Efeito de extratos orgânicos de variedades de cebola sobre o quorum sensing bacteriano / Effect of organic extracts of onion varieties on bacterial quorum sensing

Muitos genes bacterianos são regulados pelo mecanismo de comunicação denominado quorum sensing (QS). Neste sistema, moléculas sinalizadoras ativam um comportamento de grupo, conforme a densidade celular, permitindo o controle da expressão gênica. Estudos sugerem o potencial de compostos extraídos de plantas sobre o QS, a exemplo da quercetina, um flavonol presente em concentrações elevadas em algumas frutas e hortaliças. Este composto é o flavonoide majoritário presente em cebola (Allium cepa), mas não existem estudos que mostrem a atividade anti-QS de extratos orgânicos deste vegetal. Este trabalho avaliou o potencial antimicrobiano e anti-QS de extratos orgânicos de cebola branca e cebola roxa, assim como de alguns de seus componentes majoritários identificados, em fenótipos regulados pelo QS como a produção de violaceína em Chrormobacterium violaceum ATCC 12472, a motilidade tipo swarming e a formação de biofilmes em Pseudomonas aeruginosa PAO1 e Serratia marcescens MG1. Extratos de cebola branca e roxa foram obtidos por extração em fase sólida utilizando coluna de poliamida e seus compostos identificados e quantificados pelas técnicas de Cromatografia líquida- ionização por elétron spray-espectrometria de massas e cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a detector de arranjo de diodo. A atividade antimicrobiana foi avaliada pelas curvas de multiplicação de cada micro-organismo. O efeito dos compostos quercetina aglicona (inibidor do QS já relatado na literatura e encontrado no extrato de cebola roxa) e quercetina-3-ß-D-glicosideo (um dos compostos majoritários encontrados em ambos extratos) sobre os micro-organismos utilizados neste estudo foi também avaliado. Foram obtidos três extratos: cebola branca em metanol (CB-MeOH), cebola branca em metanol amônia (CBMeOH/ NH4) e cebola roxa em metanol (CR-MeOH). Os compostos quercetina 3,4'- diglicosídeio, quercetina-4-glicosídeo, quercetina-3-ß-D-glicosideo e quercetina aglicona foram os predominantes nos extratos das duas variedades de cebola. Cianidina-3-O-glicosideo também foi identificada no extrato de cebola roxa. A concentração inibitória mínima (MIC) dos extratos foi igual ou superior a 125 µg/ml (p/v) de extrato seco. Não foi observada inibição significativa da produção de violaceína em C. violaceum pelos extratos orgânicos de cebola e nem pela quercetina-3-ß-D-glicosideo, nas concentrações sub-inibitórias avaliadas. No entanto, a quercetina aglicona inibiu significativamente a produção de violaceína em todas as concentrações. A glicosilação da quercetina pode ter afetado sua atividade sobre a inibição da produção de violaceina, já que estudos mostram menor atividade biológica deste composto quando glicosilado. Para a motilidade tipo swarming em P. aeruginosa PAO1 houve inibição significativa pelo extrato de cebola roxa, em todas as concentrações estudadas. Os demais extratos não apresentaram inibição contra este micro-organismo. Para S. marcescens MG1, foi observada inibição da motilidade swarming somente na concentração de 125 µg/ml de CBMeOH/ NH4. As análises de comparação entre os dois tipos de quercetina revelaram que, embora para as duas bactérias testadas os dois compostos apresentaram atividade inibitória sobre a motilidade tipo swarming, a quercetina-3-ß-D-glicosideo foi menos eficiente que a quercetina aglicona na concentração de 125 µg/ml. A formação de biofilmes não foi influenciada pelos extratos e, inesperadamente, não se detectou inibição da formação de biofilmes por ambos tipos de quercetina avaliados. De forma geral, os extratos orgânicos de cebola mostraram pouco efeito sobre os fenótipos controlados pelo quorum sensing e a glicosilação da quercetina provavelmente explica a baixa atividade antimicrobiana e anti-QS dos extratos

Many bacterial genes are regulated by a communication mechanism called quorum sensing (QS). In this system, signaling molecules activate a group behavior according to cell density, allowing the control of gene expression. Studies suggest the inhibitory potential of compounds extracted from plants on the QS system, like quercetin, a flavonol present in high concentrations in some fruits and vegetables. This compound is the main flavonoid found in onion (Allium cepa); however, there are no studies showing the anti-QS activity of organic extracts of this plant. The objective of this work was to evaluate the antimicrobial and anti-QS potential of organic extracts of white and red onions, and their major components studied in QS-regulated phenotypes such as violacein production in Chromobacterium violaceum, swarming motility and biofilm formation in Pseudomonas aeruginosa PAO1 and Serratia marcescens MG1.White and red onion extracts were obtained by solid phase extraction using a polyamide column and its compounds were identified and quantified by Liquid Chromatography - Electron Spray-Mass Spectrometry and high performance liquid chromatography coupled to diode array detector. O The antimicrobial activity was evaluated by growth curves of each microorganism. The effect of non-glycosylated quercetin (a QS inhibitor already reported in the literature and found in red onion extract) and quercetin-3-ß-D-glycoside (one of the major compounds found in both extracts) on the microorganisms used in this study was also evaluated. Three extracts were obtained: white onion in methanol (CB-MeOH), white onion in methanol ammonia (CB-MeOH / NH4) and red onion in methanol (CR-MeOH). Our results showed that quercetin 3,4'- diglycoside, quercetin-4-glycoside, quercetin-3-ß-D-glycoside and non-glycosylated quercetin were predominant in the extracts of the two onion varieties. Cyanidin-3-O-glycoside has also been identified in the purple onion extract. The minimum inhibitory concentration (MIC) of extracts was equal or greater than 125 µg / ml (w / v) of dry extract. There was no significant inhibition of violacein production in C. violaceum by organic onion extracts or by quercetin-3-ß- D-glycoside at the sub-inhibitory concentrations evaluated. However, non-glycosylated quercetin showed a significant inhibition of violacein production in all tested concentrations. The glycosylation of Quercetin could have altered its inhibition activity towards violacein production, and in fact, some studies have shown less biological activity of some phenolic compounds when they have been glycosylated. For swarming motility in P. aeruginosa PAO1 there was significant inhibition by red onion extract, in all studied concentrations. The other extracts did not present inhibition against this microorganism. For S. marcescens MG1, inhibition of swarming motility was observed only at the concentration of 125 µg / ml of CB-MeOH / NH4. Comparative analyses between the two types of quercetin showed that, although for the two bacteria tested the two compounds showed inhibitory activity on swarming motility, quercetin-3-ß-D-glycoside was less efficient than non-glycosylated quercetin in the concentration of 125 µg / ml. Biofilm formation was not influenced by the extracts and unexpectedly, both types of quercetin evaluated did not show inhibition towards biofilm formation. In general, organic onion extracts showed little effect on quorum sensing controlled phenotypes and glycosylation of quercetin probably explains the low antimicrobial and anti-QS activity of the extracts

Quorum sensing en la asociación beneficiosa de las bacterias con las plantas / Quorum sensing in beneficial plant-bacteria associations

Se conoce que el quorum sensing es un atributo común de muchas especies bacterianas y que puede ser un carácter universal de las bacterias. Actualmente se están describiendo a un paso más rápido nuevas señales y nuevos sistemas de regulación por quorum sensing y se han desarrollado las investigaciones acerca de la comunicación célula-célula en bacterias basada en el mecanismo de quorum sensing. En los ambientes naturales existen muchas bacterias que viven juntas y utilizan varias clases de moléculas señales. Dentro de las señales especie específicas predominan las acilhomoserín lactonas (AHLs), pero ya se han descrito una amplia diversidad de moléculas involucradas en la señalización célula-célula. Numerosos bioensayos y sistemas sensores se han desarrollado para la detección, caracterización y cuantificación de las AHLs. Se han obtenido evidencias de la acción de estas moléculas señales en la colonización de la rizosfera, el swarming, las interacciones simbióticas y la capacidad de interrumpir el proceso de señalización de otras bacterias que convivan en el mismo ambiente. Todas estas potencialidades de las bacterias que involucran el mecanismo de quorum sensing, pudieran ser utilizadas para fortalecerla acción estimuladora del crecimiento vegetal y el control biológico de patógenos en los agroecosistemas sostenibles.

The quorum sensing is a common attribute in some bacterial species. Currently, several signals and new regulation systems are describing and the researchers are very interested in the cell-cell communication based on quorum sensing mechanism. In the natural environments several bacteria are living together, then several types of signal molecules are using. The acylhomoserines lactones (AHLs), are predominant, but a wide range of molecules are involved in cell-cell communication. To detect, characterization and quantification of signals numerous bioassays and sensors systems were developed. It were demonstrated the action of signals molecules in the rhizosphere colonization, swarming, symbiotic interactions and the capacity to break the signaling process of another microorganism in the same environment. These potentialities of bacteria would be used to improve the plant growth stimulation and biological control of pathogens in sustainable agricultural.