Caracterização da secreção cutânea do anfíbio Trachycephalus nigromaculatus e investigação da atividade antimicrobiana

ABSTRACT

Trachycephalus nigromaculatus is a helmeted treefrog belonging to the Hylidae family, distinguished by its cranial apparatus adapted for phragmosis, a unique defense strategy. Its skin is notable for the abundance of poison glands, playing a crucial role in resistance against predators and pathogens in its natural habitat. However, the chemical composition of the venom and the effects of exposure to cutaneous secretion in humans and animals remain poorly understood. This study aimed to characterize the cutaneous secretion, assess its toxic effects, and explore the antimicrobial activity of Trachycephalus nigromaculatus secretion. We employed chromatographic analyses, SDS-PAGE gel electrophoresis, and mass spectrometry to identify the fractions of cutaneous secretion. The cell-inflammatory-epithelial interaction was examined through intravital microscopy, while the impact on cell viability was evaluated using the MTT assay. Antimicrobial activity was tested in vitro against S. aureus, S. coli, and C. albicans. Results revealed a complex mixture in T. nigromaculatus cutaneous secretion, with proteins ranging from 8.5 to 77 kDa. Noteworthy components include hyaluronidase, peroxiredoxin-6, and the toxin anntoxin. MALDI- TOF analysis indicated an abundant presence of peptides. Low concentrations (1μg/mL) of the secretion exhibited significant cytotoxic activity (76%) against VERO cells. In intravital microscopy, the secretion (3 μg and 30 μg) displayed relevant toxic activity, causing loss of elasticity, edema, infiltration, and hemorrhagic points, preventing the experiment's continuation after 2 hours of injection. Within 24 hours, signs of necrosis and infiltration were evident, accompanied by an increase in adhered and migrated cells. These effects were observed within just 5 minutes of topical application. Inhibition of microbial growth was observed in crude secretion against S. coli, S. aureus, and C. albicans. At least half of the fractions tested by HPLC exhibited relevant activity. Antimicrobial activity was particularly effective against gram-positive bacteria (S. aureus) and gram-negative bacteria (S. coli), demonstrating notable antifungal action against C. albicans. These results are significant as they represent the first description of the antimicrobial activity of T. nigromaculatus cutaneous secretion, highlighting substantial inhibition against fungi. Furthermore, this study provides the first detailed description of the biochemical content of cutaneous secretion, revealing a unique composition of compounds inducing notable toxic effects both in vivo and in vitro. These findings, coupled with the distinctive cranial apparatus of this species, reinforce its efficacy as an efficient defense mechanism.

RESUMO

Trachycephalus nigromaculatus é uma perereca-de-capacete da família Hylidae, destacada pelo seu aparelho craniano adaptado para a fragmose, uma estratégia de defesa peculiar. Sua pele é notória pela abundância de glândulas de veneno, desempenhando um papel crucial na resistência contra predadores e patógenos em seu habitat natural. No entanto, a composição química do veneno e os efeitos da exposição à secreção cutânea em humanos e animais permanecem pouco compreendidos. Este estudo objetivou caracterizar a secreção cutânea, avaliar seus efeitos tóxicos e explorar a atividade antimicrobiana da secreção de Trachycephalus nigromaculatus. Empregamos análises cromatográficas, eletroforese em gel SDS- PAGE e espectrometria de massa para identificar as frações da secreção cutânea. A interação célula-inflamatória-epitelial foi examinada por microscopia intravital, enquanto o impacto na viabilidade celular foi avaliado pelo ensaio MTT. A atividade antimicrobiana foi testada in vitro contra S. aureus, S. coli e C. albicans. Os resultados revelaram uma mistura complexa na secreção cutânea de T. nigromaculatus, com proteínas variando de 8,5 a 77 kDa. Destacam-se hialuronidase, peroxirredoxina-6 e a toxina anntoxina. A análise MALDI-TOF indicou uma presença abundante de peptídeos. Concentrações baixas (1μg/mL) da secreção apresentaram notável atividade citotóxica (76%) contra células VERO. Na microscopia intravital, a secreção (3 μg e 30 μg) exibiu atividade tóxica relevante, causando perda de elasticidade, edema, infiltração e pontos hemorrágicos, impedindo a continuidade após 2h de injeção. Em 24 horas, sinais de necrose e infiltração foram evidentes, juntamente com um aumento na contagem de células aderidas e migradas. Esses efeitos foram observados após apenas 5 minutos de aplicação tópica. Observou-se inibição do crescimento microbiano na secreção bruta para S. coli, S. aureus e C. albicans. Pelo menos metade das frações testadas por HPLC exibiram atividade relevante. A atividade antimicrobiana foi especialmente eficaz contra bactérias gram-positivas (S. aureus) e gram-negativas (S. coli), além de apresentar notável ação antifúngica contra C. albicans. Esses resultados são significativos, pois representam a primeira descrição da atividade antimicrobiana da secreção cutânea de T. nigromaculatus, destacando uma inibição importante contra fungos. Além disso, este estudo oferece a primeira descrição detalhada do conteúdo bioquímico da secreção cutânea, revelando uma composição singular de compostos que induzem efeitos tóxicos notáveis tanto in vivo quanto in vitro. Essas descobertas, aliadas ao distintivo aparelho ósseo na cabeça desta espécie, reforçam sua eficácia como uma eficiente arma de defesa.