Caracterização de exopolissacarídeo de Enterococcus faecium e sua aplicação no desenvolvimento de nanoemulsões com efeitos biológicos

Abstract

Exopolissacarídeos (EPS) são biopolímeros extracelulares secretados por vários microrganismos, incluindo bactérias do gênero Enterococcus. De acordo com sua arquitetura química e estrutural, podem apresentar propriedades tecnológicas (estabilizantes e emulsificantes) e potencial biológico (antioxidantes, antimicrobianas e antibiofilme). Assim, este estudo teve como objetivo caracterizar exopolissacarídeos de Enterococcus faecium e avaliar o potencial nanotecnológico na produção de nanoemulsões com efeitos biológicos em linhagens celulares. Para isso, foi realizado uma revisão sistemática com metanálise acerca do potencial imunomodulador de exopolissacarídeos microbianos durante processos inflamatórios intestinais in vivo. Em seguida, a produção de EPS de E. faecium KT990028 foi otimizada e o biopolímero caracterizado estruturalmente e avaliado quanto ao potencial antioxidante, antibiofilme, antimicrobiano e citotóxico. Além disso, o EPS foi utilizado como estabilizante de nanoemulsão (NE), a qual foi analisada quanto ao desempenho no encapsulamento de β caroteno (βC-NE), atividade citotóxica e de captação em células de adenocarcinoma colorretal (Caco-2), macrófagos e células de tumor ascítico (Carcinoma de Ehrlich e Sarcoma-180), além de efeitos imunomoduladores em células mononucleares do sangue periférico (PBMC). A revisão sistemática com metanálise de estudos pré-clínicos em modelo animal, mostrou que os EPS reduziram significativamente tanto os pró-inflamatórios: Fator de necrose tumoral alfa (p= 0,004); Interferon-gama (IFN-ᵞ) (p= 0,02); Interleucina-6 (IL-6) (p=0,001), como recuperaram o comprimento do cólon (p= 0,0002) e diminuíram o índice de atividade da doença (DAI) (p= 0,00001), enquanto não apresentaram efeitos frente aos anti-inflamatórios IL-10 (p=0,08) e IL 4 (p= 0,65). A partir do delineamento estatístico, foi possível obter 2.880 g/L de EPS em condições otimizadas de 16,3% (p/v) de sacarose, 0,70% (p/v) de extrato de levedura, 8,3% (p/v) de leite desnatado reconstituído, 15h de incubação a 38º C. A caracterização estrutural revelou ser um heteropolissacarídeo de peso molecular de 166,98 kDa composto de galactose (37,74%), ramnose (19,79%), arabinose (17,71%), glicose (9,50%), fucose (7,93%) e manose (7,33%), com forma de placas descomprimidas, com rugas, poros e tamanho médio entre 135,25±10,56 nm e 410,60±45,20 nm, conforme a concentração foi elevada. Na concentração máxima de 5 mg/mL, o EPS teve efeito antioxidante frente ao DPPH, ABTS, OH e O², reduzindo 64,50±0,71%, 47,50±0,10%, 68,36±0,59%, 44,83±0,86%, respectivamente, e foi capaz de inibir e romper biofilmes de patógenos, a partir de 50 mg/mL. A NE estabilizada com EPS apresentou formato esférico e superfície regular, tamanho médio de 298,70 ± 1,60 nm e um índice de polidispersão (PDI) de 0,25, enquanto βC-NE mostrou 515,20 ± 6,45 nm, PDI de 0,22 e eficiência de encapsulamento de 98,86 ± 0,83%. Na digestão simulada, o tamanho e o PDI de NE e βC-NE aumentaram, o que resultou na liberação de 40,37% de β-caroteno após 48 h. O ensaio de citotoxicidade revelou que as formulações não foram tóxicas para macrófagos, PBMC e Caco-2, e apresentaram efeitos antiproliferativos contra Sarcoma-180, com captação celular nos primeiros 15 min. A NE foi capaz de regular a expressão de citocinas pró inflamatórias (IFN-γ, TNF-α e IL-6) e anti-inflamatórias (IL-10) pelas vias Th1 e Th2, respectivamente, em PBMC. Assim, EPS de E. faecium KT990028 é um biopolímero funcional capaz de estabilizar NE com ou sem β-caroteno incorporado, as quais mostraram ser nanopartículas promissoras para aplicações em alimentos e futuros estudos terapêuticos in vivo.