Evaluación de la actividad antibacteriana de péptidos sintéticos y de nanopartículas de plata (AgNPs) derivadas de Opuntia ficus-indica

Abstract

Resumen La resistencia bacteriana a los antibióticos ha surgido como una crisis a nivel global y es una de las mayores amenazas para la salud humana, economía y seguridad alimentaria, por lo que se han buscado alternativas al uso de nuevos fármacos. En el presente trabajo, se realizaron dos estrategias antimicrobianas: 1) el uso de los Péptidos Antimicrobianos (PAMs) y 2) la biosíntesis de nanopartículas de plata (AgNPs). Se identificaron PAMs in silico e in vitro en Sorghum bicolor con presunta actividad antibacteriana. Mediante PCR se identificó y se expresó un PAM similar a Heveina utlizando como templete ADN de Sorghum bicolor. La funcionalidad antibacteriana del péptido no fue eficaz a concentraciones inferiores de 14.86 μg/ml contra Staphylococcus aureus y Pseudomonas auregunosa. Por otro lado, a partir de secuencias proteicas de Glioxalasas de Sorghum bicolor se diseñaron in silico y se sintetizaron genes quiméricos con antividad antimicrobiana, el cual se espera sean probados en otros experimentos. En cuando las AgNPs se sintetizaron a partir del extracto acuoso de la cáscara del fruto de tuna (Opuntia ficus-indica, nombradas como OfAgNP). Las OfAgNP tiene una morfologia esférica, con tamaño promedio de partícula de 64.28 ± 11.82 nm, estables a temperatura ambiente, con carga -25.1 ± 0.03 mV y compuestas por un 61.29% de plata. Las OfAgNPs inhiben el crecimiento de bacterias coliformes presentes en aguas tratadas tales como: E. coli var 1, E. aerogenes var 1, C. freudi var 2 y de una E. coli atípica y de bacterias mesofílicas aerobias, a una concentración de 0.5 mg/ml durante 0.5 h. También inhibieron el crecimiento de E. coli, P. aeruginosa y S. aureus, en un tiempo de 10 min y también en hongos como Aspergillus sp, Collecotrichum sp y Cladosporium sp desde una concentración de 0.25 mg L-1 a las 24 h. El efecto tóxico se analizó en Danio rerio y Arabidopsis thaliana. En D. rerio, se observó efectos teratogénicos y letalidad a partir de 0.5 mg L-1 , mientras que A. thaliana, afectó el crecimiento a concentraciones elevadas (6.25-100 mg L-1 ).

Abstract Bacterial resistance to antibiotics has emerged as a global crisis and is one of the greatest threats to human health, economy and food safety, which is why alternatives to the use of new drugs have been sought. In the present work, two antimicrobial strategies were carried out: 1) the use of Antimicrobial Peptides (PAMs) and 2) the biosynthesis of silver nanoparticles (AgNPs). In silico and in vitro PAMs were identified in Sorghum bicolor with presumed antibacterial activity. A Hevein-like PAM was identified and expressed by PCR using Sorghum bicolor DNA as a template. The antibacterial functionality was not effective at concentrations below 14.86 μg/ml against Staphylococcus aureus and Pseudomonas auregunosa. On the other hand, from protein sequences of Glyoxalases from Sorghum bicolor, chimeric genes with antimicrobial activity were designed in silico and synthesized, which is expected to be tested in other experiments. Whereas AgNPs were synthesized from the aqueous extract of tuna fruit shell (Opuntia ficus-indica, named OfAgNPs). The OfAgNPs have a spherical morphology, with an average particle size of 64.28 ± 11.82 nm, stable at room temperature, with a charge of -25.1 ± 0.03 mV and composed of 61.29% silver. The OfAgNPs inhibit the growth of coliform bacteria present in treated water such as: E. coli var 1, E. aerogenes var 1, C. freudi var 2 and an atypical E. coli and aerobic mesophilic bacteria, at a concentration of 0.5 mg/mL for 0.5. They also inhibited the growth of E. coli, P. aeruginosa and S. aureus, in a time of 10 min and also in fungi such as Aspergillus sp, Collecotrichum sp and Cladosporium sp from a concentration of 0.25 mg/mL at 24 hours. h. The toxic effect was analyzed in Danio rerio and Arabidopsis thaliana. In D. rerio, teratogenic effects and lethality were demonstrated from 0.5 mg/ L-1 , while A. thaliana affected growth at high concentrations (6.25-100 mg/ L-1 ).