Desenvolvimento de novos agentes antibacterianos para combater as infeções hospitalares

Abstract

As doenças infeciosas causadas por microrganismos com capacidade patogénica, como bactérias, fungos, vírus e parasitas são facilmente transmissíveis. Estas, continuam a ser responsáveis por uma elevada taxa de mortalidade e morbilidade em todo o mundo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), a resistência antimicrobiana (AMR) é uma das dez principais ameaças à saúde pública e, por conseguinte, em 2017 foi publicada uma lista global de agentes patogénicos prioritários de forma a orientar os esforços para encontrar novos antibióticos. De facto, as estirpes de bactérias Gram-positivos são uma das maiores ameaças à saúde pública, sendo o Staphylococcus aureus, o Streptococcus pneumoniae e o Enterococcus faecium responsáveis pelas infeções adquiridas na comunidade e associadas a infeções hospitalares. Apesar de todos os esforços, ainda não existe uma solução terapêutica eficaz contra a AMR e, portanto, esta continua em constante ascensão e de uma forma avassaladora. Neste contexto, torna-se urgente o desenvolvimento de novas estratégias antimicrobianas seguras e eficazes que possam ser usadas na prática clínica e, assim, contrariar a AMR.São várias as estratégias que têm vindo a ser estudadas para a descoberta de novos antibióticos e por isso, é importante conhecer e contornar os mecanismos de ação que estes agentes patogénicos desenvolveram ao longo do tempo.As bactérias, como qualquer outro organismo, necessitam de ferro como cofator enzimático para catalisar reações biológicas vitais. A absorção de ferro por estes organismos unicelulares é alcançada através de vários mecanismos, nomeadamente a produção de pequenas moléculas orgânicas quelantes de ferro denominadas sideróforos. Estes metabolitos são libertados pelas bactérias de forma a sequestrar o ferro circundante através de recetores específicos e incorporá-lo no seu citoplasma.Assim sendo, o objetivo deste trabalho centrou-se no desenvolvimento e síntese de seis compostos inovadores (CA1-CA6), baseados estruturalmente na 3-hidroxi-piridina-4-(1H)-ona, que apresenta capacidade quelante de ferro. O uso de diferentes substituintes no core da pirona terá como função permitir não só a quelação de ferro, mas também o reconhecimento e incorporação dos conjugados na célula bacteriana. A caraterização estrutural de todos os compostos sintetizados foi realizada por espetroscopia de ressonância magnética nuclear de 1H, 13C e DEPT135. Tendo em conta os resultados obtidos, conclui-se que todos os compostos exibiram capacidade para formar um complexo com o ião metálico, sendo os compostos CA1 e CA3, os que mais se destacaram com estequiometria de 1:1 Fe3+/ligando, com o metilo na posição orto do core da pirona e contendo um e três átomos de flúor, respetivamente. Além disso, todos os compostos (CA1-CA6) têm um carácter lipofílico e, por isso, apresentam características estruturais favoráveis para conseguirem penetrar as membranas celulares das bactérias Gram-negativos. Finalmente, no que respeita à citotoxicidade em células HepG2, todos os compostos sintetizados demonstraram ser seguros até uma concentração de 5 µM, corroborando que os compostos fluorados poderão desempenhar um papel crucial no controle de várias doenças, nomeadamente nas doenças infeciosas.

Infectious diseases caused by microorganisms with pathogenic capacity such as bacteria, fungi, virus and parasites are easily transmissible. They are still responsible for a high mortality and morbidity rate worldwide. According to the World Health Organization (WHO), antimicrobial resistance (AMR) is one of the top ten public health threats. Consequently, in 2017, it was published a global priority pathogen list to guide efforts to find new antibiotics. In fact, Gram-positive bacteria strains represent one of the greatest threats to public health, being Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae and Enterococcus faecium responsible for community-acquired and hospital-associated infections.Despite all current efforts, there is still no effective therapeutic solution against AMR, and so it continues to rise steadily and overwhelmingly. In this context, it is urgent to develop new safe and efficient antimicrobial strategies to be used in clinical practice, fighting AMR.Several strategies have been studied to find new antibiotics and it is therefore important to know and circumvent the mechanisms of action that these pathogens have developed over time.Bacteria, like any other organism, require iron as an enzyme cofactor to catalyze vital biological reactions. The uptake of iron by these unicellular organisms is accomplished through several mechanisms, including the production of small organic iron chelating molecules, called siderophores. These metabolites are released by bacteria to capture surrounding iron through specific receptors and further incorporate it into their cytoplasm.Therefore, the aim of the present work focused on the development and synthesis of six innovative compounds (CA1-CA6), based on the 3-hydroxy-pyridin-4(1H)-one scaffold, which displays iron chelating capacity. Moreover, using different substituents on the pyrone core will enable not only iron chelation, but also the recognition and incorporation of the conjugates into the bacterial cell. Structural characterization of the newly synthesized compounds was carried out by 1H, 13C and DEPT nuclear magnetic resonance spectroscopy. In view of the results obtained, it is concluded that all compounds were able to form a complex with the metal ion, with the CA1 and CA3 compounds presenting the best Fe3+/ligand stoichiometry, with the methyl in the ortho position of the pyrone core and containing one and three fluorine atoms, respectively. Additionally, all compounds (CA1-CA6) have lipophilic character and so, they present structurally favorable characteristics to overcome the membranes of Gram-negative bacteria. Lastly, regarding the HepG2 cell cytotoxicity, all synthesized compounds were shown to be safe up to a concentration of 5 µM, supporting that fluorinated compounds could have a crucial effect on the control of various diseases, particularly infectious diseases.