT - The global and urgent need for antimicrobial solutions has led to the prospection of microbial biomolecules as a source of new compounds against pathogens associated with multidrug resistance (e.g., strains of Staphylococcus aureus). The antimicrobial potential of violacein pigment has been widely studied, against bacteria, fungi, and viruses. Moreover, the combination of bioactive pigments with silver star-shaped nanoparticles (AgNSs) has the potential to improve the activity and stability of the nanoparticle-pigment complex, as well as reduce its toxicity/immunogenicity. Consequently, the complex may have a great biotechnological potential as an efficient nano-based antimicrobial agent. This master thesis aimed to characterise the antimicrobial potential of violacein and to synthesise violacein-conjugated silver nanoparticles (AgNSs-Vio). For this purpose, different production conditions were tested and Luria Bertani medium supplemented with 2.5% glycerol was selected as preferred. The extraction of violacein was established with acidified ethanol and the evaluation of antimicrobial activity was tested against Staphylococcus aureus: an antibiotic susceptible strain (SA) and a methicillin-resistant strain (MRSA). It was not possible to determine an exact minimum inhibitory value for the strains tested. However, a decrease in CFU/mL values was observed at concentrations of 80 - 120 µg/mL for both strains, being statistically significant in MRSA. The preliminary antibiofilm test for the two strains showed inhibition of at least 50% when compared to the control. Finally, biochemical, and biophysical techniques were used to establish the production process of AgNSs-Vio and the characterisation of its properties, thus creating background knowledge for the development of an antimicrobial nano-platform.RESUMO - A necessidade global e urgente de soluções antimicrobianas tem levado à prospeção de biomoléculas microbianas como fonte de novos compostos contra agentes patogénicos associados à multirresistência (por exemplo, estirpes de Staphylococcus aureus). O potencial antimicrobiano do pigmento violaceína tem sido amplamente estudado, contra bactérias, fungos e vírus. Além disso, a combinação de pigmentos bioativos com nanoestrelas de prata (AgNSs) tem o potencial de melhorar a atividade e estabilidade do complexo nanopartículas - pigmento, assim como reduzir a sua toxicidade/imunogenicidade. Consequentemente, o complexo pode ter um grande potencial biotecnológico como agente antimicrobiano eficiente de base nanométrica. O objetivo desta tese de mestrado foi caracterizar o potencial antimicrobiano da violaceína e sintetizar nanoestrelas de prata conjugadas com violaceína (AgNSs-Vio). Para tal, foram testadas diversas condições de produção tendo sido selecionado o meio Luria Bertani suplementado com 2.5% glicerol como preferencial. A extração da violaceína foi estabelecida com etanol acidificado e a avaliação da atividade antimicrobiana foi testada contra Staphylococcus aureus: uma estirpe suscetível a antibióticos (SA) e uma estirpe resistente à meticilina (MRSA). Não foi possível determinar um valor inibitório mínimo exato para as estirpes testadas. No entanto, observa-se diminuição dos valores de CFU/mL nas concentrações de 80 - 120 µg/mL, sendo estatisticamente significativo no caso da estirpe MRSA.O teste preliminar de atividade antibiofilme para as duas estirpes demonstra inibição de pelo menos 50% quando em comparação com o controlo. Por fim foram utilizadas técnicas bioquímicas e biofísicas para estabelecer o processo de produção das AgNSs-Vio e a caraterização das suas propriedades, criando assim conhecimento de base para o desenvolvimento de uma nano-plataforma antimicrobiana.N/