Avaliação da atividade antibacteriana e antibiofilme de óleos essenciais, de suas formulações tópicas e de compostos orgânicos sintéticos em Staphylococcus aureus USA300

Abstract

A utilização de antibióticos de maneira indiscriminada está diretamente relacionada com a seleção de bactérias resistentes. Como alternativa no combate a infecções bacterianas, tem-se prospectado novas moléculas provenientes de produtos naturais, como aquelas presentes nos óleos essenciais. Estes são compostos do metabolismo secundário de plantas, com algumas funções antibacterianas confirmadas. Adicionalmente, desempenham funções na atração de polinizadores, alelopatia e proteção contra mudanças drásticas na temperatura. O presente estudo analisou o efeito antibacteriano de óleos essenciais em Meticilina-resistente Staphylococcus aureus USA300 (MRSA-USA300). Esta bactéria é responsável por diversos casos de infecções na pele, no pulmão e podendo causar sepse. Estudos anteriores relataram a multirresistência desta bactéria a diversas classes de antibióticos, elevando a importância na prospecção de novas moléculas para o combate deste microrganismo. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi avaliar a atividade antibacteriana e antibiofilme de dezenove óleos essenciais e de suas formulações tópicas em MRSA-USA300. Inicialmente, dezenove óleos essenciais foram analisados quanto a possível atividade antibacteriana e antibiofilme em MRSA-USA300. Quatro óleos essenciais apresentaram atividade antibacteriana na triagem inicial, sendo eles: canela, coentro, cravo e tangerina. Os resultados de cromatografia gasosa desses óleos revelou os principais componentes, sendo predominantes os terpenos e fenilpropanoides. As análises de concentração inibitória mínima (CIM) e de concentração bactericida mínima (CBM) foram realizadas com os quatro óleos essenciais ativos. Os valores de CIM e CBM foram idênticos para todos os óleos essenciais, com valores entre 10 mg/mL a 1,25 mg/mL. O óleo essencial de coentro (1,25 mg/mL) e o de canela (2,5 mg/mL) apresentaram os menores valores de CIM e CBM sendo considerados os mais efetivos. Adicionalmente, foram realizadas análises de citotoxicidade em eritrócitos humanos. O óleo essencial de tangerina foi o único que causou hemólise em todas as concentrações analisadas. Os demais óleos essenciais não causaram hemólise na concentração de 1xCIM e nas sub-CIM. Nas análises do biofilme pré-formado, todos os óleos analisados foram capazes de romper o biofilme nas concentrações CIM e supra-CIM, sendo o óleo de coentro o único capaz de romper em uma concentração sub-CIM (1/2x). Para o biofilme em formação, o óleo essencial de canela apresentou uma maior inibição na concentração 1/2xCIM. Os óleos de canela e coentro foram selecionados para serem incorporados em formulações tópicas na consistência de gel. A CIM e a CBM das formulações contendo os óleos foram idênticas comparadas quando se utilizou os óleos isolados. Ademais, os experimentos de hemólise, biofilme pré-formado e biofilme em formação apresentaram resultados semelhantes quando as formulações tópicas foram analisadas, evidenciando a capacidade das formulações no rompimento e inibição do biofilme e a não toxicidade em eritrócitos humanos. As formulações contendo óleos essenciais de canela e coentro apresentaram características bactericidas a partir da análise da curva de crescimento, sendo a que continha o óleo essencial de coentro apresentando uma maior taxa de morte. Nas análises in vivo com Galleria mellonella, as formulações foram consideradas seguras por não acarretar a morte dos indivíduos na concentração CIM. Esses resultados evidenciam a possibilidade do uso dos óleos essenciais analisados e suas formulações tópicas como agentes no tratamento a infecções causadas por bactérias resistentes, a exemplo do MRSA-USA300. Palavras-chave: Antibióticos. Óleos essenciais. Formulações tópicas. Multirresistência.The indiscriminate use of antibiotics is directly related to the selection of resistant bacteria. As an alternative to fight bacterial infections, new molecules from natural products, such as those present in essential oils, have been prospected. These are compounds of the secondary metabolism of plants, with some confirmed antibacterial functions. Additionally, they play a role in attracting pollinators, allelopathy and protecting against drastic changes in temperature. The present study analyzed the antibacterial effect of essential oils on Methicillin-resistant Staphylococcus aureus USA300 (MRSA-USA300). This bacterium is responsible for several cases of skin and lung infections and can cause sepsis. Previous studies have reported the multi- resistance of this bacterium to several classes of antibiotics, raising the importance of prospecting for new molecules to combat this microorganism. In this context, the objective of this work was to evaluate the antibacterial and antibiofilm activity of nineteen essential oils and their topical formulations in MRSA-USA300. Initially, nineteen essential oils were analyzed for possible antibacterial and antibiofilm activity on MRSA-USA300. Four essential oils showed antibacterial activity in the initial screening, namely: cinnamon, coriander, clove and tangerine. The gas chromatography results of these oils revealed the main components, with terpenes and phenylpropanoids being predominant. Minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) analyzes were performed with the four active essential oils. The MIC and MBC values were identical for all essential oils, ranging from 10 mg/mL to 1.25 mg/mL. Coriander essential oil (1.25 mg/mL) and cinnamon (2.5 mg/mL) had the lowest MIC and MBC values, being considered the most effective. Additionally, cytotoxicity analyzes were performed on human erythrocytes. Tangerine essential oil was the only one that caused hemolysis at all analyzed concentrations. The other essential oils did not cause hemolysis in the concentration of 1xMIC and in the sub-MIC. In the analysis of the preformed biofilm, all analyzed oils were able to break the biofilm at MIC and supra-MIC concentrations, with coriander oil being the only one capable of breaking at a sub-MIC concentration (1/2x). For the forming biofilm, cinnamon essential oil showed a greaterinhibition at the 1/2xMIC concentration. Cinnamon and coriander oils were selected to be incorporated into topical formulations in gel consistency. The MIC and MBC of the formulations containing the oils were identical compared when using the isolated oils. Furthermore, the hemolysis, preformed biofilm and biofilm in formation experiments showed similar results when the topical formulations were analyzed, evidencing the formulations ability to disrupt and inhibit the biofilm and the non-toxicity in human erythrocytes. The formulations containing essential oils of cinnamon and coriander showed bactericidal characteristics from the analysis of the growth curve, and the one that contained the essential oil of coriander had a higher death rate. In in vivo analyzes with Galleria mellonella, the formulations were considered safe because they did not cause the death of individuals at the MIC concentration. These results show the possibility of using the essential oils analyzed and their topical formulations as agents in the treatment of infections caused by resistant bacteria, such as MRSA-USA300. Keywords: Antibiotics. Essential oils. Topical formulations. Multidrug resistance.