Dissertação/Tese Funcionalização de carbon dots com peptídeo antimicrobiano ecPis-4s. - PPGQ

Neste trabalho, os carbon dots (CDs) foram funcionalizados com o peptídeo ecPis-4s, com o objetivo de obter um (bio)nanomaterial com propriedades antioxidantes e antibacterianas, para futuras aplicações relacionadas a interações peptídeo-membranas celular. Os CDs foram preparados a partir de reações de desidratação e oxidação ácida do biopolímero celulose. A metodologia utilizada foi escolhida devido á possibilidade de obtenção de nanopartículas com alta concentração de grupos funcionais oxigenados, que serão úteis para o ligação do peptídeo antimicrobiano ecPis-4s nanopartículas. A funcionalização dos CDs foi realizada através da reação dos grupos carbonila e/ou hidroxila com o grupo amino ou amônio do peptídeo por meio da ativação destes grupos usando 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDAC) e acetato de etil-2-ciano-2-(hidroxiimino)(Oxyma pure® ). Os materiais obtidos foram caracterizados com diferentes técnicas, incluindo Ressonância Magnética Nuclear de hidrogênio (RMN 1H), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR- do inglês Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e potencial zeta. Após a funcionalização com o peptídeo, o potencial zeta das nanopartículas de CDs passou de -50,5 mV para -23,4 mV, sugerindo o consumo de alguns grupos funcionais negativamente carregados, como os carboxílicos, em pH inferior a 6. Nos espectros no infravermelho e de RMN 1H dos CDs funcionalizados, após purificação, pôde-se observar bandas características de ambos os compostos. Destaca-se, por exemplo, as absorções em 1360 e 1050 cm-1 , a primeira observada somente no espectro do CDs e a segunda bem definida no espectro do peptídeo. Em adição, observa-se a presença do grupo funcional amida por meio das absorções em 1638 e 1560 cm-1 . Além dessas observações, a funcionalização pode ser indiretamente relacionada ao estreitamento da absorção em 3340 cm-1 (ν O-H), o que sugere uma diminuição das ligações de hidrogênio na amostra de CDs após a reação. Se, por um lado, as nanoestruturas funcionalizadas não apresentaram atividade antioxidante, por outro, os resultados da atividade antimicrobiana in vitro, mostraram que as nanopartículas funcionalizadas são capazes de inibir o crescimento bacteriano similarmente ao ecPis-4s para Staphylococcus aureus ( S. aureus), e Escherichia coli (E. coli), mostrando que elas podem inibir tanto o crescimento de bactérias Gram-positivas quanto Gram–negativas. Este resultado está diretamente relacionado à conformação em -hélice do peptídeo covalentemente ligado à superfície dos CDs, como mostrado pelos resultados obtidos por dicroísmo circular em meio mimético de membranas.

Carbon dots (CDs) were functionalized with the ecPis-4s peptide, with the objective of obtaining a (bio)nanomaterial with antioxidant and antibacterial properties and future applications related with peptide-cell membrane interactions, such as biomarkers. The CDs were prepared from acid dehydration and oxidation reactions of the cellulose biopolymer. This methodology was chosen because, it allows the obtainment of allows the obtainment of nanoparticles with a high concentration of oxygenated functional groups, which are be useful for the binding of the antimicrobial peptide ecPis-4s on the nanoparticle. The functionalization of the CDs was performed through the reaction of the carboxyl and hidroxil groups (CDs) with the amino group of the peptide through the activation of carboxyl and/or OH groups using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) and ethyl-2- cyano-2- (hydroxyimino) acetate (Oxyme Pure® ). The materials obtained were characterized through different techniques, including proton Nuclear Magnetic Resonance of hydrogen (1H NMR), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and zeta potential. After the functionalization with the peptide, the zeta potential of the CD nanoparticles changed from - 50.5 mV to -23.4 mV, suggesting the consumption of some negatively charged functional groups, such as carboxy, at a pH below 6. In the FTIR and 1H NMR spectra of the functionalized CDs, after purification, characteristic bands of both compounds were observed. For example, the absorptions at 1360 and 1050 cm-1 , the former observed only in the spectrum of the CDs and the latter well-defined in the spectrum of the peptide. The presence of the amide functional group is observed through absorptions in 1638 and 1560 cm-1 . In addition to these observations, the functionalization can be also indirectly related to the narrowing of absorption band around by 3340 cm-1 (ν O-H), which suggests a decrease in hydrogen bonds in the sample of CDs after the reaction. If, on the one hand, the functionalized nanostructures did not show antioxidant activity, on the other, the results of the antimicrobial activity, in vitro, showed that the functionalized nanoparticles are capable of inhibiting bacterial growth similary to ecPis-4s for Staphylococcus aureus (S. aureus), and Escherichia coli (E. coli), showing that they can inhibit growth with both Gram-positive and Gram-negative bacteria. This outcome is directly related to the α-helix conformation of the peptide covalently attached to the surface of the CDs, as shown by the results obtained with circular dichroism in a membrane mimetic medium