Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria Gram negativa que produz uma variedade de pigmentos, incluindo piomelanina, um pigmento marrom-avermelhado que ajuda a fornecer proteção contra o estresse oxidativo1-4 e se liga a uma variedade de compostos, incluindo antibióticos aminoglicosídeos5-7. A produção de piomelanina é causada por um defeito na via do catabolismo da tirosina4,8, seja por deleções ou mutações do gene que codifica a homogentisato 1,2-dioxigenase (HmgA)1,9 ou por desequilíbrios nas várias enzimas da via10. O homogentisato se acumula devido à inativação de HmgA e é secretado e oxidado para formar piomelanina11. A produção de piomelanina pode ser abolida ou reduzida de maneira dose-dependente por meio do tratamento com o herbicida 2-[2-nitro-4-(trifluorometil)benzoil]-1,3-ciclohexanodiona (NTBC)12, que inibe a 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenase (Hpd) na via do catabolismo da tirosina13. Hpd é necessário para a formação de homogentisato e, portanto, piomelanina11.
Descrevemos em detalhes três técnicas que foram importantes em nossos estudos de tratamento NTBC de cepas produtoras de piomelanina de P. aeruginosa. Essas técnicas incluem titulação de NTBC para determinar as concentrações que abolirão ou reduzirão a produção de piomelanina em cepas produtoras de piomelanina laboratoriais e clínicas, determinação da concentração inibitória mínima (CIM) de antibióticos quando as bactérias são tratadas com NTBC e a sensibilidade resultante ao estresse oxidativo com tratamento NTBC.
O ensaio de titulação que desenvolvemos serve a dois propósitos. Primeiro, o ensaio permitirá ao usuário determinar se o NTBC pode abolir ou reduzir a produção de piomelanina na bactéria que está sendo estudada e em quais concentrações. Isso permitirá que o usuário determine a sensibilidade ao NTBC, uma vez que diferentes cepas de bactérias podem ter diferentes sensibilidades a esse composto, como observado em P. aeruginosa12. Em segundo lugar, o ensaio de titulação NTBC permitirá que o usuário determine a concentração apropriada de NTBC para usar em ensaios subsequentes, como CIM antibiótica e ensaios de resposta ao estresse oxidativo, se o objetivo for abolir ou reduzir a produção de piomelanina e determinar os efeitos da redução do pigmento.
O ensaio de titulação funciona porque uma diferença visível na produção de piomelanina pode ser observada em cepas tratadas com NTBC e as diferenças na produção de piomelanina dependem da dose12. Além disso, essa técnica pode ser aplicada ao estudo de outros compostos que podem eliminar ou aumentar a produção de pigmentos em bactérias.
As CIMs de antibióticos são usadas para determinar a sensibilidade das bactérias aos antibióticos. Existem vários métodos para determinar as CIMs, incluindo placas de diluição em ágar e diluições em caldo14. As diluições do caldo podem ser realizadas em pequenos tubos de ensaio ou em uma placa de microtitulação de 96 poços. O método de determinação da CIM em placa de microtitulação aqui descrito permitirá ao usuário testar uma ampla gama de antibióticos usando um mínimo de recursos. O ensaio fornece reprodutibilidade, bem como flexibilidade no número de antibióticos e cepas testadas por este método. Além disso, com a incorporação de NTBC no ensaio, o usuário pode determinar se a eliminação ou redução da produção de piomelanina altera a sensibilidade aos antibióticos em bactérias que produzem piomelanina.
A resposta bacteriana ao estresse oxidativo pode ser testada de várias maneiras. Os métodos mais comuns descritos são contagens viáveis de bactérias submetidas ao estresse oxidativo por um período de tempo1 ou ensaios de difusão em disco de estresse oxidativo15. Esses métodos tendem a usar altas concentrações de estressores oxidativos para examinar os efeitos do estresse oxidativo em bactérias e os resultados podem ser bastante variáveis entre as réplicas biológicas. O ensaio de contagem viável também tende a usar mais placas de ágar do que os outros métodos. O ensaio de placa pontual que descrevemos usa baixas concentrações de H2O2 e permite que o usuário teste a resposta ao estresse oxidativo de várias cepas usando um mínimo de placas. O ensaio também é consistentemente reprodutível entre réplicas técnicas e biológicas. Como a piomelanina está envolvida na resistência ao estresse oxidativo, a incorporação de NTBC no ensaio permite ao usuário determinar os efeitos da eliminação da produção de piomelanina na resistência ao estresse oxidativo.