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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Cincia de Alimentos

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Ttulo [PT]: Photodynamic inactivation of foodborne and food spoilage bacteria by curcumin
Autor(es): Camila Benedetti Penha
Palavras-chave [PT]:

Photoinactivation. Curcumin. LED. Bacteria. Fotoinativao. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Photoinactivation. Curcumin. LED. Bacteria. Brazil.
Titulao: Mestre em Cincia de Alimentos
Banca:
Jane Martha Graton Mikcha [Orientador] - UEM
Resumo:
Resumo: Inativao fotodinmica (PDI) uma nova e promissora estratgia para erradicar microrganismos, tais como bactrias Gram positivas e Gram negativas, leveduras, bolores, vrus e parasitas. Esta tcnica baseia-se na utilizao de fotossensibilizadores (FS) ativados por uma luz de comprimento de onda apropriado. Entre os fotossensibilizadores naturais, a curcumina um pigmento amarelo isolado a partir de Curcuma longa e tem sido utilizado como uma especiaria desde os tempos antigos. Entre as suas diversas atividades biolgicas esto as suas propriedades antioxidante, antimicrobiana, anti-HIV, anti-inflamatria e anti-cancergena. A curcumina absorve luz azul em uma faixa de espectro de absoro de 400-500 nm. Foi relatada a utilizao de fotossensibilizao mediada por curcumina contra uma gama de bactrias e fungos. Avaliar a atividade antimicrobiana in vitro da terapia fotodinmica contra bactrias patognicas e deteriorantes usando curcumina como um fotossensibilizador. Curcumina a 75 μM foi usada como fotossensibilizador nos experimentos de inativao fotodinmica. A fonte de luz utilizada foi LED azul (λmx = 470 nm) e as doses de luz foram calculadas para os perodos de 10 e 20 minutos de iluminao. A padronizao das suspenses bacterianas da bactria Gram-positiva Staphylococcus aureus ATCC 25923 e das bactrias Gram-negativas Aeromonas hydrophila ATCC 7966; Escherichia coli ATCC 25922; Salmonella enterica sorotipo Typhimurium ATCC 14028 e Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 foi realizada em soluo salina estril 0,85%, utilizando escala de McFarland 0,5 e estas foram diludas a aproximadamente 107 UFC/ml para utilizao nos experimentos. Alquotas de 50 μl das suspenses bacterianas padronizadas foram incubadas com 950 μl de soluo de curcumina a 75 μM no escuro durante 10 minutos. Aps a incubao, 500 μl da amostra foram iluminados com um diodo emissor de luz azul. Dois perodos de exposio luz, 10 e 20 minutos, foram avaliados, e o controle foi avaliado sem exposio luz. Em seguida diluies em srie das amostras tratadas e do controle foram semeadas em gar tripticase de soja (TSA; Difco) e incubadas a 37C/24h. A contagem das colnias foi realizada e os resultados de viabilidade celular foram expressos em log UFC/ml. As alteraes morfolgicas de S. aureus e A. hydrophila induzidas por PDI mediada por curcumina a 75 μM e irradiao por luz LED azul por 10 minutos foram examinadas por microscopia eletrnica de varredura. Citotoxicidade da PDI mediada por curcumina foi avaliada utilizando clulas VERO, em condies similares s da fotoinativao bacteriana. As doses de luz obtidas foram 139 J/cm2 durante 10 minutos e 278 J/cm durante 20 minutos de iluminao. Curcumina a 75 μM na ausncia de ativao de luz no reduziu as contagens bacterianas e a exposio da bactria somente luz LED azul no teve nenhum efeito sobre a sua viabilidade. PDI mediada por curcumina a 75 μM em S. aureus revelaram diferenas significantes na viabilidade celular em comparao com o grupo controle (p < 0,05). A exposio luz LED azul durante 10 minutos mostrou uma reduo de aproximadamente 3,27 log UFC/ml enquanto que aps 20 minutos, uma reduo de aproximadamente 3,57 log UFC/ml foi observada. Entre as bactrias Gram negativas avaliadas, A. hydrophila mostrou maior sensibilidade ao tratamento. Uma reduo significante (p < 0,05) de 3.33 log UFC/ml nas contagens foi observada depois de 10 minutos (139 J/cm2) de exposio. Alm disso, fotoinativao completa foi obtida depois de 20 minutos (278 J/cm2) de exposio luz. Redues de 1,29 (p > 0,05) e 2,65 (p < 0,05) log UFC/ml foram obtidos para E. coli em doses de luz de 139 e 278 J/cm2, respectivamente, e para S. Typhimurium as redues foram de aproximadamente 1,26 e 1,81 log UFC/ml (p > 0,05), para 10 e 20 minutos de exposio luz LED azul, respectivamente. O tratamento contra P. aeruginosa exerceu efeitos antimicrobianos limitados, resultando em apenas 0,24 e 0,3 log UFC/ml de reduo com 10 e 20 minutos de exposio, respectivamente. Bactrias Gram-negativas so significativamente mais resistentes PDI do que espcies Gram-positivas, uma vez que apresentam uma membrana externa complexa que funciona como uma barreira fsica e funcional entre as clulas e o meio ambiente, enquanto que a maioria das clulas de bactrias Gram-positivas tem uma parede celular com um grau relativamente elevado de porosidade e permeabilidade. A presena de uma camada S em A. hydrophila poderia explicar a sensibilidade e os melhores resultados para PDI por curcumina. As alteraes morfolgicas de S. aureus induzidas por PDI mediada por curcumina mostram uma superfcie de clulas lisas quando S. aureus foi incubado com a curcumina no escuro, sem exposio ao LED, e com o tratamento com curcumina e irradiao por 10 minutos, a membrana celular apresentou distores e enrugamento. As alteraes morfolgicas de A. hydrophila induzidas por PDI mediada por curcumina mostraram a membrana celular com distores e salincia de pequenas bolhas para o tratamento no tempo de irradiao de 10 minutos, enquanto o controle mostrou uma superfcie de clulas lisas. A citotoxicidade da PDI mediada por curcumina em clulas VERO mostrou uma porcentagem de destruio das clulas de 13 0,05%, para ambos os tempos de iluminao (10 e 20 minutos). Os ensaios de citotoxicidade so importantes para investigar os potenciais efeitos txicos da terapia fotodinmica no tratamento das clulas hospedeiras e para evitar danos para as funes celulares bsicas. Um FS ideal deve apresentar nenhuma toxicidade para as clulas hospedeiras e possuir atividade antimicrobiana. A inativao fotodinmica mediada por curcumina foi eficaz na reduo das contagens bacterianas. A. hydrophila e S. aureus foram mais susceptveis e P. aeruginosa foi a bactria mais resistente ao tratamento. Inativao fotodinmica poderia servir como uma abordagem nova e promissora para controlar bactrias patognicas de importncia alimentar e deteriorantes de alimentos.

Abstract: Photodynamic inactivation (PDI) is a new and promising strategy to eradicate microorganisms such as Gram positive and Gram negative bacteria, yeasts, molds, viruses and parasites. This technique is based on the use of photosensitizers (PSs) activated by an appropriate wavelength light. Among naturally occurring PSs, curcumin is a yellow pigment isolated from Curcuma longa and has been used as a spice since ancient times. Among its many biological activities are its antioxidant, antimicrobial, anti-HIV, anti-inflammatory and anticancer properties. The use of curcumin-mediated photosensitization has been reported against a range of bacteria and fungi. Evaluate antimicrobial photodynamic activity in vitro against pathogenic and spoilage bacteria using curcumin as a photosensitizer. Curcumin at 75 μM was used as a photosensitizer in the photodynamic inactivation experiments. The light source used was blue LED (λmax = 470 nm) and the light doses were calculated for the periods of 10 and 20 minutes of illumination. Standardized bacterial suspensions of Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus ATCC 25923 and the Gram-negative bacteria Aeromonas hydrophila ATCC 7966; Escherichia coli ATCC 25922; Salmonella enterica serotype Typhimurium ATCC 14028 and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 were made in 0.85% sterile saline using a McFarland Scale 0.5 and diluted to approximately 107 CFU/ml for use in the experiments. Aliquots of 50 μl of standardized bacterial suspension were incubated with 950 μl of curcumin solution at 75 μM in the dark for 10min. After incubation, 500 μl of the sample was illuminated with a blue LED. Two light exposure periods, 10 and 20 minutes, were evaluated, and the control was evaluated without light exposure. Afterwards serial dilutions of the treated and control samples were inoculated in trypticase soy agar (TSA; Difco) plates and incubated at 37C/24h. The counting of colonies was carried out and the results of cell viability were expressed as log CFU/ml. The morphological changes of S. aureus and A. hydrophila induced by PDI with curcumin at 75 μM and irradiation by blue LED light for 10 minutes were examined by scanning electron microscopy. Cytotoxicity of PDI mediatedcurcumin was evaluated using VERO cells, in similar conditions to bacterial photoinactivation. Light doses obtained were 139 J/cm for 10 minutes of illumination and 278J/cm for 20 minutes. Curcumin at 75 μM in the absence of light activation did not reduce bacterial counts and the exposure of the bacteria to blue led light had no effect on its viability. PDI mediated by curcumin at 75 μM in S. aureus revealed significant differences in cell viability compared with the control group (p < 0.05). Exposure to LED blue light for 10 minutes displayed a reduction of approximately 3.27 log CFU/ml while after 20 minutes a reduction of approximately 3.57 log CFU/ml was observed. Among evaluated Gram negative bacteria, A. hydrophila displayed more sensibility to the treatment. A significant decrease (p < 0.05) in counts of 3.33log CFU/ml was observed after 10 minutes (139 J/cm2) of exposure. Additionally, complete photoinactivation was obtained after 20 minutes (278 J/cm2) of exposure to light. Reductions of 1.29 (p > 0.05) and 2.65 (p < 0.05) log CFU/ml were obtained for E. coli in light doses of 139 and 278 J/cm2, respectively and for S. Typhimurium the reductions were approximately 1.26 and 1.81 log CFU/ml (p>0.05), for 10 and 20 minutes of exposure to blue LED light, respectively. The treatment against P. aeruginosa exerted limited antimicrobial effects, resulting in only 0.24 and 0.3 log CFU/ml reductions with 10 and 20 minutes of exposure, respectively. Gram negative bacteria are significantly more resistant to PDI than Gram positive species, since present a complex outer membrane that work as a physical and functional barrier between the cells and the environment, while most Gram positive bacteria cells have a cell wall with a relatively high degree of porosity and permeability. The presence of S-layer in A. hydrophila could explain the sensibility and the best results to PDI by curcumin. The morphological changes of S. aureus induced by curcumin-mediated PDI showed a smooth cell surface when S. aureus was incubated with curcumin in the dark without LED exposure and with curcumin LED-irradiated for 10 minutes the cell membrane presented distortions and seemed shriveled and wrinkled. The morphological changes of the A. hydrophila induced by curcumin-mediated PDI showed the cell membrane with distortions and protrusion of small bubbles for the treatment at irradiation time of 10min while the control showed a smooth cell surface. The cytotoxicity of PDI mediated-curcumin in VERO cells showed a percentage of cell destruction of 130.05%, for both illumination times (10 and 20 minutes). Cytotoxicity assays are important for investigating the potential toxic effects of photodynamic therapy on the host cells and to avoid damage to basic cellular functions. An ideal PS should present no toxicity for the host cells and possess biological antimicrobial activity. The PDI by curcumin was effective in reducing bacterial counts. A. hydrophila and S. aureus were the most susceptible and P. aeruginosa was the most resistant to PDI. Photodynamic inactivation could serve as a new and promising approach to controlling foodborne and food spoilage bacteria.
Data da defesa: 2016
Cdigo: vtls000225995
Informaes adicionais:
Idioma: Ingls
Data de Publicao: 2016
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Jane Martha Graton Mikcha
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Centro de Cincias Agrrias
Nvel: Dissertao (mestrado em Cincia de Alimentos)
UEM: Programa de Ps-Graduao em Cincia de Alimentos

Responsavel: edson
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Dissertao - Camila Benedetti Penha - Abril_2016.pdf
Tamanho: 1002 Kb (1025848 bytes)
Criado: 09-06-2017 19:25
Atualizado: 09-06-2017 19:33
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