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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Copaifera reticulata: ISOLAMENTO, CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ANTIBACTERIANA DOS DITERPENOS ÁCIDOS Deiziane Gomes dos Santos 2018 Copaifera reticulata: ISOLAMENTO, CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ANTIBACTERIANA DOS DITERPENOS ÁCIDOS Deiziane Gomes dos Santos Rio de Janeiro Dezembro/2018 Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ciências (Alimentos). Orientadora: Drª. Claudia Moraes de Rezende Co-orientadora: Drª. Thais Matsue Uekane Deiziane Gomes dos Santos Copaifera reticulata: isolamento, caracterização e atividade antibacteriana dos diterpenos ácidos Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências de Alimentos, Instituto de Química, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ciências (Alimentos). Aprovada por: ______________________________________________ Prof Dra. Claudia Moraes de Rezende (IQ/UFRJ) (Presidente da banca/orientador) _______________________________________________ Prof Dra. Thais Matsue Uekane (UFF) (Co-orientadora) _________________________________________________ Prof Dr. Carlos Adam Conte Junior (UFRJ) (Membro) __________________________________________________ Prof Dra. Rosane Nora Castro (UFRRJ) (Membro) Agradecimentos Encerro essa etapa da minha vida grata a Deus pela força e por toda misericórdia que me foi concedida para que eu pudesse chegar até aqui. Agradeço a toda a minha família, em especial aos meus pais, Maria (in memoriam) e no meu coração e Damião pelo apoio e carinho, que me deram forças para lutar pelo meu sonho. À minha amiga Aline Silvestre por todo o apoio e companherismo nos momentos difícies. À minha amiga Allien que juntas lutamos pela realização desse sonho. Foram várias noites sem dormir, várias disciplinas juntas, além das trilhas para relaxar depois das avaliações. À minha amiga Calionara que mesmo em pouco tempo já somos quase irmãs. À minha amiga Ana Carolina por toda paciência em me ensinar grande parte do que sei sobre cromatografia gasosa. À minha amiga Fernanda por ter me ensinado a fazer cromatografia em coluna de gel de sílica e interpretar os espectros de RMN. À prof Claudia Rezende, pelo apoio e por ter acreditado em mim mesmo sem me conhecer. A sua ajuda foi fundamental para a realização desse sonho. A co-orientadora Thais Uekane, por todo aprendizado e paciência no início dessa etapa. Aos queridos amigos do LAROMA Natália, Ana Laura, Anna Tsukui, Rodrigo, Filipe, Fábio, José, sem vocês tudo seria mais difícil. Ao prof Carlos Conte e seu aluno de doutorado Vinícius por todo o aprendizado e por ter aberto as portas do seu laboratório e ter me permitido entrar no mundo da microbiologia. À prof Daniela Alviano pelos materiais cedidos por seu laboratório. Ao prof Alexandre, coordenador do PPGCAL eu agradeço por todo o auxílio prestado nesses anos. À todos os professores e funcionários do IQ. E por fim, a CAPES pelo auxílio financeiro concedido nestes dois anos. Resumo O óleo-resina da espécie Copaifera é considerado um dos mais importantes remédios naturais para os povos indígenas da região amazônica e seu uso é amplamente difundido devido às diversas propriedades farmacológicas. O intuito desse trabalho foi realizar o isolamento, a caracterização e a avaliação da atividade antibacteriana dos constituintes do óleo-resina de Copaifera reticulata com ênfase nos diterpenos ácidos. O óleo-resina de C. reticulata foi fracionado por cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH para obtenção das três classes de substâncias, sendo elas hidrocarbonetos sesquiterpênicos, sesquiterpenos oxigenados e diterpenos ácidos. Para avaliação da atividade antibacteriana do óleo-resina bruto de C. reticulata e das três classes de substâncias foram utilizados grupos de bactérias gram-negativas (Salmonella Typhimurium e Escherichia coli) e gram-positivas (Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus), normalmente encontradas em surtos de enfermidades causadas pela ingestão de alimentos contaminados. Na avaliação da atividade antibacteriana pelo teste de antibiograma foi observada maior atividade dos diterpenos ácidos, onde foi obtido um halo de inibição de 10 mm para a bactéria S. aureus, sendo assim, também foi realizada para essa classe a avaliação da concentração inibitória mínina (CIM), obtendo um valor de CIM de 20 g/mL para L. monocytogenes e 6.250 g/mL para S. aureus. O isolamento dos diterpenos ácidos foi realizado por CLAE-UV semipreparativa para posterior avaliação da atividade antibacteriana dessas substâncias isoladamente. Na avaliação da CIM para os diterpenos ácidos isolados foram testadas somente as bactérias gram-positivas, pois as gram-negativas foram resistentes aos diterpenos ácidos nos testes preliminares. Para L. monocytogenes o melhor resultado foi para o ácido copálico com CIM de 4 g/mL, seguido do ácido agático com 15 g/mL. Já para S. aureus a substância mais ativa foi o ácido copálico com CIM de 15 g/mL. Com base nesses dados podemos concluir que, dentre as classes de substâncias avaliadas, os diterpenos ácidos foram os que mais apresentaram inibição para as bactérias gram-positivas quando comparado às outras classes. Dentre as substâncias isoladas a mais ativa, ou seja, a que apresentou os menores valores de CIM para as bactérias gram- positivas L. monocytogenes e S. aureus foi o ácido copálico, confirmando assim a resistência das bactérias gram-negativas aos óleos-resinas da espécie Copaifera devido à composição química complexa da sua parede celular. Palavra chave: Copaifera, ácido copálico, bactérias gram-positivas, alimentos contaminados. Abstract Copaifera oil-resin is considered one of the most important renewable natural remedies for the indigenous peoples of the Amazon region and its use is widely diffused due to its diverse pharmacological properties. The objective of this work was to isolate, characterize and evaluate the antibacterial activity of the oil-resin constituents of Copaifera reticulata with emphasis on acid diterpenes and investigate its chemical composition by gas chromatography. The oil-resin of C. reticulata was fractionated by column chromatography on a silica gel impregnated with KOH to obtain the three classes of substances, being sesquiterpene hydrocarbons, oxygenated sesquiterpenes and acidic diterpenes. In order to evaluate the antibacterial activity of the crude oil-resin of C. reticulata and of the three classes were used groups of gram-negative (Salmonella Typhimurium and Escherichia coli O157:H7) and gram- positive bacteria (Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus), usually found in outbreaks of diseases caused by the ingestion of contaminated food. In the evaluation of the antibacterial activity by the antibiogram test it was observed a higher activity of the acid diterpenes, where a halo of inhibition of 10 mm was obtained for the S. aureus. In this way, it was also performed for this class the evaluation of the minimum inhibitory concentration (MIC), obtaining a MIC of 20 μg/mL for L. monocytogenes and 6,250 μg/mL for S. aureus. The isolation of acid diterpenes was performed by semipreparative HPLC-UV for subsequent evaluation of the antibacterial activity of these substances alone. In the evaluation of CIM for acidic diterpenes alone, only gram-positivebacteria were tested, since gram-negative bacteria were resistant to acid diterpenes in the preliminary tests. For L. monocytogenes, the best result was for the copalic acid with a MIC of 4 μg/mL, followed by agathic acid with 15 g/mL. For S. aureus, the most active substance was copalic acid with MIC of 15 μg/mL MIC. Based on these data, it can be concluded that, among the classes of substances evaluated, acid diterpenes presented the most inhibition for gram-positive bacteria when compared to other classes. Among the most active isolates, that is, the one with the lowest MIC values for the gram-positive bacteria L. monocytogenes and S. aureus was the copalic acid, thus confirming the resistance of gram-negative bacteria to the resin-resins of the Copaifera species due to the complex chemical composition of its cell wall. Keyword: Copaifera, copalic acid, gram-positive bacteria, contaminated food. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Exsicata das folhas da espécie Copaifera.................................................................19 Figura 2. Método utilizado para coleta do óleo-resina de troncos de Copaifera. (A) Abertura de um orifício no tronco usando uma broca de madeira; (B) Introdução de uma calha de aço inoxidável para captura de óleo-resina; (C) Fechamento do orifício do tronco com tubo de PVC e tampa de rosca; (D) Abertura da tampa do tubo de PVC para coleta do óleo-resina após a primeira coleta........................................................................................................................21 Figura 3. Árvore da espécie C. reticulata................................................................................22 Figura 4. Mapa ilustrativo com as regiões de ocorrência confirmada para a espécie C. reticulata...................................................................................................................................23 Figura 5. Principais sesquiterpenos encontrados em óleo-resina de copaíba..........................28 Figura 6. Esqueletos diterpênicos encontrados no óleo-resina de copaíba..............................29 Figura 7. Principais diterpenos encontrados em óleo-resina de copaíba.................................29 Figura 8. Biossíntese de terpenos para a formação da unidade do isopreno (IPP) pela via do mevalonato................................................................................................................................31 Figura 9. Biossíntese de terpenos pela via do metileritritol fosfato.........................................32 Figura 10. Formação das diferentes classes de terpenos a partir do IPP e DMAPP................33 Figura 11. Ciclização do GGPP e formação do esqueleto do labdano e ent-labdano..............34 Figura 12. Mecanismo de formação do esqueleto ent-caurano, por meio de reações de formação de carbocátions..........................................................................................................35 Figura 13. Representação da parede celular das bactérias gram-negativas e gram- positivas....................................................................................................................................42 Figura 14. Placa de ágar contendo discos de papel-filtro para o teste de antibiograma..........44 Figura 15. Placa de plástico estéril com 96 poços para o teste da CIM...................................45 Figura 16. Redução da resazurina para resorufina na presença de células vivas.....................45 Figura 17. Fluxograma da cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH do óleo-resina de C. reticulata.......................................................................................................50 Figura 18. Fluxograma da extração dos diterpenos ácidos, após cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH do óleo-resina de C. reticulata........................................51 Figura 19. Metodologia aplicada para derivatização do óleo-resina de C. reticulata com BF3/MeOH, conforme proposto por Metcalf et al. 1966.........................................................52 Figura 20. Fluxograma para avaliação da sensibilidade das bactérias testadas frente ao óleo- resina bruto de C. reticulata e as frações obtidas após cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH.....................................................................................................58 Figura 21. Esquema da técnica para determinação da concentração mínima inibitória para avaliação da atividade antibacteriana das frações e do óleo-resina de C. reticulata. As cores diferentes nas duplas de linhas de A a F indicam inóculos diferentes.....................................59 Figura 22. Cromatograma do óleo-resina bruto de C. reticulata obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-17HT...........................................................................................................61 Figura 23. Cromatograma do óleo-resina bruto de C. reticulata derivatizado com BF3/MeOH obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-17HT....................................................................61 Figura 24. Reação de derivatização do ácido copálico com trifluoreto de boro em metanol (BF3/MeOH).............................................................................................................................61 Figura 25. Cromatogramas das frações contendo os hidrocarbonetos sesquiterpênicos (A) e sesquiterpenos oxigenados (B) obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-5MS, referente ao fracionamento por cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH..............62 Figura 26. Cromatograma da fração contendo os diterpenos ácidos derivatizados com BF3/MeOH obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-17HT................................................66 Figura 27. Cromatograma normal (A) e expandido (B) da fração contendo os diterpenos ácidos derivatizados com BF3/MeOH obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-5MS, referente ao fracionamento por cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH do óleo-resina de C. reticulata........................................................................................67 Figura 28. Cromatograma normal (C) e expandido (D) da fração contendo os diterpenos ácidos derivatizados com diazometano obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-5MS......68 Figura 29. CCF (Fase estacionária: cromatoplacas revestidas com gel de sílica; Fase móvel: hexano e acetato de etila 7:3 (v/v); Revelador químico: ácido sulfúrico 10% e vanilina 1% em etanol) das frações do óleo-resina de C. reticulata obtidas por cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH. FH: Fração em Hexano; FD: Fração em Diclorometano; FM: Fração em Metanol....................................................................................................................70 Figura 30. Cromatograma do perfil geral da fração contendo os diterpenos ácidos obtido por CLAE-UV semipreparativa com coluna preparativa Phenomenex 5 μm C18 e metanol 100 % como fase móvel.......................................................................................................................71 Figura 31. Cromatograma referente ao reciclo de solvente para o isolamento dos diterpenos ácidos obtido por CLAE-UV semipreparativa com coluna preparativa Phenomenex 5 μm C18 e metanol 100 % como fase móvel...........................................................................................72 Figura 32. Cromatograma e espectro de massa obtido por CG-EM com coluna do tipo HP- 17HT, referente ao pico 1 (ácido agático) isolado da fração contendo os diterpenos ácidos por CLAE-UV semipreparativa ......................................................................................................73 Figura 33. Proposta de fragmentação do ácido agático conforme proposto por Pereira(2011)........................................................................................................................................74 Figura 34. Cromatograma e espectro de massa obtido por CG-EM com coluna do tipo HP- 17HT, referente ao pico 2 (ácido poliáltico) isolado da fração contendo os diterpenos ácidos por CLAE-UV semipreparativa ...............................................................................................75 Figura 35. Proposta de fragmentação do ácido poliáltico........................................................76 Figura 36. Cromatograma referente a coeluição do ácido copálico e do ácido labdan-7, 13- dien-15-óico e espectro de massa do ácido labdan-7, 13-dien-15-óico obtido por CG-EM com coluna do tipo HP-17HT, referente ao pico 3 isolado da fração contendo os diterpenos ácidos por CLAE-UV semipreparativa ...............................................................................................77 Figura 37. Proposta de fragmentação do ácido labdan-7, 13-dien-15-óico conforme proposto por Pereira (2011).....................................................................................................................78 Figura 38. Cromatograma e espectro de massas obtido por CG-EM com coluna do tipo HP- 17HT referente ao ácido copálico presente na fração dos diterpenos ácidos isolados por CLAE-UV semipreparativa.......................................................................................................79 Figura 39. Cromatograma e espectro de massa obtido por CG-EM com coluna do tipo HP- 17HT, referente ao pico 4 (ácido 3-hidróxi copálico) isolado da fração contendo os diterpenos ácidos por CLAE-UV semipreparativa.....................................................................................80 Figura 40. Proposta de fragmentação do ácido 3- hidróxi copálico conforme proposto por Pereira (2011)............................................................................................................................81 Figura 41. Espectro de RMN de 1H (DMSO-d6, 500,00 MHz) do ácido copálico.................84 Figura 42. Espectro de RMN de 13C (DMSO-d6, 500,00 MHz) do ácido copálico................84 Figura 43. Espectro de RMN de 1H (DMSO-d6, 500,00 MHz) do ácido agático...................86 Figura 44. Espectro de RMN de 13C (DMSO-d6, 500,00 MHz) do ácido agático..................87 Figura 45. Espectros de massas referentes ao cromatograma da fração contendo os diterpenos ácidos (Figura 27) derivatizados com BF3/MeOH..................................................................110 Figura 46. Espectros de massas referentes ao cromatograma da fração contendo os diterpenos ácidos (Figura 28) derivatizados com diazometano................................................................113 Figura 47. Espectros de RMN ampliados de 1H e 13C do ácido copálico..............................116 Figura 48. (A) Espectro COSY-H1 do ácido copálico total e (B e C) ampliação..................122 Figura 49. (A) Espectro HSQC do ácido copálico total e (B) ampliação..............................123 Figura 50. (A) Espectro HMBC do ácido copálico total e (B e C) ampliação......................124 Figura 51. Espectros de RMN ampliados de 1H e 13C do ácido ent-agático..........................126 Figura 52. (A) Espectro COSY-H1 do ácido ent-agático total e (B) ampliação....................131 Figura 53. (A) Espectro HSQC do ácido ent-agático total e (B e C) ampliação...................132 Figura 54. (A) Espectro HMBC do ácido ent-agático total e (B, C e D) ampliação.............133 Figura 55. Halos de inibição obtidos a partir do teste de antibiograma utilizando o óleo-resina bruto, frações do óleo-resina, solvente DMSO e antibiótico de controle. D: DMSO; B: Óleo- resina bruto; M: Fração em Metanol; H: Fração em Hexano; AMP: Ampicilina...................135 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Composição e percentual das substâncias presentes na fração volátil do óleo-resina de C. reticulata..........................................................................................................................24 Tabela 2. Distribuição da produção do óleo-resina de Copaifera no Brasil em 2016.............27 Tabela 3. Atividades biológicas descritas para o óleo-resina Copaifera................................40 Tabela 4. Composição química das frações contendo os hidrocarbonetos sesquiterpênicos e os sesquiterpenos oxigenados obtidas a partir do fracionamento do óleo-resina de C. reticulata...................................................................................................................................63 Tabela 5. Percentual dos constituintes majoritários da fração volátil do óleo-resina de C. reticulata...................................................................................................................................64 Tabela 6. Composição química da fração contendo os diterpenos ácidos derivatizados com BF3/MeOH................................................................................................................................67 Tabela 7. Composição química da fração contendo os diterpenos ácidos derivatizados com diazometano..............................................................................................................................68 Tabela 8. Valores dos deslocamentos químicos de RMN de 1H (500,0 MHz) e 13C (500,0 MHz) do ácido copálico ( em ppm, relativos ao TMS; solvente DMSO-d6) e a comparação com a literatura..........................................................................................................................82 Tabela 9. Valores dos deslocamentos químicos de RMN de 1H (500,0 MHz) e 13C (500,0 MHz) do ácido ent-agático ( em ppm, relativos ao TMS; solvente DMSO-d6) e a comparação com a literatura.....................................................................................................85 Tabela 10. Halos de inibição do crescimento (mm) para as bactérias testadas frente ao óleo- resina bruto e as frações de C. reticulata..................................................................................88 Tabela 11. Resultado da CIM (g/mL) para o óleo-resina bruto de C. reticulata, para a fração os sesquiterpenos oxigenados, os diterpenos ácidos e a comparação com a literatura.............90 Tabela 12. Resultado da CIM (g/mL) para os diterpenos isolados por CLAE-UV semipreparativa frente as bactérias testadas..............................................................................91 Tabela 13. Valores dos deslocamentos químicos de RMN de 1H (500,0 MHz) e 13C (500,0 MHz) do ácido copálico ( em ppm, relativos ao TMS; solvente DMSO-d6).......................119 Tabela 14. Valores dos deslocamentos químicos de RMN de 1H (500,0 MHz) e 13C (500,0 MHz) do ácido ent-agático ( em ppm, relativos ao TMS; solvente DMSO- d6)...........................................................................................................................................128 ABREVIATURAS AMP Ampicilina ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária ATCC American Type Culture Collection (Coleção de cultura americana) BF3 Trifluoreto de boro BF3/MeOH Trifluoreto de boro em metanol BHI Brain Heart Infusion (Infusão de coração e cérebro) BLEE Betalactamases de Espectro Estendido CBM Concentração Bactericida Mínima CCF Cromatografia em Camada Fina CG-DIC Cromatografia Gasosa acoplada ao Detector de Ionização em Chama CG-EM Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas CIM Concentração Inibitória Mínima CLAE-UV Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector de Ultravioleta CLAE-EM/EM Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada à Espectrometria de Massas Sequencial DAP Diâmetroà altura do peito DMSO Dimetilsulfóxido D.O Densidade Ótica D.O.U Diário Oficial da União eV Elétron-volt FDA Food and Drug Administration FD Fração em Diclorometano FH Fração em Hexano FIOCRUZ Fundação Oswaldo Cruz FM Fração em Metanol IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INCQS Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde IRL Índice de Retenção Linear mg Miligrama mL Mililitro mm Milímetro NAD Nicotinamide adenine dinucleotide (Nicotinamida adenina dinucleotideo) NCCLS National Committee for Clinical Laboratory Standards (Comitê Nacional para Padrões de Laboratório Clínico) NIST National Institute of Standards and Technology (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) OMS Organização Mundial da Saúde P.A Padrão Analítico PLA poly (lactic acid) (poliácido lático) PVC Policloreto de polivinila RMN Ressonância Magnética Nuclear UFC/mL Unidade Formadora de Colônia por mililitro SUMÁRIO 1. Introdução...................................................................................................................18 2. Revisão bibliográfica....................................................................................................19 2.1. Gênero Copaifera........................................................................................................19 2.1.1. A espécie Copaifera reticulata Ducke......................................................................22 2.1.2. Óleo-resina...............................................................................................................24 2.1.3. Composição química do óleo-resina do gênero Copaifera...................................27 2.1.4. Fracionamento do óleo-resina................................................................................30 2.2. Biossíntese dos terpenos.............................................................................................31 2.2.1. Produtos naturais com atividade antibacteriana.................................................35 2.2.2. Atividade biológica do óleo-resina de Copaifera................................................. 37 2.3. Bactérias patogênicas de origem alimentar.............................................................41 2.3.1. Bactérias gram-positivas e gram-negativas..........................................................42 2.3.2. Resistência antimicrobiana....................................................................................43 2.4. Técnicas para avaliação da sensibilidade aos antimicrobianos.............................43 2.4.1. Antibiograma...........................................................................................................43 2.4.2. Concentração Inibitória Mínima (CIM)...............................................................44 3.0. Objetivo.......................................................................................................................46 3.1. Objetivo geral.............................................................................................................46 3.2. Objetivos específicos..................................................................................................46 4.0. Materiais e equipamentos..........................................................................................47 5.0. Métodos.......................................................................................................................49 5.1. Dados da coleta do óleo-resina de C. reticulata........................................................49 5.2. Fracionamento do Óleo-resina de C. reticulata........................................................49 5.2.1. Cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com hidróxido de potássio (KOH)..................................................................................................................49 5.2.2. Extração dos diterpenos ácidos..............................................................................50 5.3. Derivatização com trifluoreto de boro (BF3) e diazometano..................................51 5.4. Condições de Análise Cromatográfica do Óleo-resina de C. reticulata.................53 5.4.1. Cromatografia em Camada Fina (CCF)...............................................................53 5.4.2. Cromatografia Gasosa com Detector por Ionização em Chama (CG-DIC)......53 5.4.3. Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas (CG-EM).........53 5.4.4. Cromatografia Líquida semipreparativa de Alta Eficiência (CLAE)................54 5.4.5. Ressonância Magnética Nuclear (RMN)...............................................................54 5.4.6. Identificação dos compostos por CG.....................................................................56 5.5. Avaliação da sensibilidade aos antimicrobianos.....................................................57 5.5.1. Materiais e local de análise.....................................................................................57 5.5.2. Antibiograma...........................................................................................................57 5.5.3. Concentração Inibitória Mínima (CIM)...............................................................58 6.0. Resultados e discussão...............................................................................................60 6.1. Análise da composição química do óleo-resina de C. reticulata por CG-EM e cromatografia em coluna de gel de sílica impregnada com KOH...............................60 6.2. Cromatografia em Camada Fina (CCF)..................................................................70 6.3. Isolamento dos diterpenos ácidos por CLAE-UV semipreparativa......................71 6.4. Ressonância Magnética Nuclear de 1H e de 13C......................................................81 6.5. Atividade antibacteriana do óleo-resina de C. reticulata........................................87 6.5.1. Antibiograma...........................................................................................................87 6.5.2. Concentração Inibitória Mínima (CIM)...............................................................89 7.0. Conclusão....................................................................................................................93 8.0. Referências bibliográficas.........................................................................................94 9.0. Apêndice A. Espectros de massas referentes ao cromatograma da Fig. 27........110 10.0. Apêndice B. Espectros de massas referentes ao cromatograma da Figura 28.......................................................................................................................................113 11.0. Apêndice C. Espectros de RMN 1H e 13C ampliados e tabela com os deslocamentos químicos do ácido copálico e ent-agático.............................................116 12.0. Apêndice D. Halos de inibição referentes ao teste de antibiograma..................135 18 1 Introdução A Floresta Amazônica é amplamente reconhecida por sua riqueza em produtos florestais não madeireiros e um grande número de espécies de plantas desse bioma tropical único são utilizadas como fonte de óleos. Entre elas, a copaíba (Copaifera spp.) que fornece um óleo- resina a partir de seus troncos, sendo este bastante comercializado na região amazônica (MEDEIROS et al. 2018). A coleta do óleo-resina de copaíba é uma importante fonte de renda para uma variedade de povos tradicionais da Amazônia, com a atividade sendo regulamentada pela legislação local, uma vez que as espécies de Copaifera são protegidas por lei (Decreto-Lei nº 25044/2005, estado do Amazonas, Brasil). Váriosestudos mostraram grandes variações na quantidade de óleo-resina produzida entre espécies do gênero Copaifera, bem como entre indivíduos da mesma espécie e população natural, variando de indivíduos altamente produtivos àqueles que não produzem quantidades detectáveis de óleo-resina (MEDEIROS et al. 2018). Cardim e Cunha (1998) relatam que as propriedades medicinais do óleo da copaíba eram bastante difundidas entre os índios latinos americanos na época em que os primeiros exploradores europeus chegaram ao Brasil no século XVI. Ressalta ainda que o conhecimento a respeito dessas propriedades surgiu provavelmente da observação do comportamento de certos animais que, quando feridos, esfregavam-se nos troncos das copaibeiras para cicatrizarem suas feridas. Os produtos naturais são fontes de compostos que podem servir como agentes antimicrobianos, podendo ser empregados na tentativa de superar a resistência a antimicrobianos usados atualmente na terapia clínica. Assim, atenção tem sido dada para plantas ricas em compostos bioativos conhecidos por suas propriedades antimicrobianas (SIMÕES et al. 2010). 19 2 Revisão bibliográfica 2.1 Gênero Copaifera A família Leguminosae Juss. é a terceira maior família de angiospermas, compreendendo cerca de 727 gêneros e 19.325 espécies (LEWIS, 2005). Copaifera é um gênero pantropical distribuído amplamente nas Américas, estendendo-se do México ao norte da Argentina, na África Ocidental e na Ásia (ROSA e DA SILVA, 2009). Segundo disponível no International Plant Names Index (2018), o gênero Copaifera possui registro de 90 espécies catalogadas. Costa (2018) relata que o gênero Copaifera possui ocorrência confirmada no Brasil nas regiões Norte (Acre, Amazonas, Amapá, Pará, Rondônia, Roraima, Tocantins), Nordeste (Bahia, Ceará, Maranhão, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte), Centro-Oeste (Distrito Federal, Goiás, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso), Sudeste (Espírito Santo, Minas Gerais, Rio de Janeiro, São Paulo) e Sul (Paraná, Rio Grande do Sul, Santa Catarina). As copaibeiras são árvores de crescimento lento, alcançam de 25 a 40 metros de altura, podendo viver até 400 anos (ARAÚJO JÚNIOR et al. 2005). O tronco é áspero, de coloração escura, medindo de 0,4 a 4 metros de diâmetro. As folhas são alternadas, pecioladas e penuladas (Figura 1). Os frutos contêm uma semente ovóide envolvida por um arilo e as flores são pequenas, apétalas e hermafroditas (LORENZI, 1992). Figura 1. Exsicata das folhas da espécie Copaifera. Fonte: Herbario Virtual Austral Americano. Disponível em: https://herbariovaa.org/imglib/neotrop/misc/201406/index_1403769568_web.jpg. Acesso em: 20 de jun. 2018. 20 Em relação ao grupo ecológico, as copaíbas são classificadas como espécies de vida longa, exigindo luz, mas tolerante à sombra (CARVALHO, 2003). São consideradas generalistas porque estão adaptadas a uma ampla variedade de ambientes, podendo ocorrer em várzeas, matas ciliares, córregos da bacia amazônica e florestas do Cerrado no centro do Brasil (SHANLEY et al. 2005). As espécies de Copaifera possuem grande flexibilidade em relação às condições edáficas, pois ocorrem em áreas com solo fértil e bem drenado e em áreas com solos ácidos muito pobres, como os campos do Cerrado, podendo também ter bom crescimento em solos arenosos, argilosos e geralmente ocupam o dossel da floresta (CARVALHO, 1994; RIGAMONTE AZEVEDO et al. 2004). Embora o gênero Copaifera tenha sido extensivamente estudado taxonomicamente, ainda existem dificuldades na identificação de algumas espécies, principalmente devido a sua complexa morfologia floral e ausência de estruturas reprodutivas nas amostras estudadas. Com relação às espécies amazônicas, a escassez de informações de campo compõe a principal limitação para descrições botânicas do grupo. Esses problemas taxonômicos restringiram o avanço das pesquisas químicas e farmacológicas, limitaram o uso industrial e racional do óleo-resina e também dificultaram o desenvolvimento de projetos, planos de manejo sustentável e conservação de espécies comercialmente visadas (MARTINS DA SILVA et al. 2008; SOARES et al. 2015). As copaíbas são geralmente polinizadas por abelhas Apis mellifera e Trigona spp. (CARVALHO, 1994). A dispersão das sementes de copaíba ocorre principalmente em formas zoocórica, ou seja, quando as sementes são dispersas pelos animais, normalmente por aves e roedores, ou barocórica quando os frutos caem por ação da gravidade (ALENCAR, 1982; MUNIZ, 2008). A produção de óleo-resina por espécie é bastante variável e pode ser influenciada por diferenças genéticas entre espécies, habitat, solo e intensidade de exploração (PINTO et al. 2010). Na literatura existem vários métodos relatados para a retirada do óleo-resina de copaíba, porém a maioria não é recomendada, pois ocasiona a morte da árvore, como por exemplo, através de cortes a machado no tronco. A única prática de coleta não agressiva é a realizada através da incisão com um trado a cerca de 1 metro de altura do tronco (Figura 2), onde após a coleta, o orifício é vedado para evitar a infestação da árvore por fungos ou cupins, podendo a vedação ser facilmente retirada para futuras coletas no mesmo local (ALENCAR, 1982). 21 Figura 2. Método utilizado para coleta do óleo-resina de troncos de Copaifera. (A) Abertura de um orifício no tronco usando uma broca de madeira; (B) Introdução de uma calha de aço inoxidável para captura de óleo-resina; (C) Fechamento do orifício do tronco com tubo de PVC e tampa de rosca. Fonte: Adaptado de Medeiros et al. 2018. A prática de extração do óleo-resina possui alguns obstáculos, pois o produto de várias árvores é frequentemente misturado, dificultando assim a identificação botânica do óleo- resina das copaíbas. Além disso, a falta de parâmetros botânicos para caracterizar o óleo- resina e realizar o seu controle de qualidade constitui um obstáculo para o registro e exportação de produtos fitoterápicos contendo copaíba (PIERI et al. 2009). O volume médio de óleo-resina obtido por cada árvore pode variar de 0,3 a 3 litros, dependendo da espécie e condições às quais está submetida e referente a coletas consecutivas. Não há estudos definitivos sobre o tempo necessário para uma copaibeira recompor o óleo- resina extraído. Em algumas árvores da espécie Copaifera não é possível retirar o óleo-resina, porém não existem estudos precisos da média de árvores efetivamente fornecedoras de óleo- resina, o que pode variar de acordo com as características do solo, clima e espécie (RIGAMONTE AZEVEDO et al. 2004). O perfil químico do óleo-resina pode variar de acordo com as espécies, características sazonais e climáticas do ambiente, tipo e composição do solo e índice pluviométrico entre outros. Pressões bióticas, como predação de insetos e infecção por patógenos, também causam diferenças na composição do óleo-resina (BARBOSA et al. 2012). As características químicas do óleo-resina, tais como baixa viscosidade e acidez são importantes para o processamento farmacêutico, pois contribuem para a consistência das formulações. Em contraste, a elevada viscosidade e acidez são importantes para a indústria de cosmético, como na produção de sabonetes, xampus e condicionadores (VEIGA JUNIOR & PINTO, 2002; CASCON, 2004). 22 2.1.1 A espécie Copaifera reticulata Ducke Copaifera reticulata é uma árvore nativa das regiões tropicais da América do Sul e considerada uma árvore de porte médio, sendo conhecida popularmente como copaibeira e pau d'óleo (CORREA, 1984). A espécie C. reticulata Ducke (Figura 3) é encontrada ao norte da Amazônia ocidental na região que se estende até a Venezuela. Produz um óleo-resina de aspecto líquido, fino, odor fraco e de coloração amarelo-dourada (73,3% das plantas), mas com variações (amarelo- média, 16,7%; amarelo-clara,10%) (BARBOSA et al. 2009; SILVA et al. 2012a). Figura 3. Árvore da espécie C. reticulata. Fonte: Flickr. Disponível em: https://www.flickr.com/photos/mauroguanandi/1375091702. Acesso em: 05 de abr. 2018. No Brasil, a espécie C. reticulata possui ocorrência confirmada nas regiões Norte (Amapá, Pará, Roraima) e Centro-Oeste (Mato Grosso), conforme o mapa ilustrado na Figura 4 (COSTA, 2018). 23 Figura 4. Mapa ilustrativo com as regiões de ocorrência confirmada para a espécie C. reticulata. Fonte: Copaifera in Flora do Brasil 2020 em construção. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://reflora.jbrj.gov.br/reflora/floradobrasil/FB22899>. Acesso em: 09 de Junho de 2018. Herrero-Jáuregui et al. (2011) analisaram a composição química do óleo-resina de C. reticulata e sua variabilidade relacionada à sazonalidade (estações seca e chuvosa), às sucessivas extrações e a vários fatores associados à morfometria, doenças e à estrutura da vegetação circundante. Para cada árvore, variáveis morfométricas como a presença de cupins, vinhas e buracos, bem como o tipo de solo e a estrutura da vegetação circundante, foram registrados. Os resultados mostraram alta variabilidade intrapopulacional na composição e concentração dos hidrocarbonetos sesquiterpênicos, sendo esta comparável à variabilidade interespecífica. Ressalta ainda que não foi possível determinar uma clara influência de fatores ambientais, morfométricos e estruturais na composição do óleo-resina, embora alguns compostos variassem de acordo com o tipo de solo, volume do óleo-resina extraído e a superfície da coroa. Bardají et al. (2016) relataram que o rendimento da fração volátil obtido por hidrodestilação para o óleo-resina bruto de C. reticulata foi de 59% em peso, ressaltaram ainda que a fração volátil foi analisada pela técnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas onde foi identificado um total de 18 compostos, cujos principais constituintes foram -bisaboleno (24,9%), trans--bergamoteno (21,9%), -selineno (12,1%) e -selineno (11,4%). Já Ziech et al. (2013) relataram que foi possível detectar 24 compostos voláteis no óleo-resina de C. reticulata utilizando somente a técnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas, onde os principais constituintes foram os sesquiterpenos β-cariofileno (37,6%), β-bisaboleno (14%) e (E)--bergamoteno (9,3%) (Tabela 1). 24 Tabela 1. Composição e percentual das substâncias presentes na fração volátil do óleo-resina de C. reticulata. Referência: a Bardají et al. 2016; b Ziech et al. 2013. a, b: Calculado a partir da área do pico em relação à área total do pico. 2.1.2 Óleo-resina A designação correta para o óleo da copaíba é a de óleo-resina, por ser um exsudato constituído por compostos voláteis e ácidos resinosos. Também é chamado, erroneamente, de bálsamo de copaíba, apesar de não ser um bálsamo verdadeiro, pois não contêm derivados do ácido benzóico ou cinâmico (BRUNETON, 1991). Em 1972, o óleo-resina foi aprovado como agente flavorizante pelo Food and Drug Administration (FDA) e pelo Food Chemicals Codex (FCC) após avaliação de sua segurança (FCC, 1972). Composto Conteúdo (%) a Conteúdo (%)b cicloisosativeno 0,3 - -copaeno 0,3 0,5 epi-sesquitujeno 0,5 - -elemeno 2,5 3,3 -gurjuneno 1,3 0,4 -santaleno 0,3 - trans--cariofileno 7,7 37,6 trans--bergamoteno 21,9 9,3 aristoleno 1,0 - epi--santaleno 0,1 0,1 -fameseno 3,9 - -chamigreno 1,5 0,9 -selineno 12,1 4,9 -selineno 11,4 3,1 -bisaboleno 24,9 13,9 -sesquifelandreno 2,7 1,1 óxido de cariofileno 0,2 0,2 -bisabolol 0,1 - -humuleno + (E)--farneseno - 5,3 -bulneseno - 2,1 (Z)--bisaboleno - 1,8 (E)--bisaboleno - 1,3 aromadendreno - 0,9 ciclosativeno - 0,9 -curcumeno - 0,6 −gurjuneno - 0,6 −curcumeno - 0,4 −bisabolol - 0,2 −elemeno - 0,2 epi−−bisabolol - 0,1 25 Burdock (2010) relata que as espécies comercialmente mais importantes de Copaifera são a C. reticulata Ducke, C. guayanensis Benth, C. multijuga Hayne, C. officinalis L., C. martii var. rigida e C. coriacea. Todas estas espécies consistem em árvores altamente ramificadas que crescem nas regiões do norte da América do Sul (Brasil, Venezuela e Colômbia). As árvores produzem um óleo-resina que se acumula nos bolsos da mesma e são coletados fazendo furos no tronco. Este óleo-resina possui um odor aromático característico, sendo ligeiramente amargo e com um sabor picante. O óleo-resina contribui ativamente para a saúde das árvores, portanto, um regime regular de coleta pode reduzir o tempo de vida das árvores envolvidas. No entanto, não é possível confirmar que a mortalidade é causada exclusivamente pela coleta dos óleos-resinas, pois em determinados locais é comum encontrar árvores caídas devido a fortes ventos e/ou fortes chuvas (PLOWDEN, 2003). As coletas sucessivas do óleo-resina durante curtos períodos podem enfraquecer os troncos, tornando-os mais suscetíveis à ação de ventos e fortes chuvas, já que a extração conduzida de forma inadequada é frequentemente responsável por fornecer pontos de entrada para patógenos (WIEDENHOEFT, 2005). Lindenmayer et al. (2000) e Plowden (2003) relatam que ainda não foi comprovado se a formação de cavidades nos troncos de Copaifera ocorre pela redução da produção e do armazenamento do óleo-resina em árvores muito antigas, porém ressaltam que esse fato pode ocorrer porque os óleos-resinas impedem a deterioração causada por cupins e fungos que podem ser responsáveis pela decomposição do núcleo e pela conseqüente formação de cavidades no interior do tronco. O processo de renovação do óleo-resina leva muitos anos, de modo que o tempo necessário para produzir um novo volume próximo ao obtido na primeira coleta pode exigir um longo prazo, além disso, a grande diversidade de árvores em diferentes idades, estágios fisiológicos e diversidade genética dificultam a definição de um intervalo de tempo específico entre as coletas (MARTINS et al. 2013). Entretanto, é possível estimar um intervalo mínimo entre as coletas sucessivas que forneceriam uma quantidade comercialmente satisfatória de óleo-resina. Embora Newton et al. (2011) sugeriram que a produção de óleo-resina deveria ser um processo anual, Klauberg et al. (2014), estudando diferentes ciclos de produção envolvendo diferentes espécies de copaíba, concluíram que um intervalo de três anos é viável em termos de produção de óleo-resina. 26 De acordo com o conhecimento tradicional de seringueiros de diferentes localidades do estado do Amazonas, o óleo-resina de copaíba não é coletado durante a estação seca porque relatam que “estão secos” (ou seja, não produtivos), isso ocorre porque algum mecanismo fisiológico interno permite a retenção do óleo-resina pela árvore durante a estação seca, podendo influenciar diretamente na redução do volume do óleo-resina no momento da coleta (MEDEIROS et al. 2018). Acredita-se que a cessação da produção do óleo-resina pode ocorrer quando uma árvore torna-se senescente, fase freqüentemente associada ao declínio fisiológico (ROQUETTE, 2014; THOMAS, 2013). Embora seja difícil distinguir os efeitos da idade dos efeitos de tamanho e variações ambientais associados à senescência, ou separar as interações entre eles, o tamanho individual pode ter influência significativa na função fisiológica das árvores mais antigas. Porém, além da idade da árvore outros fatores como o estresse competitivo pode influenciar a cessação da produção do óleo-resina, como por exemplo, quando plantas vicinais utilizam a mesma quantidade de luz, íons de nutrientes minerais e moléculas de aguá, podendo esse fator alterar a fisiologia das árvores, levando em consideração que a produção do óleo-resina depende de substâncias que são produzidas fotossinteticamente(BOND, 2000; THOMAS, 2013). Boas práticas de manejo podem ser adotadas para garantir um sistema de produção de óleo-resina duradouro, associando a viabilidade econômica e ecológica. Isso incluiria características como o uso de um diâmetro mínimo do tronco da árvore DAP (Diâmetro à Altura do Peito) ≥ 45 cm para a coleta do óleo-resina inicial, restringir a coleta até o final da estação chuvosa e o uso de técnicas de coleta de baixo impacto para a árvore. Respeitando essas condições, é possível aproveitar ao máximo a vida produtiva de uma determinada árvore, até que ela entre na fase de senescência (MEDEIROS et al. 2018). Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) em 2016, foram produzidas 166 toneladas de óleo-resina de copaíba, sendo essa produção concentrada principalmente na região Norte do Brasil, em destaque para o estado do Amazonas com a produção de 142 toneladas do óleo-resina conforme Tabela 2 (IBGE, 2016). 27 Tabela 2. Distribuição da produção do óleo-resina de Copaifera no Brasil em 2016. Fonte: IBGE, 2016. 2.1.3 Composição química do óleo-resina do gênero Copaifera Quimicamente, o óleo-resina é composto por sesquiterpenos e por uma parte sólida resinosa não volátil formada por ácidos diterpênicos, sendo os sesquiterpenos majoritariamente responsáveis pelo aroma e pela atividade anti-inflamatória (BARRETO JUNIOR et al. 2005; RIGAMONTE AZEVEDO et al. 2004) e os ácidos diterpênicos pela atividade antitumoral (OHSAKI, 1994) e ação anti-inflamatória e cicatrizante (BARDAJÍ et al. 2016). Conforme Leandro et al. (2012), muitos estudos demonstraram que os sesquiterpenos são usualmente as principais substâncias presentes nos óleos-resinas de copaíba, podendo ser responsáveis por até 90% de sua composição. Seu efeito farmacológico não pode ser atribuído a apenas um constituinte, pois os constituintes presentes no óleo-resina podem interagir sinergicamente na promoção da atividade observada. Os principais sesquiterpenos encontrados nos óleos-resinas de copaíba são: β-cariofileno, óxido de cariofileno, α-humuleno, δ-cadineno, α-cadinol, α-cubebeno, α e β-selineno, β- elemeno, trans-α-bergamoteno e β-bisaboleno (Figura 5) (LEANDRO et al. 2012; PINTO et al. 2000). Estado Óleo-resina (toneladas) Rondônia 8 Amazonas 142 Pará 15 Mato Grosso 1 28 Figura 5. Principais sesquiterpenos encontrados em óleo-resina de copaíba. Fonte: Leandro et al. 2012. De acordo com Pinto et al. (2000), os óleos-resinas de Copaifera são compostos por uma grande quantidade de sesquiterpenos hidrocarbonetos, sendo o principal constituinte o β- cariofileno, encontrado como um dos mais abundantes sesquiterpenos nesse gênero. O β-cariofileno possui uma variedade de atividades biológicas, incluindo antioxidante devido a presença das duas ligações duplas trans e anti-inflamatória. Além disso, devido ao seu odor amadeirado e picante, é comumente usado como um agente aromatizante (SKOLD et al. 2006; YOUNG et al. 2007). Os diterpenos encontrados nos óleos-resinas de copaíba apresentam estrutura de esqueletos caurano, labdano e clerodano (Figura 6). Em estudo realizado com diversos óleos- resinas de copaíba provenientes de várias regiões do Brasil, o ácido copálico foi o único encontrado em todos os óleos-resinas analisados (VEIGA JUNIOR et al. 1997), sendo -cariofileno óxido de cariofileno -humuleno -cadineno -cadinol -elemeno -selineno -cubebeno trans--bergamoteno -selineno -bisaboleno 29 considerado um biomarcador para o gênero Copaifera e alguns estudos foram realizados para avaliar a atividade antibacteriana desta substância (TINCUSI et al. 2002). Figura 6. Esqueletos diterpênicos encontrados nos óleos-resinas de copaíba. Fonte: Veiga Junior et al. 1997. Os diterpenos ácidos ou ácidos diterpênicos mais comumente encontrados nos óleos- resinas de copaíba são os ácidos copálico, poliáltico, hardwíckiico, caurenóico, 3-hidróxi- copálico, 3-acetóxi-copálico e ent-agático (Figura 7) (TINCUSI et al. 2002). Figura 7. Principais diterpenos encontrados em óleo-resina de copaíba. Fonte: Tincusi et al. 2002. Ácido copálico Ácido ent-agático Ácido caurenóico Ácido poliáltico Ácido hardwickiico Ácido 3-hidróxi-copálico Ácido 3-acetóxi copálico Caurano Clerodano Labdano 30 Gelmini et al. (2013) estudaram os compostos não voláteis presentes na fração resinosa do óleo-resina de C. langsdorffii Desf., onde após análise por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas evidenciaram a presença de 44,7% de ácidos diterpênicos, 31,7% de sesquiterpenos, 1,2% de fitohormônios, 3,8% de ácidos graxos e 5,6% de diterpenos. Dos ácidos diterpênicos identificados, destacaram-se os ácidos copálico, abiético, daniélico, lambertiano, labd-7-en-15-óico, pimárico, isopimárico e kaur-16-en-18-óico. 2.1.4 Fracionamento do óleo-resina O processo de separação de produtos naturais corresponde, no geral, a três fases principais: extração a partir da matéria vegetal, fracionamento do extrato ou óleo e purificação do(s) princípio(s) ativo(s). Em escala de laboratório, a cromatografia em gel de sílica é a técnica mais utilizada para a separação de compostos, porém variações desta técnica têm sido apresentadas na literatura, como a adaptação realizada por Pinto e colaboradores (1997) da metodologia originalmente desenvolvida por McCarthy e Duthie (1962), utilizando cromatografia com sílica impregnada em hidróxido de potássio (KOH) (BARRETO Jr et al. 2005). Quando as moléculas que se deseja isolar são substâncias ácidas ou básicas, a utilização de resinas de troca iônica pode ser uma excelente alternativa. Vários inconvenientes das extrações líquido-líquido e ácido-base podem ser minimizados usando a cromatografia de troca iônica, como por exemplo, a formação de emulsões de difícil separação, que comprometem a eficiência do processo de partição e limitação no uso do solvente de extração, já que os dois líquidos devem ser imiscíveis (BARRETO Jr et al. 2005). Pinto et al. (2000) analisaram uma fração contendo diterpenos ácidos isolados a partir do óleo-resina bruto de C. cearensis por cromatografia flash em gel de sílica impregnada com hidróxido de potássio (KOH), onde os componentes desta fração foram identificados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas e posterior fracionamento por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) semipreparativa de fase reversa para identificar os constituintes ácidos. Ressaltaram ainda que após análise da sílica impregnada com KOH pela técnica de infravermelho, os resultados demostraram que o efeito geral da lavagem da sílica com KOH foi diminuir a área de superfície com deposição de KOH na superfície da sílica, além da formação de Si-OK devido a um processo de troca de cátions. 31 2.2 Biossíntese dos terpenos Os terpenos abrangem uma ampla variedade de substâncias de origem vegetal, que apresentam grande importância ecológica como defensores de plantas, pois podem ser fabricados em resposta a herbívoros ou a fatores de estresse (ZWENGER e BASU, 2008). De acordo com Dewick (2002), os terpenos são formados através de unidades de isopreno, que por sua vez, originam-se da condensação de isopentenil difosfato (IPP) e do dimetilalil difosfato (DMAPP). A síntese do IPP e do DMAPP pode ocorrer pela via mevalonato (Figura 8), na qual três moléculas de acetil-CoA são usadas para formar o ácido mevalônico e pela via do metileritritol fosfato (2-C-metil-D-eritritol-4-fosfato), que tem início com a tiamina difosfato e ácido pirúvico, conforme Figuras 9. Figura 8. Biossíntese de terpenos para a formação daunidade do isopreno (IPP) pela via do mevalonato. Fonte: Dewick (2002). 32 Figura 9. Biossíntese de terpenos pela via do metileritritol fosfato. Fonte: Dewick (2002). As unidades isoprênicas DMAPP (dimetilalil difosfato) e IPP (isopentenil difosfato) são consideradas básicas para a formação dos terpenos, a reação “cabeça-calda” dessas unidades 33 produz o geranil difosfato (GPP), precursor dos monoterpenos (C10). Novas ligações entre a molécula de IPP e o precursor GPP resultam na formação do farnesil difosfato (FPP), precursor dos sesquiterpenos (C15) e diterpenos (C20). O FPP, por sua vez, dá origem ao esqualeno que é o precursor dos triterpenos (C30) e esteroides (C27), através da ligação “cabeça-cabeça” conforme Figura 10 (DEWICK, 2002). Figura 10. Formação das diferentes classes de terpenos a partir do IPP e DMAPP. Fonte: Dewick (2002). 34 O principal modo de ciclização do GGPP (geranilgeranil difosfato) inicia-se com a protonação da ligação dupla isopropilideno terminal, conduzindo à formação de compostos bicíclicos. Este tipo de ciclização conduz a duas séries enantioméricas, dependendo da configuração dos carbonos 5, 9 e 10, onde após a fusão dos anéis A e B ocorre a formação do esqueleto labdano e quando essa fusão ocorre de uma forma inversa é formado o esqueleto ent-labdano conforme Figura 11 (BRUNETON, 1993). Figura 11. Ciclização do GGPP e formação do esqueleto do labdano e ent-labdano. Fonte: Bruneton (1993). Para a formação de diterpenos do tipo caurano é proposto o mecanismo de reação conforme a Figura 12, onde inicialmente ocorre a perda de uma molécula de pirofosfato pelo ent-CPP, seguido de ciclização, dando origem ao carbocátion pimarenila (A). Este por sua vez, passa pela ciclização cátion-alceno, levando à formação de um carbocátion secundário, o cátion beieranila (B), o qual é o precursor dos beieranos e também é um ponto de ramificação fundamental nas etapas que levam aos cauranos. Um deslocamento alquila (C12 migrando de C16 a C13) em (B) leva ao cátion cauranila (C), que é o precursor dos cauranos (HONG e TANTILLO, 2014). 35 Figura 12. Mecanismo de formação do esqueleto ent-caurano, por meio de reações de formação de carbocátions. Fonte: Hong e Tantillo (2014). 2.2.1. Produtos naturais com atividade antibacteriana Os fitoquímicos são componentes vegetais não nutritivos que conferem propriedades organolépticas e que podem ser utilizados como agentes antimicrobianos. A concentração, composição, estrutura e os grupos funcionais desses fitoquímicos desempenham um papel importante na determinação da atividade antimicrobiana. (HOLLEY e PATEL, 2005). Os compostos fenólicos são geralmente os mais eficazes e com base em suas estruturas químicas podem ser divididos em diferentes categorias, incluindo compostos fenólicos simples, flavonóides, quinonas, taninos e cumarinas. Os fitoquímicos mais importantes usados como conservantes de alimentos são os óleos essenciais, que têm sido utilizados pelos seres humanos nos continentes desde os tempos antigos (NEGI, 2012). 36 Os alcalóides, que são considerados uma importante classe de produtos naturais possuem propriedades antimicrobianas potentes, como exemplo desta classe, a morfina isolada de Papaver somniferum, que provavelmente foi o primeiro alcalóide relatado com importância medicinal, assim como outros alcalóides provenientes de fontes naturais podem, portanto, ser um bom substituto para os medicamentos já existentes (OMULOKOLI et al. 1997). As propriedades antifúngicas e antimicrobianas dos ácidos graxos são conhecidas há séculos. Em comparação com ácidos graxos saturados, os ácidos graxos insaturados com ligações duplas e/ou triplas são, em geral, mais potentes contra patógenos fúngicos (GERSHON e SHANKS, 1978). Embora o modo de ação desses compostos ainda não tenha sido totalmente elucidado, Kenny et al. 2009 analisaram o modo de ação dos ácidos graxos insaturados de cadeia longa em S. aureus, onde afirmaram que a atividade dessa classe está relacionada ao rompimento da membrana celular, levando à interferência na produção de energia dentro da célula bacteriana. Outra classe importante de produtos naturais são as cumarinas, que são amplamente distribuídas em membros da família Rutaceae. A 7-amino-4-metilcumarina isolado da espécie Ginkgo biloba possui atividades antibacterianas de largo espectro contra Staphylococcus aureus, Escherichia coli (CIM ambos de 10 g/mL), Salmonella Typhimurium (CIM 15 g/mL), Salmonella enteritidis (CIM 8,5 g/mL) (LIU et al. 2008). Os flavonóides são uma das maiores classes de metabólitos secundários e estão distribuídos em várias espécies de plantas, sendo considerados agentes antimicrobianos potentes. A apigenina, um fitoquímico comum, foi identificado a partir de Scutellaria barbata (Lamiaceae) e exibiu uma atividade potente com um valor de CIM entre 3,9 - 15,6 g/ml) contra 20 cepas de Staphylococcus aureus resistente à meticilina (SATO et al. 2000). A atividade antimicrobiana de compostos fenólicos de plantas tem sido intensamente estudada e, além de controlar a invasão e o crescimento de fitopatógenos, sua atividade contra patógenos humanos tem sido investigada para caracterizar e desenvolver novos produtos farmacêuticos (PUUPPONEN-PIMIA et al. 2005). Os terpenóides contêm elementos adicionais, como o oxigênio, e conferem atividade contra bactérias, fungos, protozoários e vírus (COWAN, 1999). Como exemplo desta classe, temos os óleos essenciais que possuem efeitos antiinflamatórios, bactericidas, antivirais e anticancerígenos (ABURJAI e NATSHEH, 2003). Delaquis et al. 2002 determinaram que o 37 óleo essencial de coentro era particularmente eficaz contra Listeria monocytogenes, potencialmente por causa dos alcoóis de cadeia longa e aldeídos, uma vez que as propriedades antimicrobianas dos alcoóis aumentam com o peso molecular. Seow et al. 2014 relataram que, devido a presença de grupos altamente diversificados de fitoquímicos em óleos essenciais, sua atividade antimicrobiana têm sido sugerida para envolver múltiplos alvos. As características únicas de hidrofobicidade dos óleos essenciais permitem interagir com os lipídios nas membranas das células bacterianas, aumentando a permeabilidade da membrana e modificando a estrutura celular original (KNOBLOCH et al. 1986; SIKKEMA et al. 1994). O diterpeno labdano, óxido de 6- maloniloximanoíla, isolado das partes aéreas de Stemodia foliosa, inibiu o crescimento de S. aureus, Bacillus cereus, B. subtilis e Mycobacterium smegmatis com MICs de 7.0 - 15,0 g/mL. Já o ácido hardwickiico, obtido através da casca do caule de Irvingia gabonensis, exibiu atividade potente contra cinco bactérias gram-negativas e quatro gram-positivas, com valores de MIC de 1,22 - 4,8 g/mL (KUETE et al. 2007; DA SILVA et al. 2008). 2.2.2. Atividade biológica do óleo-resina de Copaifera O óleo-resina de copaíba obtido do gênero Copaifera L., é largamente utilizado na medicina popular como antiinflamatório, antimicrobiano e antitumoral, porém, informações sobre seu potencial tóxico são escassos na literatura. Para analisar a toxicidade oral aguda e os possíveis efeitos neurotóxicos relacionados à ingestão do óleo-resina de C. reticulata em ratos saudáveis, foi administrado por gavagem doses de 300 e 2000 mg/kg de peso corporal de óleo-resina. Os resultados obtidos mostraram que nestas doses não houve sinais clínicos de toxicidade ou neurotoxicidade, alteração no consumo de ração ou alteração no peso corpóreo, indicando assim que existe uma relativa margem de segurançapara o uso do óleo-resina de copaíba como agente terapêutico (SACHETTI et al. 2009). A atividade antibacteriana do óleo-resina da espécie Copaifera parece estar relacionada à combinação de sesquiterpenos e diterpenos ácidos, que afetam a integridade da parede celular bacteriana (SANTOS et al. 2008a; SANTOS et al. 2013). Esta ação foi demonstrada em muitos patógenos, incluindo gram-negativos e, principalmente, bactérias gram-positivas, como Staphylococcus spp. (ALENCAR et al. 2015). Ziech et al. (2013) investigaram o potencial antimicrobiano da fração volátil do óleo- resina de C. reticulata Ducke em isolados de Staphylococcus coagulase positiva provenientes 38 de casos de otite externa em cães. O método de microdiluição em caldo foi utilizado para determinação da concentração inibitória mínima (CIM) e concentração bactericida mínima (CBM) e a determinação da composição química do óleo-resina de copaíba foi realizada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas, sendo o β-cariofileno, β- bisaboleno e (E)--bergamoteno identificados como os compostos majoritários. O óleo-resina de copaíba demonstrou CIM90 de 0,1 mg/mL e CBM90 de 1,3 mg/mL, com isso a atividade antimicrobiana foi evidenciada nos resultados de CIM e CBM, com eficácia demonstrada em concentrações inferiores a 2,6 mg/mL. Morelli et al. (2015) estudou as propriedades antibacterianas do óleo-resina de Copaifera multijuga que foi incorporado em embalagem ativa impregnado em dois materiais biodegradáveis: papel e filme de poliácido lático (PLA) e testado contra bactérias gram- positivas (Bacillus subtilis). A incorporação do óleo-resina foi realizada na superfície, por um processo de revestimento, a granel, através de impregnação (amostras de papel) ou por filme de PLA. Os testes antibacterianos confirmaram a atividade contra B. subtilis em papel e em filmes de PLA com um teor de óleo-resina de copaíba de aproximadamente 20% em peso, podendo esses materiais ser utilizados como embalagens biodegradáveis com efeito bactericida com a finalidade de melhorar a vida de prateleira de produtos alimentares. Alguns agentes antimicrobianos naturais podem ser incorporados diretamente nos alimentos, porém esses agentes tendem a alterar o sabor dos mesmos, o que pode ser um problema para indústria alimentícia. As embalagens protegem os alimentos, mesmo durante o transporte, e tendem a aumentar a vida de prateleira (CAMPOS et al. 2011; SÁNCHEZ- GONZÁLEZ et al. 2011). Segundo Mendonça e Onofre (2009), o óleo-resina de C.multijuga inibiu o crescimento de Escherichia coli (ATCC 25922), S. aureus (ATCC 25923) e Pseudomonas aeruginosa (ATCC 9027) com concentração inibitória mínima (CIM) de 1,5, 3,1 e 12,5%, respectivamente. Além da C. multijuga, o óleo-resina de C. officinalis também demonstrou atividade bacteriana contra S. aureus com CIM de 0,7 L/mL para o óleo-resina a 10% (PIERI et al. 2012). Pieri et al. (2010) avaliaram o efeito antimicrobiano de diferentes concentrações de óleo- resina de copaíba contra o crescimento de Listeria monocytogenes originária de produtos cárneos e analisaram as diferenças na inibição do micro-organismo com soluções do óleo- resina autoclavadas e não autoclavadas. Os resultados mostraram sensibilidade de cinco cepas 39 de L. monocytogenes em relação à solução 10% de óleo-resina de copaíba autoclavada, quatro cepas sensíveis a solução de 5% autoclavada e apenas uma cepa foi sensível à solução de 2,5% autoclavada. A solução 10% não autoclavada apresentou inibição do crescimento de apenas duas cepas. Esses resultados apontam que a solução autoclavada de 10% do óleo- resina de copaíba demostrou maior inibição em relação a todas as outras soluções e concentrações testadas. Esses resultados sugerem que o óleo-resina de copaíba autoclavado pode ser uma potencial fonte de novos agentes para o controle de infecção ou para a conservação dos alimentos, inibindo o crescimento de bactérias de origem alimentar como L. monocytogenes. Abrão et al. (2015) avaliaram a ação antibacteriana do sesquiterpeno óxido de cariofileno e dos diterpenos ácido copálico, ácido caurenóico, ácido acetóxicopálico, ácido agático e do ácido hidróxicopálico isolados do óleo-resina de C. langsdorffii contra as bactérias multirresistentes Staphylococcus aureus, S. epidermidis, S. haemolyticus, S. capitis, Enterococcus faecalis e Streptococcus pneumoniae. O ácido copálico foi o antibacteriano mais ativo com valores de CIM variando de 15,6 a 31,2 μg/mL. Os ácidos copálico, acetóxicopálico, agático e hidróxicopálico foram metilados com diazometano para avaliação da atividade antibacteriana desses diterpenos metilados, porém as modificações na estrutura molecular alteraram marcadamente a atividade antibacteriana, onde não exibiram nenhuma ação, sendo esse fato explicado pelos autores devido às características estruturais dos diterpenos ácidos, como por exemplo, a existência de um grupo doador de hidrogênio (COOH grupo hidrofílico), que interage com grupos fosforilados na membrana da célula bacteriana promovendo atividade antibacteriana. Entretanto, quando os diterpenos estão na forma de um éster metílico a presença do grupo (OCOCH3) diminuiu a atividade antibacteriana do composto. Tincussi et al. (2002) avaliaram a atividade antibacteriana dos diterpenos ácidos isolados do óleo-resina da C. paupera, uma planta medicinal peruana. A atividade antibacteriana foi testada contra bactérias gram-positivas (S. aureus ATCC 6538, S. epidermidis CECT 232, S. saprophyticus CECT 235, B. subtilis CECT 39) e gram-negativas (Escherichia coli CECT 99, Pseudomonas aeruginosa AK 958). Os ácidos copálico e caurenóico mostraram atividade antimicrobiana significativa (CIM <10 μg/mL) contra bactérias gram-positivas, comparável à cefotaxima, antibiótico usado como controle. 40 Lima (2015) utilizou o óleo-resina de copaíba comercial (onde não foi identificada a espécie) com diferentes proporções como suplemento alimentar para bovinos com o objetivo de avaliar os efeitos sobre o consumo de ração, digestibilidade e parâmetros ruminais em bovinos mantidos em pastos. O óleo-resina de copaíba foi adicionado ao suplemento na forma de spray, sendo a pulverização realizada diariamente no momento do fornecimento do suplemento. A adição do óleo-resina alterou o consumo de ração, com o fornecimento de 0,66 g/kg de matéria seca, porém não alterou os parâmetros de fermentação ruminal e a digestibillidade de nutrientes dos animais mantidos em pasto nas condições estudadas. Embora já tenha sido descrito na literatura várias atividades biológicas para o gênero Copaifera, apenas alguns estudos discriminam quais espécies de Copaifera foram utilizadas, pois na maioria dos casos utilizam óleos-resinas comerciais (LEANDRO et al. 2012). A Tabela 3 apresenta um resumo de algumas atividades biológicas já testadas para óleos-resinas das espécies de Copaifera. Tabela 3. Atividades biológicas descritas para os óleos-resinas obtidos a partir de algumas espécies de Copaifera. Fonte: LEANDRO et al. 2012. Espécie Atividade biológica Referência C. cearensis Huber ex Ducke Antimicrobiano Anti-inflamatório Leishmanicida Santos et al., 2008a. Veiga et al., 2007. Santos et al., 2008b. C. langsdorffii Desf. Antimicrobiano Leishmanicida Cicatrização de feridas Antioxidante Anti-inflamatório Inseticida Pieri et al., 2010. Santos et al., 2008b. Paiva et al., 2002. Maciel et al., 2007. Paiva et al., 2004. Mendonça et al., 2005. C. martii Hayne Antimicrobiano Leishmanicida Santos et al., 2008a. Santos et al., 2011. C. multijuga Hayne Anti-inflamatório Antimicrobiano Antinociceptivo Leishmanicida Gomes et al., 2010. Mendonça et al., 2009. Gomes et al., 2010. Santos et al., 2008b. C. officinalis (Jacq.) L. Antimicrobiano AntisquêmicoAnti-inflamatório Leishmanicida Antitumoral Pieri et al., 2011. Araújo et al., 2005. Baylac et al., 2003. Santos et al., 2008b. Brito et al., 2010. C. reticulata Ducke Anti-inflamatório Antimicrobiano Inseticida Antinociceptivo Leishmanicida Cicatrização de feridas Ansiolítico Veiga et al., 2007. Correia et al., 2008. Silva et al., 2007. Gomes et al., 2007. Santos et al., 2011. Brito et al., 1998. Curio et al., 2009. 41 2.3. Bactérias patogênicas de origem alimentar A doença de origem alimentar, resultante do consumo de produtos contaminados, é um fenômeno comum e tem graves efeitos na saúde humana, juntamente com graves impactos econômicos e sociais (ALEGBELEYE et al. 2018). As doenças transmitidas por alimentos são comuns em muitas regiões do mundo, pelo menos 1 em cada 10 pessoas adoecem anualmente devido ao consumo de alimentos contaminados, segundo a Organização Mundial da Saúde (WHO, 2015). Existem vários agentes, como produtos químicos, patógenos e parasitas, que podem alterar alimentos em diferentes pontos do processo de produção e preparação (ALLOS et al. 2004). As doenças de veiculação alimentar representam um problema de ordem global. No Brasil, o patógeno mais prevalente em surtos de intoxicação alimentar é a Salmonella sp. (14,4%), seguido pelo Staphylococcus aureus (7,7%) e Escherichia coli (6,5%) (ANVISA, 2016). O S.aureus pertence à classe das bactérias gram-positivas, é um importante patógeno bacteriano humano que causa uma grande variedade de manifestações clínicas, sendo seu tratamento difícil de ser administrado devido ao surgimento de cepas resistentes a múltiplas drogas. Essa bactéria normalmente não causa infecção na pele de indivíduos saudáveis, no entanto, se for permitido acesso a corrente sanguínea ou tecidos internos pode causar uma variedade de infecções potencialmente graves (TAYLOR, 2017). Segundo Alves (2012) as principais fontes de contaminação por S. aureus são produtos lácteos, carnes (principalmente de aves), ovos, atum, ou seja, na maioria dos casos produtos que requerem muita manipulação no preparo, pois o S. aureus é um micro-organismo presente na pele. Lysteria monocytogenes que também pertence ao grupo das bactérias gram-positivas é um patógeno intracelular responsável por causar vários surtos de doenças transmitidas por alimentos, podendo ser encontrada com maior incidência em carnes, aves e frutos do mar (FARBER, 1991). A E. coli O157 que pertence ao grupo das bactérias gram-negativas é encontrada regularmente nas fezes de bovinos saudáveis e é transmitida aos seres humanos por meio de alimentos contaminados, água e contato direto com pessoas ou animais infectados. A infecção humana por E. coli O157 está associada a ampla gama de doenças clínicas, incluindo diarréia não-sanguinolenta e colite hemorrágica (MEAD, 1998). 42 Já a Salmonella enterica serovar Typhimurium que também é um patógeno de origem alimentar, podendo ser encontrada em carnes (bovina e suína), aves, ovos e leite, apresenta capacidade de se adaptar e alterar o ambiente gastrointestinal, podendo utilizar múltiplos mecanismos de defesa para resistir a estressores ambientais, como por exemplo, o pH ácido do estômago (GART et al. 2016, FABREGA). 2.3.1. Bactérias gram-positivas e gram-negativas A parede celular de uma célula bacteriana é uma estrutura semirrígida, complexa e responsável pela forma da célula, além de recobrir a membrana citoplasmática protegendo o interior da célula das alterações adversas do ambiente externo (Figura 13). Nas bactérias gram-positivas a parede celular consite em muitas camadas de peptideoglicana, formando uma estrutura espessa e rígida. Já nas bactérias gram-negativas, a parede celular consiste em uma ou poucas camadas de peptideoglicana, além de uma membrana externa formada por lipopolissacarídeos, lipoproteínas e fosfolipídeos, onde conferem uma barreira para certos antibióticos, como por exemplo, a penicilina (TORTORA, 2012). Segundo Abrão et al. (2015), os antimicrobianos têm mais dificuldade em penetrar na parede celular das bactérias gram-negativas devido a composição química da membrana externa que é formada pelos lipopolissacarídeos que determinam as propriedades superficiais como permeabilidade e suscetibilidade a antibióticos. Figura 13. Representação da parede celular das bactérias gram-negativas e gram-positivas. Disponível em: http://blogcientistabiologia.blogspot.com/2017/04/reino-monera.html. Acesso em: 15 out. 2018. Gram-negativa Gram-positiva Membrana externa peptidoglicano Membrana citoplasmática Espaço periplasmático Lipoproteínas 43 2.3.2. Resistência antimicrobiana Entende-se por resistência antimicrobiana, a capacidade que um organismo tem de sobreviver e de se reproduzir na presença de um determinado antibiótico (BECEIRO et al. 2013). A resistência antimicrobiana pode ser classificada em intrínseca ou adquirida. A resistência intrínseca é uma característica presente no genoma de praticamente todas as bactérias de uma mesma espécie, não é adquirida por transferência horizontal de genes, sendo independente da existência de uma pressão seletiva por parte de um antibiótico. Já a resistência adquirida é uma particularidade adquirida por bactérias previamente suscetíveis através de mutações espontâneas que ocorrem em genes localizados no cromossoma e que são posteriormente transmitidas verticalmente através da replicação ou da aquisição de elementos genéticos móveis que possuam genes de resistência (COX e WRIGHT, 2013). As transferências de plasmídeos são capazes de carrear mais de um gene de resistência associados, facilitando a transmissão gênica horizontal de diferentes mecanismos de resistência entre as bactérias, agravando ainda mais o problema da resistência múltipla a antibióticos (DAVIES e DAVIES, 2010; CAUMO, et al. 2010). Resistência a múltiplas drogas é uma causa preocupante no tratamento em infecções bacterianas, pois vários antibióticos amplamente utilizados na medicina favorecem a seleção de bactérias resistentes a múltiplos agentes antibacterianos (BLOT et al. 2007; NIKAIDO, 2009). A expressão de genes mutados, codificando a resistência a um único fármaco (por exemplo, mutação em um alvo) ou um mecanismo de resistência específico (por exemplo, barreira enzimática), em associação com a modulação da bomba de efluxo de múltiplos fármacos ou expressão de porina envolvida no transporte, são os processos mais comuns descritos em bactérias multirresistentes (NIKAIDO, 2009; DAVIN-RÉGLI et al. 2008). 2.4. Técnicas para avaliação da sensibilidade aos antimicrobianos 2.4.1. Antibiograma O teste de antibiograma, também conhecido como teste de difusão em disco é realizado dispensando os discos de papel-filtro contendo os antimicrobianos teste sobre a placa de ágar (Figura 14) após a aplicação do inóculo bacteriano com aproximadamente 1 a 2 x 10 UFC/mL. Uma placa de 150 mm pode conter até 12 discos de antimicrobianos. As placas são 44 incubadas por 16 a 24 horas a 35 ± 2 ºC antes da determinção dos resultados (ANVISA, 2008). Figura 14. Placa de ágar contendo discos de papel-filtro para o teste de antibiograma. Fonte: ANVISA, 2008. Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/servicosaude/controle/rede_rm/cursos/atm_ racional/modulo2/metodos2.1.htm. Acesso em: 20 jun. 2018. Os resultados são avaliados através dos diâmetros dos halos de inibição, relacionados à sensibilidade da amostra bacteriana e à velocidade de difusão do antimicrobiano no ágar, sendo esses halos de inibição de cada disco mensurados em milímetros. Estes resultados do teste de disco-difusão são interpretados comparando o valor do halo de inibição com os critérios publicados pelo Instituto de Padrões Clínicos e Laboratoriais, com isso, as amostras bacterianas são categorizadas