Efeito antifúngico e potencial mecanismo de ação do peptídeo PmUreβ em espécies de Candida

Abstract

As infecções causadas pelo gênero Candida são consideradas emergentes, com aumento substancial de ocorrências e gravidade. Algumas espécies de Candida são comensais, porém quando há um desequilíbrio entre os microrganismos e seu hospedeiro, as infecções são favorecidas. Considerando o aumento da mortalidade por infecções fúngicas, assim como a taxa de resistência aos antifúngicos clássicos, o desenvolvimento de novas estratégias de controle se torna necessário. Nesse contexto, peptídeos com potenciais funções terapêuticas representam estratégias promissoras. A urease de Proteus mirabilis (PMU) consiste em um trímero de trímeros (ABC)3, denominados α, β e γ. Como visto para outras ureases, a PMU também induz efeitos independentes de sua ação enzimática, como ativação de plaquetas humanas, atividades antifúngicas e entomotóxicas. Além disso, análises com domínios isolados de PMU indicaram que a maior parte dessas atividades é desempenhada pelo domínio β (PmUreβ). Considerando a potencial aplicabilidade biotecnológica de PmUreβ como peptídeo antimicrobiano, o presente trabalho aprofundou os estudos nos efeitos e no mecanismo de ação do peptídeo frente a distintas espécies de Candida. Para a expressão heteróloga, a região codificadora do peptídeo foi clonada e expressa em Escherichia coli. O peptídeo foi purificado por cromatografia de afinidade de níquel. Ensaios in vitro foram realizados para avaliar os efeitos de PmUreβ na proliferação de leveduras, micromorfologia, produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), integridade de membrana e parede celular, além de toxicidade em células humanas. A concentração inibitória mínima (CIM) de PmUreβ variou de 4,5 a 9 μM. Além disso, há indícios que PmUreβ alterou a permeabilidade da membrana das leveduras. A produção de EROs pode estar envolvida na perturbação, tendo em vista que a produção de EROs foi elevada na presença do peptídeo, podendo causar peroxidação lipídica, resultando no aumento da permeabilidade. Análises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) revelaram a presença de potenciais fibras da matriz extracelular envolvendo aglomerados de células e a possível presença de vesículas extracelulares. Além disso, as células de Candida tratadas com PmUreβ apresentaram superfícies celulares deformadas, sugerindo a parede celular como alvo. Numerosas cicatrizes de brotos não polares em células tratadas com o peptídeo foram observadas, o que sugere que o processo normal de divisão da levedura pode ter sido interrompido. Também é importante ressaltar que o peptídeo não apresentou efeito nocivo em células de mamíferos. Esses resultados sugerem que PmUreβ pode ter potencial como peptídeo fungitóxico, destacando seu interesse biotecnológico.

Infections caused by Candida genus are considered emerging, with a substantial increase in occurrences and severity. Some species of Candida are commensals, however when there is an imbalance between microorganisms and their host, infections are favored. Considering that mortality from fungal infections has been rising, and that the rate of resistance to classic antifungal drugs increased, the development of new control strategies is highly necessary. In this context, interest in peptides with therapeutic functions has enhanced. Proteus mirabilis urease (PMU) consists of a trimer of (ABC)3 trimers, called α, β and γ. As seen for other ureases, PMU also induces effects independent of its enzymatic action, such as activation of human platelets, antifungal and entomotoxic activities. In addition, analyses with isolated domains of PMU indicated that most of these biological activities are performed by the β domain (PmUreβ). Considering the potential biotechnological applicability of PmUreβ as an antimicrobial peptide, the present work has deepened the studies on effects and mechanism of action of the peptide on Candida spp. For recombinant peptide production, the gene coding region was cloned and expressed in E. coli. The peptide was purified using nickel affinity chromatography. In vitro assays were carried out to test PmUreβ effects on yeast proliferation, yeast micromorphology, the production of reactive oxygen species (ROS), the effect on the cell membrane and wall, and toxicity on human cells. The minimum inhibitory concentration (MIC) of PmUreβ ranged from 4.5 to 9 μM. In addition, we demonstrated that PmUreβ can alter cell membrane permeability. ROS production may be involved in membrane perturbation, as ROS can cause lipid peroxidation, given that ROS production was increased in the presence of the peptide, which can alter the bilayer structure and increase its permeability. Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed the presence of potential extracellular matrix fibers encompassing cell clusters and the possible presence of extracellular vesicles. Also, Candida cells appeared to be damaged by PmUreβ, as evidenced by the deformed cell surfaces, suggesting cell wall as a target. Numerous non-polar bud scars on cells treated with the peptide were observed which suggest that the normal yeast division process may have been disrupted. Importantly, the peptide did not present a harmful effect on mammalian cells. These results suggest that PmUreβ may have potential as a fungitoxic peptide, highlighting its biotechnological interest.