Bounded polyphenols from persimmon by-products: Modulatory, anti-virulence and cytoprotective effects against bacterial pathogens

Abstract

Los subproductos alimentarios son una valiosa fuente de compuestos bioactivos con propiedades terapéuticas. En particular, los polifenoles han acaparado la atención no sólo por su actividad antioxidante, sino también por su diversidad estructural, que les permite participar en diversos procesos biológicos. Son candidatos potenciales para atacar distintas enfermedades que afectan a la salud humana. Entre sus numerosas propiedades, la actividad antibacteriana de los polifenoles es una de las más documentadas. Esto es importante en una época en la que la resistencia antimicrobiana a los antibióticos actuales está aumentando de forma alarmante, lo que hace crucial la búsqueda de nuevos antibacterianos. Sin embargo, muchos estudios sobre la actividad antibacteriana de los polifenoles se centran en su capacidad para inhibir la proliferación bacteriana, pasando por alto a menudo otras propiedades antibacterianas que podrían respaldar sus aplicaciones potenciales. Además, la mayoría de los estudios sobre polifenoles se centran en evaluar los polifenoles disponibles, que son fácilmente extraíbles de su matriz, como los subproductos, y a menudo no tienen en cuenta los polifenoles ligados. Los polifenoles ligados, que proporcionan funciones estructurales dentro de los polisacáridos, pueden ofrecer un mayor potencial terapéutico, especialmente contra infecciones bacterianas y enfermedades relacionadas. Esta Tesis pretende explorar el potencial antibacteriano de los polifenoles ligados de los subproductos del caqui, investigando aplicaciones más allá de sus efectos inhibidores, lo que podría facilitar la reintegración de los subproductos del caqui en la cadena de valor para usos nutracéuticos y terapéuticos. La presente Tesis se divide en tres capítulos. El Capítulo 1 examina el efecto de los polisacáridos de los subproductos del caqui sobre cepas bacterianas relacionadas con la salud humana. Los polisacáridos se purificaron mediante tratamientos de extracción asistida por disolvente y se sometieron a digestión in vitro para determinar sus posibles efectos prebióticos. Los resultados indicaron que la fibra dietética (FD) del caqui, en particular la fracción digerida tratada con acetona promovía el crecimiento de cepas beneficiosas como Lactobacillus casei, Lactococcus lactis y Bifidobacterium bifidum, al tiempo que limitaba selectivamente la proliferación de Escherichia coli, lo que indica un potencial efecto prebiótico. Además, los resultados sugirieron una modesta actividad antibacteriana, especialmente contra Staphylococcus aureus, cuando se probaron en patógenos transmitidos por los alimentos. Para explorar más a fondo el potencial antibacteriano del DF de caqui, se evaluaron otras propiedades relacionadas con la resistencia bacteriana, incluida la actividad antibiopelícula. Se observaron resultados prometedores, con inhibición de la adhesión celular inicial de los patógenos. Además, cuando se combinó con gentamicina, el FD de caqui digerido tratado con acetona mostró un efecto sinérgico y bactericida contra S. aureus. El estudio también identificó que los polisacáridos de los subproductos de la fruta contienen polifenoles unidos, que se extrajeron y se descubrió que incluían compuestos galoilados (principalmente ácido gálico) responsables de la actividad antibacteriana registrada. El estudio anterior destacaba el efecto de los polifenoles ligados del subproducto del caqui como agentes antibacterianos significativos. Para comparar su eficacia, el Capítulo 2 exploró la actividad de anti-virulencia de los extractos polifenólicos ligados del caqui con los polifenoles disponibles de los subproductos de la granada y la uva. El estudio se centró en los efectos de estos extractos, a concentraciones sub-inhibitorias, sobre la detección de quórum (QS) bacteriano, que rige el comportamiento de las bacterias. Los resultados mostraron que los tres extractos, en particular el de granada, inhibían los factores de virulencia violaceína y piocianina en Chromobacterium violaceum y Pseudomonas aeruginosa, respectivamente, lo que indica efectos de bloqueo de quórum (QQ). El análisis metabólico confirmó la reducción de los autoinductores, lo que sugiere efectos potenciales sobre las biopelículas, la motilidad bacteriana y los factores de resistencia. El extracto de uva alteró notablemente las biopelículas y la motilidad en enjambre, mientras que todos los extractos redujeron la actividad de la bomba de eflujo en P. aeruginosa y la actividad β-lactamasa en Klebsiella pneumoniae. El modo de acción antibacteriana implicó el daño de la membrana celular (CMD), y el extracto de uva tuvo un efecto menor. Los resultados indicaron que los polifenoles ligados de los subproductos del caqui tenían efectos antibacterianos comparables a los de los extractos de granada y uva, dirigidos contra la virulencia bacteriana a través de autoinductores de detección de quórum. El capítulo 3 exploró el efecto de estos extractos en el entorno celular del huésped, en particular en el epitelio intestinal y cutáneo. Los extractos redujeron la adhesión de Salmonella enterica y K. pneumoniae a células de adenocarcinoma de colon (Caco-2) y de S. aureus y E. coli a células cutáneas (HaCaT). También mejoraron la exclusión competitiva de patógenos por L. lactis y Cutibacterium acnes en células Caco-2 y HaCaT, respectivamente. El extracto de granada mostró un notable efecto anti-invasivo contra S. enterica en células Caco-2. Los extractos mantuvieron la función de barrera en células expuestas a los lipopolisacáridos de E. coli (LPS), reduciendo las citocinas proinflamatorias IL-6 e IL-8 y disminuyendo los niveles intracelulares de ROS. La citoprotección por los extractos de caqui y uva dependía de la vía del factor nuclear eritroide 2-relacionado con el factor 2 (Nrf2), que es un factor de transcripción implicado en la activación de los mecanismos de defensa celular. Por el contrario, el extracto de granada tuvo un efecto independiente de Nrf2. La caracterización identificó ácido gálico significativo en el extracto de caqui y punicalagina, delfinidina y cianidina 3-O-glucósido en los extractos de granada y uva, respectivamente, atribuyendo a estos compuestos los efectos observados. En general, los resultados apoyan el potencial antibacteriano de los polifenoles ligados de los subproductos del caqui, mostrando efectos equivalentes a otros extractos polifenólicos. Los resultados también destacan el potencial del DF de caqui como sustrato prebiótico y del extracto polifenólico ligado como nutracéutico o ingrediente funcional, promoviendo la revalorización del subproducto de caqui. Estos componentes podrían atenuar la virulencia de los patógenos y proporcionar propiedades citoprotectoras, reduciendo potencialmente los riesgos de infección bacteriana. Sin embargo, estos efectos necesitan confirmación en modelos in vivo.