| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 1.87 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
ABSTRACT - Periodontal disease (PD) is one of the most widespread inflammatory diseases in dogs. This disease is initiated by a polymicrobial biofilm (dental plaque) in the teeth surface, along with a subsequent local inflammatory response leading to periodontium damage and systemic consequences. Enterococci are opportunistic bacteria that may be found in the plaque biofilm. Their ability to act as reservoirs of resistant determinants and their previously linkage to PD-systemic consequences, makes enterococci an interesting bacterial model for antimicrobial studies. Several strategies can be used for PD control, being the removal and inhibition of dental plaque the keystone for PD prevention. Antimicrobial peptides (AMPs) are promising compounds for the management of bacterial infections with low rate of resistance incidence. Nisin is an AMP with antimicrobial activity against Gram-positive and some Gram-negative bacteria, including periodontal pathogens. Considering PD high prevalence, its consequences, and the urgent need to control antimicrobial resistant (AMR) strains and develop new antimicrobial strategies, the main goal of this project was to evaluate the potential of the AMP nisin A for PD control in dogs. First, the antimicrobial activity of nisin and of nisin incorporated in two delivery systems (guar gum biogel and a veterinary toothpaste) were evaluated against a previously characterized collection of canine oral enterococci (n=20). Nisin and nisin-biogel were able to inhibit and eradicate all isolates tested in both planktonic and biofilm forms. Supplemented toothpaste was able to inhibit 95% of the isolates tested. As such, nisin-biogel was selected for the following assays, being observed that it also presented inhibition and eradication abilities against an in vitro multispecies biofilm. Then, nisin-biogel antimicrobial ability was evaluated in the presence of canine saliva and over a 24-month storage, as well as its safety towards eukaryotic cells. Saliva hampered nisin-biogel activity, but it maintained its antimicrobial activity over the storage period at freezing, cooling and room temperatures. In addition, nisin-biogel showed no cytotoxicity at concentrations up to 200 μg/mL. Later, nisin-biogel influence on the canine oral microbiome was evaluated by next generation sequencing, revealing that one dental application of nisin-biogel promoted a reduction in bacterial diversity. Still, a diversity recovery was detected after three applications, along with a reduction in some PD-related bacterial species. Finally, nisin influence in AMR development was evaluated by determination of the mutant section window, mutants AMR profiles and horizontal gene transfer (HGT). It was observed that nisin selective pressure may induce changes in the bacteria’s AMR profile, but not influencing vanA HGT between enterococci and staphylococci.
Together, these results show that nisin-biogel seems to be an appropriate approach for PD control in dogs, being important to test this product in an in vivo controlled clinical trial.
RESUMO - DOENÇA PERIODONTAL EM CÃES: UMA ABORDAGEM EXPERIMENTAL PARA PREVENÇÃO USANDO PÉPTIDOS ANTIMICROBIANOS - A doença periodontal (DP) é uma das doenças inflamatórias mais frequentes em cães. Esta doença é iniciada por um biofilme polimicrobiano (placa dentária) na superfície dentária, que induz uma resposta inflamatória local e consequências sistémicas. Enterococci são bactérias oportunistas, que podem fazer parte da placa dentária. Sendo reservatórios de fatores de resistência e tendo sido relacionados com consequências sistémicas da DP, são um bom modelo bacteriano para estudos antimicrobianos. A DP pode ser controlada através de várias estratégias, sendo a inibição e remoção da placa dentária fulcrais na sua prevenção. Os péptidos antimicrobianos (PAMs) são compostos promissores para o tratamento de infeções bacterianas, estando associados a um baixo desenvolvimento de resistências. A nisina é um PAM com atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e algumas Gram-negativas, incluído as periodontais. Considerando a elevada prevalência de DP, as suas consequências, a necessidade de controlar infeções por bactérias resistentes a antimicrobianos (RAM) e de desenvolver novos compostos, este projeto teve como objetivo avaliar o potencial antimicrobiano da nisina A para o controlo da DP em cães. Inicialmente, a atividade antimicrobiana da nisina em suspensão ou incorporada em dois veículos de entrega (biogel de goma de guar e uma pasta dentífrica veterinária) foi avaliada utilizando uma coleção de enterococci da cavidade oral de cães (n=20), previamente caracterizada. A nisina e o biogel inibiram e erradicaram todos os isolados testados, na forma planctónica e em biofilme. A pasta suplementada inibiu 95% dos isolados. Assim, o biogel foi selecionado para avaliação posterior, revelando capacidade de inibir e erradicar biofilmes polimicrobianos. Em seguida, a atividade antimicrobiana do biogel foi avaliada na presença de saliva canina e durante um período de armazenamento de 2 anos a várias temperaturas, bem como a sua toxicidade contra células eucariotas. A saliva reduziu a atividade do produto, que não foi afetada pelo armazenamento a temperaturas de congelação, refrigeração e ambiente. Além disso, não se observou citotoxicidade até à concentração de 200 μg/mL. Depois avaliou-se a influência do biogel no microbioma oral canino por sequenciação, verificando-se que uma única aplicação dentária tópica do biogel reduziu a diversidade bacteriana, aumentando após três aplicações, apesar da redução de bactérias intervenientes na DP. Por fim, avaliou-se a influência da nisina na indução de RAM, através da determinação da mutant selection window, de perfis de RAM e transferência horizontal de genes (THG). Observou-se que a exposição a nisina pode induzir alterações nos perfis de RAM, sem promover THG entre enterococci e staphylococci. Assim, os resultados demostram que a nisina-biogel constitui um composto promissor para o controlo da DP em cães, sendo importante a sua testagem in vivo.
RESUMO - DOENÇA PERIODONTAL EM CÃES: UMA ABORDAGEM EXPERIMENTAL PARA PREVENÇÃO USANDO PÉPTIDOS ANTIMICROBIANOS - A doença periodontal (DP) é uma das doenças inflamatórias mais frequentes em cães. Esta doença é iniciada por um biofilme polimicrobiano (placa dentária) na superfície dentária, que induz uma resposta inflamatória local e consequências sistémicas. Enterococci são bactérias oportunistas, que podem fazer parte da placa dentária. Sendo reservatórios de fatores de resistência e tendo sido relacionados com consequências sistémicas da DP, são um bom modelo bacteriano para estudos antimicrobianos. A DP pode ser controlada através de várias estratégias, sendo a inibição e remoção da placa dentária fulcrais na sua prevenção. Os péptidos antimicrobianos (PAMs) são compostos promissores para o tratamento de infeções bacterianas, estando associados a um baixo desenvolvimento de resistências. A nisina é um PAM com atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e algumas Gram-negativas, incluído as periodontais. Considerando a elevada prevalência de DP, as suas consequências, a necessidade de controlar infeções por bactérias resistentes a antimicrobianos (RAM) e de desenvolver novos compostos, este projeto teve como objetivo avaliar o potencial antimicrobiano da nisina A para o controlo da DP em cães. Inicialmente, a atividade antimicrobiana da nisina em suspensão ou incorporada em dois veículos de entrega (biogel de goma de guar e uma pasta dentífrica veterinária) foi avaliada utilizando uma coleção de enterococci da cavidade oral de cães (n=20), previamente caracterizada. A nisina e o biogel inibiram e erradicaram todos os isolados testados, na forma planctónica e em biofilme. A pasta suplementada inibiu 95% dos isolados. Assim, o biogel foi selecionado para avaliação posterior, revelando capacidade de inibir e erradicar biofilmes polimicrobianos. Em seguida, a atividade antimicrobiana do biogel foi avaliada na presença de saliva canina e durante um período de armazenamento de 2 anos a várias temperaturas, bem como a sua toxicidade contra células eucariotas. A saliva reduziu a atividade do produto, que não foi afetada pelo armazenamento a temperaturas de congelação, refrigeração e ambiente. Além disso, não se observou citotoxicidade até à concentração de 200 μg/mL. Depois avaliou-se a influência do biogel no microbioma oral canino por sequenciação, verificando-se que uma única aplicação dentária tópica do biogel reduziu a diversidade bacteriana, aumentando após três aplicações, apesar da redução de bactérias intervenientes na DP. Por fim, avaliou-se a influência da nisina na indução de RAM, através da determinação da mutant selection window, de perfis de RAM e transferência horizontal de genes (THG). Observou-se que a exposição a nisina pode induzir alterações nos perfis de RAM, sem promover THG entre enterococci e staphylococci. Assim, os resultados demostram que a nisina-biogel constitui um composto promissor para o controlo da DP em cães, sendo importante a sua testagem in vivo.
Description
Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na especialidade de Sanidade Animal.
Keywords
Periodontal Disease Dogs Enterococci Nisin Biogel Doença periodontal Cães Enterococci Nisina Biogel
Pedagogical Context
Citation
Cunha ESG. 2021. Periodontal disease in dogs : an experimental approach towards prevention using antimicrobial peptides [dissertation]. Lisboa: FMV-Universidade de Lisboa.
Publisher
Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Veterinária