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Tipo: Tese
Título: Imobilização do Bacteriófago UFV-AREG1 para aplicação como sanitizante, curativo adesivo e nanobiosensor para biocontrole de E. coli O157:H7
Immobilization of Bacteriophage UFV-AREG1 for application as sanitizing, adhesive dressing and nanobiosensor for biocontrol of E. coli O157: H7
Autor(es): Boggione, Delaine Meireles Gouvêa
Abstract: O uso indiscriminado de antibióticos e o surgimento de micro-organismos resistentes têm despertado o interesse em metodologias alternativas para o controle de patógenos e deteriorantes em alimentos e em diversas áreas da indústria. A bactéria Escherichia coli O157:H7 é um importante patógeno que pode estar presente em alimentos, podendo causar graves infecções intestinais em pacientes. Uma alternativa tanto para detecção deste patógeno em alimentos quanto para o tratamento é o uso de bacteriófagos, vírus específicos que causam lise nas células do hospedeiro. Com este intuito o objetivo deste trabalho foi no Capítulo I incorporar o bacteriófago UFV-AREG1 via microencapsulação por microfluídica em matriz de alginato-Ca e aplicá-lo em um gel antimicrobiano de propilenoglicol para uso na indústria de alimentos; Capítulo II incorporar o bacteriófago UFV-AREG1em nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) para aplicação como nanobiosensor; e Capítulo III incorporar o o bacteriófago UFV-AREG1 em hidrogéis de polivinil-álcool para posterior aplicação como curativo adesivo. Resultados do Capítulo I: A técnica de microfluídica se mostrou bastante eficaz na encapsulação do fago, produzindo em média gotas com 200 μm de tamanho e com uma eficiência de retenção de 82,1 % e estabilidade no gel de 21 dias armazenado em temperatura ambiente. Quando aplicado como antimcrobiano, o gel se mostrou eficiente na redução (2,92 logs) da contaminação bacteriana na superfície em comparação com outro agente antimicrobiano químico (álcool gel 70 %). Portanto, é possível microencapsular fagos em matrizes de alginato-Ca e aplicá-las em geis antimicrobianos para uso como sanitizantes na indústria de alimentos. Capítulo II: Para a incorporação do fago em nanotubos, foi obtida a combinação com melhor resposta de interação fago-CNT via delineamento experimental Box-Behnken, sendo que a melhor condição de incorporação foi de 0,01 g de CNT, temperatura de secagem de 32,5 oC e 2 min de agitação. Fago-CNT permaneceram estáveis durante 21 dias de armazenagem a 4 oC. Além disso, o Fago-CNT teve atividade antimicrobiana com uma área de inibição de 2.955 ± 294 cm 2 , quando adicionado em ágar Muller-Hinton com a bactéria e incubado a 37 oC/24 h. O fago-CNT também foi testado como um nanobiosensor para detecção da bactéria. Um sistema de medição da corrente elétrica foi montado e verificou-se que após aplicação da corrente no sistema houve uma variação da tensão (1,79 V para 2,25 V) após 46 min de contato entre o fago-CNT e a bactéria (10 8 UFC.mL -1 ), que é referente ao ciclo completo do fago e a consequente lise da célula bacteriana. Portanto, a técnica usada para estabilizar o bacteriófago UFV-AREG1 em MWCNT foi efetiva, bem como a sua aplicação como nanobiosensor na detecção de E. coli O157:H7. Capítulo III: O fago também foi incorporado em um hidrogel de PVA e submetido a testes de intumescimento, espectro no infravermelho com Transformada de Fourier, análises térmicas de DSC e TGA e efeito antimicrobiano sobre E. coli O157:H7. O intumescimento do filme de PVA-fago (38 %) foi maior (p < 0,05) que o PVA-controle (15 %), o que favorece uma maior liberação do fago no meio. O halo de inibição médio (formado pela área de inibição) do hidrogel contendo fago foi de 3,715 cm 2 contra 2,916 cm 2 do controle com desvio padrão de 128,7 cm 2 . O halo de inibição do PVA-fago foi mais significativo que o PVA-controle (p < 0,05). Resultados esses que corroboram com a atividade antimicrobiana em meio líquido mostrando a curva de crescimento microbiano utilizando o leitor de microplacas. As análises do FTIR mostraram uma região de picos diferentes no PVA-fago não identificada na amostra de PVA-controle, podendo esta ser um indicativo da presença do fago no hidrogel. As análises térmicas (DSC e TGA) também não apresentaram diferenças entre os hidrogeis de PVA-controle e PVA-fago. Estudos mais aprofundados devem ser conduzidos para que o hidrogel de PVA adicionado do bacteriófago UFV-AREG1 possa ser utilizado como curativo adesivo pela indústria de alimentos no controle do patógeno E. coli O157:H7. Em geral a incorporação do fago UFV-AREG1 em matrizes poliméricas, como o alginato-Na e álcool poli(vinílico) para liberação no meio e aplicação como biocontrole e terapia e sua adição em MWCNT para uso como nanobiosensor se mostrou satisfatória em todos os estudos realizados neste trabalho, demonstrando que o fago tem potencial para ser utilizado para esses fins.
Indiscriminate use of antibiotics and the emergence of resistant microorganisms have aroused interest in alternative methodologies for the control of pathogens and spoilage in food and in various areas of industry. Escherichia coli O157:H7 is an important pathogen that can be present in food and can cause severe intestinal infections in patients. An alternative for both detection of this pathogen in food and for treatment is the use of bacteriophage, specific viruses that cause lysis in host cells. To this end, the objective of our work in Chapter I was to incorporate the UFV-AREG1 bacteriophage through microfluidic microencapsulation into the Ca-alginate matrix and to apply them in a propylene glycol antimicrobial gel for use in the food industry; Chapter II incorporate the UFV-AREG1 bacteriophage into carbon nanotubes of multiple walls (MWCNT) for application as nanobiosensor; and Chapter III incorporate the UFV-AREG1 bacteriophage into polyvinyl alcohol hydrogels for later application as an adhesive dressing. Chapter I results: The microfluidic technique proved to be quite effective in the encapsulation of the phage, producing on average 200 μm droplets and achieving a retention efficiency of 82.1% and gel stability of 21 days stored at room temperature. When applied as antimicrobial, the gel was efficient in reducing (2.92 logs) bacterial surface contamination compared to another chemical antimicrobial agent (70 % alcohol gel). Therefore, it is possible to microencapsulate phages in Ca-alginate matrices and apply them in antimicrobial gels for use as sanitizers in the food industry. Chapter II: For the incorporation of the phage into nanotubes, the combination with the best phage-CNT interaction response was obtained through the Box-Behnken experimental design, with the best incorporation condition being 0.01 g of CNT, drying temperature of 32.5 °C and 2 min stirring. Phage-CNT remained stable for 21 days of storage at 4 °C. In addition, the phage-CNT had antimicrobial activity with an inhibition area of 2.955 ± 294 cm 2 , when added in Muller-Hinton agar with the bacterium and incubated at 37 oC/24 h. The phage- CNT was also tested as a nanobiosensor for the detection of bacteria. An electric current measurement system was assembled, and it was verified that after application of the current in the system there was a variation of the voltage ((1.79 V to 2.25 V) after 46 minof contact between the phage-CNT and the bacteria (10 8 CFU.mL -1 ) which is referring to the complete cycle of the phage and the consequent lysis of the bacterial cell. Therefore, the technique used to stabilize the UFV-AREG1 bacteriophage in MWCNT was effective, as well as its application as nanobiosensor in the detection of E. coli O157:H7. Chapter III: Phage was also incorporated in the PVA hydrogel and subjected to swelling tests, infrared spectrum with Fourier Transform, DSC and TGA thermal analyzes and antimicrobial effect on E. coli O157:H7. The PVA-phage film swelling (38 %) was higher (p < 0.05) than the PVA-control (15 %), which favors a greater release of the phage in the medium. The mean inhibition halo (formed by the area of inhibition) of the phage containing hydrogel was 3.715 cm 2 versus 2.916 cm 2 of the control with standard deviation of 128.7 cm 2 . The inhibition halo of PVA-phage was more significant than PVA-control (p <0.05). These results corroborate the antimicrobial activity in liquid medium showing the microbial growth curve using the microplate reader. FTIR analyzes showed a region of different peaks in PVA-phage the unidentified in the PVA-control sample, which could be indicative of the presence of the phage in the hydrogel. Thermal analyzes (DSC and TGA) also showed no differences between PVA-control and PVA- phage hydrogels. Further studies should be conducted so that the PVA hydrogel added to the UFV-AREG1 bacteriophage can be used as an adhesive dressing by the food industry in controlling the E. coli O157:H7 pathogen. In general, the incorporation of UFV- AREG1 phage into polymer matrices such as Na-alginate and poly (vinyl alcohol) for release into the medium and application as biocontrol and therapy and its addition in MWCNT for use as nanobiosensor was satisfactory in all studies performed in this work, demonstrating that the phage has potential to be used for these purposes.
Palavras-chave: Bacteriófagos
Escherichia coli - Controle biológico
Nanotecnologia
Alimentos contaminação
CNPq: Microbiologia de Alimentos
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Ciência e Tecnologia de Alimentos
Citação: BOGGIONE, Delaine Meireles Gouvêa. Imobilização do Bacteriófago UFV-AREG1 para aplicação como sanitizante, curativo adesivo e nanobiosensor para biocontrole de E. coli O157:H7. 2018. 85 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2018.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/24215
Data do documento: 31-Out-2018
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