Producción de un agente antimicrobiano con potencial actividad tensioactiva mediante el empleo de tecnologías amigables con el medio ambiente

Abstract

Papaína es una endopeptidasa extraída del látex de frutos de Carica papaya ampliamente empleada en las industrias alimentaria y farmacéutica. Es muy utilizada como biocatalizador en la síntesis de péptidos y otros derivados. Los surfactantes derivados de arginina son una familia de tensioactivos catiónicos con propiedades antimicrobianas interesantes como preservativos para formulaciones farmacéuticas y alimentarias. El objetivo del presente trabajo fue la obtención, purificación y determinación del poder antimicrobiano de un compuesto derivado de arginina con potencial actividad tensioactiva, sintetizado mediante el empleo de papaína como biocatalizador. La síntesis se llevó a cabo por condensación del éster etílico de Nα-benzoil-arginina con dodecilamina como nucleófilo, utilizando papaína adsorbida sobre poliamida como biocatalizador y acetonitrilo con 0.25% (v/v) de agua como medio de reacción. El producto (Bz-Arg-NHC12) fue purificado mediante cromatografía de intercambio catiónico utilizando como eluyente una mezcla de buffer bórico-borato 0.01 M (pH 8.5)/etanol (1:1) y un gradiente en NaCl. Se ensayó la actividad antimicrobiana mediante el método de microdilución frente a Salmonella enterica, Serratia marcescens, Shigella flexneri, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Kocuria rhizophila, Listeria innocua, Listeria monocytogenes, Pichia anomala, Saccharomyces cereviciae, Kluyveromyces marxianus y Rhodothorula sp., calculándose los porcentajes de inhibición de crecimiento y las concentraciones inhibitoria mínima (CIM) y bactericida mínima (CBM). La síntesis de Bz-Arg-NHC12 catalizada por papaína adsorbida en poliamida tuvo una conversión del 86.2%. Se determinó la actividad antimicrobiana de una solución acuosa de Bz-Arg-NHC12 (60.0 μg.ml-1) frente a distintas especies de bacterias y levaduras. Los microorganismos Gram positivos resultaron en general inhibidos en más de un 90%, en tanto las bacterias Gram negativas y levaduras ensayadas fueron resistentes. El compuesto puro presentó una CIM de 15.6 μg.ml-1 para B. cereus, 62.5 μg.ml-1 para St. aureus y 250.0 μg.ml-1 para E. coli, en tanto que no afectó el crecimiento de Ps. aeruginosa. Las CBM fueron 250.0 μg.ml-1, 62.5 μg.ml-1 y 250.0 μg.ml-1 para B. cereus, St. aureus y E. coli respectivamente.

Papain is an endopeptidase obtained from Carica papaya latex which is widely used in food and pharma industries. It has been successfully applied as biocatalyst in the synthesis of peptide and other related compounds. Arginine-based surfactants consist of a family of cationic surfactants with interesting antimicrobial properties as preservatives for pharmaceutical and food formulations. The aim of the present work was to study the production, purification and determination of antimicrobial activity of an arginine-based compound with potencial surfactant activity synthetized using papain as biocatalyst. The synthesis was carried out through a condensation reaction between Nα-benzoyl-arginine ethyl ester and dodecylamine, using papain adsorbed onto polyamide as biocatalyst and acetonitrile (0.25% v/v) as reaction medium. The product, Bz-Arg-NHC12, was purified through cationic exchange chromatography using a mixture of boricborate 0.01 M (pH 8.5)/ethanol (1:1) as eluent and a NaCl gradient. Antimicrobial activity was tested through the microdilution method against Salmonella enterica, Serratia marcescens, Shigella flexneri, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Kocuria rhizophila, Listeria innocua, Listeria monocytogenes, Pichia anomala, Saccharomyces cereviciae, Kluyveromyces marxianus and Rhodothorula sp. Growth inhibition percentages were calculated and minimum inhibition concentration as well as minimum bactericide concentration (MIC and MBC, respectively) were determined. The synthesis of Bz-Arg-NHC12 catalyzed by papain adsorbed onto polyamide had a conversion of 86.2%. Antimicrobial activity of an aqueous BzArg-NHC12 solution (60.0 μg.ml-1) was tested using different bacteria and yeast species. Gram positive microorganisms showed percentages of growth inhibition greater than 90%, whereas the studied Gram negative bacteria and yeasts were resistant. The purified compound had a MIC of 15.6 μg.ml-1 for B. cereus, 62.5 μg.ml-1 for St. aureus and 250.0 μg.ml-1 for E. coli, whereas Ps. aeruginosa was not inhibited. MBC were of 250.0 μg.ml-1, 62.5 μg.ml-1 and 250.0 μg.ml-1 for B. cereus, St. aureus and E. coli, respectively.