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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unb.br/handle/10482/42305
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Title: Combined strategies for cryptococcus sp. growth control : antifungal drugs, epigenetic modulators, photodynamic therapy and actinobacteria-derived metabolites
Authors: Ranjan, Kunal
metadata.dc.contributor.email: kukkukr.ranjan@gmail.com
Orientador(es):: Fonseca, Marcio José Poças
Assunto:: Cryptococcus
Drogas antifúngicas
Moduladores epigenéticos
Terapia fotodinâmica
Sinergismo
Atividade antifúngica de actinobactérias
Issue Date: 4-Nov-2021
Citation: RANJAN, Kunal. Combined strategies for cryptococcus sp. growth control: antifungal drugs, epigenetic modulators, photodynamic therapy and actinobacteria-derived metabolites. 2021. 139 f., il. Tese (Doutorado em Patologia Molecular)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Abstract: Cryptococcus spp. são patógenos fúngicos oportunistas distribuídos globalmente que afetam principalmente indivíduos imunocomprometidos. As opções terapêuticas são limitadas e incluem principalmente anfotericina B ou fluconazol, isoladamente ou em combinação. O uso extensivo de antifúngicos vem ocasionando a seleção de patógenos resistentes, o que representa séria ameaça à saúde pública global. Genes de histona desacetilase estão envolvidos na virulência de Cryptococcus neoformans e na patogenicidade e resistência a azóis em Candida albicans. Nesse contexto, no Capítulo I desse trabalho, avaliamos a atividade dos antifúngicos anfotericina B, fluconazol, sulfametoxazol, dos inibidores de histona desacetilase (HDACi) butirato de sódio ou tricostatina A e dos inibidores de DNA metiltransferase (DNMTi) hidralazina ou 5-aza-2 ′-desoxicitidina, isoladamente e em combinações, sobre o crescimento das linhagens de C. neoformans H99, T1 e 89-610 (resistentes a fluconazol) e mutantes nulos para genes de histona desacetilase (hda1Δ, hos2Δ, hda1Δ / hos2Δ e hda1Δ + HDA1), assim como de C. gattii NIH198. Nossos resultados demonstraram que fluconazol foi sinérgico com butirato de sódio ou com tricostatina A para a linhagem mutante duplo hda1Δ / hos2Δ. Sulfametoxazol foi sinérgico com butirato de sódio ou com hidralazina também para hda1Δ / hos2Δ. Tais resultados indicam claramente uma ligação entre o comprometimento da atividade de histona desacetilase (HDAC) e a sensibilidade de Cryptococcus a antifúngicos. Devido às limitações para o controle da infecção por Cryptococcus, tratamentos alternativos, como a terapia fotodinâmica envolvendo nanoemulsão de cloreto de ftalocianina de alumínio (NE-AlPcCl), em combinação com as drogas acima mencionadas, podem contribuir com a otimização dos esquemas terapêuticos. Observamos, também no Capítulo I, que anfotericina B, fluconazol, butirato de sódio (HDACi) ou hidralazina (DNMTi) potencializaram a atividade antimicrobiana da terapia fotodinâmica sobre todas as linhagens. O aumento da resistência microbiana a drogas estimula a pesquisa de novos compostos antifúngicos de diferentes fontes, incluindo metabólitos de actinobactérias. Como nosso grupo de pesquisa tem longa tradição de cooperação científica com a Índia, no Capítulo II, em colaboração com o Departamento de Microbiologia da Maharshi Dayanand University, (Rohtak, Índia) purificamos e identificamos quatro isolados de actinobactéria (Ha1, Pp1, UzK e UzM) a partir da rizosfera de plantas da Medicina Tradicional Indiana. Os extratos brutos derivados desses isolados foram testados quanto à inibição do crescimento das linhagens de Cryptococcus mencionadas acima. As linhagens resistentes a fluconazol demonstraram maior suscetibilidade ao extrato bruto de Pp1 (S. griseoruber), em comparação à linhagem de referência H99. C. gattii NIH198 apresentou maior susceptibilidade ao extrato bruto de UzM (S. aureus). As linhagens mutantes para HDAC, quando comparadas a H99, mostraram-se mais sensíveis aos extratos brutos de todos os isolados de Streptomyces. Como fungos filamentosos também podem representar séria ameaça à saúde humana, no Capítulo III desse trabalho avaliamos, por co-cultura, a atividade antifúngica dos isolados de Streptomyces indianos contra fungos filamentosos que isolamos da área ferrífica da Floresta Nacional de Carajás, Pará, Brasil (Fusarium striatum, F. solani, Mucor fragilis e Penicillium citrinum), contra Chaetomium madrasense, isolado como contaminante laboratorial na Índia e contra linhagens laboratoriais de Aspergillus terreus, A. flavus e A. fumigatus. Todos os isolados de Streptomyces inibiram o crescimento micelial dos fungos testados de 20 a 90%, dependendo da espécie. Nossos resultados apresentaram uma clara ligação entre o comprometimento da atividade de HDAC e a suscetibilidade a drogas e à terapia fotodinâmica em Cryptococcus. Nossos dados com essas leveduras e com fungos filamentosos estimulam o desenho de abordagens terapêuticas alternativas que combinem antifúngicos tradicionais, moduladores epigenéticos, terapia fotodinâmica e metabólitos derivados de actinobactérias.
Abstract: Cryptococcus is a globally distributed fungal pathogen that primarily afflicts immunocompromised individuals. The therapeutic options are limited and include mostly amphotericin B or fluconazole, alone or in combination. The extensive employment of antifungals allowed the selection of resistant pathogens, posing threats to global public health. Histone deacetylase genes are involved in Cryptococcus neoformans virulence, and in pathogenicity and resistance to azoles in Candida albicans. In this context, in Chapter I of this work, we evaluated the activity of amphotericin B, fluconazole, sulfamethoxazole, sodium butyrate or trichostatin A (histone deacetylase inhibitors), and hydralazine or 5- aza-2′ - deoxycytidine (DNA methyltransferase inhibitors) alone or in combinations against C. neoformans H99 (reference), T1 and 89-610 (fluconazole resistant), histone deacetylase null mutant strains (hda1Δ, hos2Δ, hda1Δ/hos2Δ and hda1Δ+HDA1) and also against C. gattii NIH198. Our results showed that fluconazole was synergistic with sodium butyrate or with trichostatin A for the hda1Δ/hos2Δ double mutant strain. Sulfamethoxazole was synergistic with sodium butyrate or with hydralazine also for hda1Δ/hos2Δ. These results clearly indicated a link between histone deacetylase (HDAC) impairment and drug sensitivity. Due to limitations for the treatment of C. neoformans infections, alternative treatments such as photodynamic therapy, involving aluminium phthalocyanine chloride (NE-AlPcCl) nanoemulsion in combination with the aforementioned drugs, could help in circumventing this problem. We observed, also in Chapter I, that amphotericin B, fluconazole, sodium butyrate (HDACi) or hydralazine (DNMTi) potentiated the antimicrobial activity of photodynamic therapy against all the strains. The microbial increasing drug resistance stimulates the exploration of new antifungal compounds from different sources, including metabolites from actinobacteria and other fungi. Our research group has a long tradition of scientific cooperation with India so, in Chapter II, in collaboration with the Department of Microbiology of the Maharshi Dayanand University (Rohtak, India), we purified and identified four actinobacteria isolates (Ha1, Pp1, UzK and UzM) from the rhizosphere soil of Indian traditional medicine plants. The effect of the crude extract of these isolates on the growth of the aforementioned Cryptococcus strains was assessed. Fluconazole-resistant strains demonstrated higher susceptibility to the crude extract of Pp1 (S. griseoruber) in comparison to the reference strain H99. C. gattii NIH198 was sensitive to the crude extract of UzK and UzM (S. aureus). HDAC genes deletion strains were more susceptible to the crude extract of all the Streptomyces isolates. Since filamentous fungi also pose serious treats to human health, in Chapter III, we evaluated the antifungal activity of the Streptomyces isolates from India against filamentous fungi we isolated from the iron ore plateau of The Carajás National Forest, Pará, Brazil (Fusarium striatum, F. solani, Mucor fragilis and Penicillium citrinum), against Chaetomium madrasense, isolated as a laboratory contaminant in India, and against Aspergillus terreus, A. flavus and A. fumigatus. Overall, in co-culture experiments, the Streptomyces isolates inhibited the fungi mycelial growth by 20 to 90%, depending on the species. Our results presented a clear link between HDAC impairment, drug susceptibility and the sensitivity to photodynamic therapy in Cryptococcus. Our data, on yeasts and filamentous fungi, stimulate the design of alternative antifungal therapies by combining epigenetic modulators, photodynamic therapy, and actinobacteria-derived metabolites.
metadata.dc.description.unidade: Faculdade de Medicina (FMD)
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2021.
metadata.dc.description.ppg: Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular
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