Resumo
E crescente a preocupacao a respeito do futuro de terapias antimicrobianas em meio a crise global dos antibioticos. Temerosos, autoridades globais alertam para a urgencia no desenvolvimento de terapias antimicrobianas alternativas e/ou preservacao de antimicrobianos atualmente disponiveis. Neste contexto, a luz azul antimicrobiana destaca-se como uma alternativa terapeutica promissora, devido a sua atividade antimicrobiana intrinseca, proporcionando eficacia e seguranca no tratamento de infeccoes. No entanto os alvos celulares preferenciais de acao antimicrobiana ainda nao sao bem esclarecidos. Dessa forma, este estudo teve como objetivo testar hipoteses comuns relacionadas aos alvos biologicos de morte bacteriana induzida pela exposicao a luz azul antimicrobiana ( = 410 nm). Para entender a diversidade de possiveis danos estruturais, tres especies bacterianas foram estudadas: Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa. Porfirinas endogenas foram quantificadas e danos em estruturas bacteriana como DNA e membrana foram avaliados. Alteracoes em biomoleculas como proteinas e lipideos, alem da producao de EROS apos exposicao por luz azul tambem foram mensurados. Os resultados demonstram que doses subletais de luz azul podem promover danos a membrana, sugerindo que este seja o alvo primario de acao antimicrobiana. A degradacao em DNA foi evidenciada em S. aureus e E. coli, porem nao foram identificados danos em P. aeruginosa, sugerindo particularidades entre diferentes especies. Evidenciou-se que a concentracao de porfirinas endogenas possa nao refletir diretamente a suceptibilidade bacteriana a luz. Adicionalmente, constatou-se que danos oxidativos em proteinas bacterianas e lipidios ocorram apenas apos altas doses de exposicao radiante. Esses resultados confirmam alguns aspectos importantes a respeito dos mecanismos antimicrobianas da luz azul e fornecem informacoes fundamentais que possibilitarao optimizacoes e/ou futuras terapias combinadas.
There is growing concerned about the future of antimicrobial therapies amid the global antibiotic crisis. Fearful, international authorities warn of the urgency of developing alternative antimicrobial therapies or preserving currently available antimicrobials. In this context, antimicrobial blue light stands out as a promising therapeutic alternative due to its intrinsic antimicrobial activity, providing efficacy and safety in treating infections. However, the cellular targets are not yet well understood. Thus, this study aimed to test common hypotheses related to biological targets of bacterial death induced by exposure to antimicrobial blue light ( = 410 nm). This study investigated three bacterial species: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Pseudomonas aeruginosa. Endogenous porphyrins were quantified, and structural damage such as DNA and bacterial membrane were evaluated. Changes in biomolecules such as proteins and lipids and the production of EROS after exposure to blue light were also measured. The results show that sublethal doses of blue light may promote damage to the bacterial membrane, suggesting that this is the primary target of antimicrobial action. DNA degradation was evidenced in S. aureus and E. coli, but no damage was observed in P. aeruginosa, suggesting particularities between different species. Evidence showed that the concentration of endogenous porphyrins might not directly reflect bacterial susceptibility to blue light. Additionally, it found oxidative damage to bacterial proteins and lipids occurs only after high radiant exposure doses. These results confirm some crucial aspects regarding the antimicrobial mechanisms of blue light and provide essential information that will empower optimizations and future combined therapies.
Resumo
A produção de leite e de seus derivados lácteos geram grande impacto no setor agroindustrial. Classificado como um dos alimentos mais completos, o leite é rico em nutrientes essenciais ao crescimento e à manutenção de uma vida saudável. Em contrapartida, os constituintes do leite propiciam excelente meio de cultura para o desenvolvimento de microrganismos, desde o momento da ordenha até a chegada ao consumidor final. Neste contexto, estudos acerca de novas alternativas que auxiliem no controle da qualidade do leite são essenciais. A fotoinativação com luz azul tem surgido como uma alternativa antimicrobiana em potencial na indústria alimentícia, pois exerce atividade antimicrobiana intrínseca, sem o envolvimento de substâncias fotossensibilizadoras exógenas. O objetivo deste estudo foi determinar a efetividade da fotoinativação por luz azul (LED azul, = 410 ± 15 nm, 100 mW) sobre Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria monocytogenes e Mycobacterium fortuitum suspensos em leite integral UHT e solução PBS. Os resultados demonstraram a fotinativação de todas as cepas empregadas no estudo pela luz azul, em tempos distintos, independentemente do meio utilizado, isto é, M. fortuitum, S. aureus, E. coli e L. monocytogenes apresentaram cinética de fotoinativação diferentes entre si, quando suspensos no leite ou no PBS (p<0,0001). O fator de resistência R foi menor que 1 (R < 1) em meio leite, sendo 0,82, 0,78, 0,88 e 0,81 para S.aureus, E. coli, L. monocytogenes e M. fortuitum, nesta ordem, apresentando-se, portanto, mais sensíveis à luz azul nos tempos iniciais e ocorrendo fotoinativação em maior proporção neste período. Quando suspensos em PBS, à semelhança do meio leite, L. monocytogenes e E. coli, apresentaram valor de R < 1 (0,87 e 0,81, respectivamente), ao passo que S. aureus e M. fortuitum apresentaram R > 1, isto é, 1,06 e 1,46, respectivamente, demonstrando maior resistência à fotoinativação nos períodos iniciais e tornando-se mais sensíveis conforme o tempo de irradiação progredia. Concluiu-se que a luz azul foi capaz de fotoinativar, in vitro, cepas de S. aureus, E. coli, L. monocytogenes e M.fortuitum, suspensas em PBS e em leite integral UHT. A fotoinativação com luz azul apresenta caráter inovador, sendo uma alternativa potencialmente promissora no controle da contaminação por microrganismos na indústria láctea.
The production of milk and its dairy products have great impact on the agro-industrial sector. Considered as one of the most complete foods, milk is full of essential nutrients required for growth and maintenance of a healthy life. On the other hand, the composition of milk makes it an excellent growth medium for many microorganisms, from the moment of milking to its arrival to the final consumer. In this context, studies toward the search for new alternatives are essential for milk quality improvement. The photoinactivation by blue light has emerged as an alternative antimicrobial approach in the food industry due to its intrinsic antimicrobial properties without the involvement of exogenous photosensitizers. The aim of this study was to assess the effectiveness of blue light photoinactivation (blue LED, = 410 ± 15 nm, 100 mW) on Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria monocytogenes and Mycobacterium fortuitum strains suspended in UHT whole milk and PBS medium. All used strains was sucesssfully photoinactivated by the blue light, at different moments, regardless of the medium used, i.e., M. fortuitum, S. aureus, E. coli and L. monocytogenes presented different photoinactivation kinetics when suspended in the UHT whole milk or PBS (p < 0.0001). The resistance R factor was less than 1 (R < 1) in milk medium, with 0.82, 0.78, 0.88 and 0.81 for S. aureus, E. coli, L. monocytogenes and M. fortuitum, respectively, meaning that the strains were most sensitive to blue light in the initial times, when the photoinactivation was higher. When suspended in PBS, as occurred in the the milk medium, L. monocytogenes and E. coli presented R < 1 (0.87 and 0.81, respectively), whereas S. aureus and M. fortuitum demonstrated R > 1, i.e., 1.06 and 1.46, respectively, indicating higher photoinactivation resistance in the initial stages and higher sensibility as the irradiation time progressed. We concluded that blue light promoted in vitro photoinactivation of the strains of S. aureus, E. coli, L. monocytogenes and M.fortuitum, suspended in PBS and UHT whole milk. The photoinactivation by blue light presents an innovative approach and a promising and exciting alternative for microbial contamination control in dairy industry