Synthesis of new antibiotic glycosides and computational studies on their interaction with model lipid bilayers

Tese de mestrado em Química, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015A descoberta de novos antibióticos que apresentem mecanismos de ação inovadores representa um dos principais desafios que a comunidade científica enfrenta, sobretudo devido à disseminação crescente de estirpes bacterianas resistentes às terapêuticas disponíveis. Neste contexto, o nosso grupo de investigação está particularmente interessado em explorar a potencial utilidade terapêutica de surfactantes derivados de açúcares enquanto agentes antibacterianos. Estas moléculas são conhecidas pela sua biocompatibilidade e por apresentarem baixa toxicidade ecológica, pelo que se consideram apropriadas para aplicações em medicina e na indústria. Em trabalhos anteriores, descrevemos uma série de 2-desoxi-/2,6-didesoxi-arabino-hexopiranósidos de alquilo [1–3], alguns dos quais exibiram actividades antibacterianas potentes e seletivas quando testadas em estirpes de Bacillus, nomeadamente B. cereus, B. subtilis e, em particular, B. anthracis, sendo o último considerado um agente de bioterrorismo. No entanto, o composto mais potente, 2,6-didesoxy-arabino-hexopiranósido de dodecilo, revelou também induzir toxicidade aguda em linfócitos humanos. Assim, considerámos relevante proceder com a otimização desta estrutura, perspectivando, por um lado, vir a alcançar um candidato a fármaco potencialmente não tóxico e, por outro, aprofundar o nosso conhecimento no que diz respeito às características estruturais que determinam a sua bioactividade. Os dados por nós obtidos sobre a actividade superficial destes compostos, bem como estudos biológicos preliminares que realizámos, sugerem um mecanismo de ação que deverá envolver a associação de glicósidos em agregados micelares em solução e a interação destas estruturas com as membranas celulares bacterianas, de forma semelhante à acção de detergentes. No entanto, as interações moleculares que conduzem a estes fenómenos ainda não foram elucidadas. Neste trabalho, procurámos contribuir para esta investigação em curso por via de uma abordagem interdisciplinar, nomeadamente através do (i) design, síntese e subsequente avaliação da actividade antibacteriana de desoxiglicósidos análogos ao composto líder, e de um (ii) estudo computacional centrado na interação dos mesmos compostos com um modelo de bicamada lipídica. O racional para a síntese de novos desoxiglicósidos de dodecilo relationados com o composto líder foi concebido com o intuito de explorar o eventual impacto biológico de modificações estruturais específicas, nomeadamente a substituição de um átomo de hidrogénio na posição 2 do açúcar por um grupo hidroxilo (para a formação de um 6-desoxiglicósido) ou por um átomo de flúor (para a formação de 2,6-didesoxi-2-fluoroglicósidos) e, em alternativa, a substituição de grupo metilo na posição 6 por um átomo de hidrogénio (para a formação de 2-desoxipentopiranósidos). Por conseguinte, a sua preparação envolveu necessariamente estratégias distintas. A síntese de _-l-rhamnopiranósido de dodecilo (6-desoxi-_-l-mannopiranósido de dodecilo) foi conseguida através da glicosilação estereoseletiva do precursor tricloroacetimidato peracetilado (que foi obtido de forma simples e eficiente a partir da l-rhamnose, em três passos) catalizada pelo triflato de trimetilsililo, seguida de uma reação de desacetilação (rendimento de 85% para os dois passos). Os compostos-alvo desoxigenados e/ou fluorados na posição 2 do açúcar, por sua vez, foram preparados utilizando glicais como materiais de partida. Assim, novos 2-desoxi-e-l-threo-pentopiranósidos de dodecilo foram também sintetizados, desta vez por via da reação do l-xilal peracetilado (obtido a partir da l-xilose em três passos por via de metodologias convencionais) com dodecanol catalisada por hidrobrometo de trifenilfosfónio e subsequente reacção de desproteção. A reação de glicosilação originou os correspondentes anómeros _ e _ com rendimentos de 23% e 10%, respectivamente, e foram ainda isoladas quantidades consideráveis de glicósidos 2,3-insaturados (rendimento total de 27%), que se formam por rearranjo alílico e concomitante eliminação de ácido acético em meio ácido. Esta metodologia merece pois optimização futura com vista a promover a conversão selectiva dos intermediários saturados, por exemplo através da utilização de éteres benzílicos como grupos protetores uma vez que estes são em geral mais estáveis em meio ácido. Curiosamente, verificou-se que o anómero _ assume um comportamento conformacional atípico, dependendo do solvente, que foi possível racionalizar combinando análise por NMR e cálculos quânticos (DFT). Finalmente, preparámos vários 2,6-didesoxi-2-fluoroglicósidos de dodecilo através da fluoração eletrófila e simultânea adição nucleófila de dodecanol a derivados protegidos do 6-desoxi-l-glucal, que ocorrem na presença de selectfluor, e subsequente reação de desproteção. Quando a reação foi conduzida usando o glical peracetilado, disponível comercialmente, obtiveram-se os glicósidos exibindo configuração _-l-gluco e _-l-manno com um rendimento de 37% (sob a forma de uma mistura inseparávelde epímeros), e o glicósido exibindo configuração _-l-gluco com um rendimento de 5%. Por sua vez, a reação a partir do glical sililado (que foi previamente sintetizado partindo do glical acetilado correspondente por desacetilação e subsequente sililação, num único passo) promoveu a formação preferencial dos estereoisómeros exibindo configuração gluco, tendo sido isolados os _-l-gluco- e _-l-gluco-glicósidos com um rendimento de 27% (desta vez sob a forma de uma mistura inseparável de anómeros), e o _-l-manno-glicósido com um rendimento de 7%. No que diz respeito à actividade antibacteriana destes compostos, quando determinada pelo método de diluição em meio líquido, verificou-se que o 6-desoxiglicósido e os 2-desoxipentopiranósidos apresentam actividades moderadas quando testados contra B. cereus (CMI = 32 μg mL-1). Por outro lado, os 2,6-didesoxi-2-fluoro-_-l-glicósidos revelaram ser os compostos mais activos, apresentando uma actividade antibacteriana competitiva com a exibida pelo composto líder (CMI = 16 μg mL-1), enquanto que o estereoisómero _-gluco não foi de todo activo na gama de concentrações testada. Alguns dos compostos sintetizados, nomeadamente aqueles que não apresentam um átomo de flúor na sua estrutura, foram ainda testados no que se refere à inibição de B. anthracis, neste caso utilizando o método de diluição em meio sólido. Verificou-se que todos estes compostos são inibidores potentes deste agente patogénico e, por consequência, consideramos particularmente relevante a sua potencial aplicação também no contexto da segurança biológica. As simulações de dinâmica molecular têm sido bastante utilizadas enquanto método para explorar as propriedades estruturais e dinâmicas de uma variedade de sistemas amfifílicos, incluindo micelas de surfactantes e bicamadas lipídicas, assim como para investigar fenómenos intermoleculares importantes, tais como interações fármaco-membrana. Neste contexto, realizámos um estudo de dinâmica molecular com o objectivo de estudar esta família de desoxiglicósidos de alquilo, incluindo alguns dos sintetizados no âmbito desta dissertação, na perspectiva contribuir para a elucidação do seu mecanismo de ação. Os nossos resultados confirmam que estes glicósidos formam micelas estáveis em solução aquosa, em concordância com os dados experimentais que se conhecem relativamente à sua actividade superficial. Verificou-se ainda que essas micelas interagem fortemente com um modelo de membrana na sua vizinhança, tendo sido observados vários eventos de partição e/ou fusão micela-membrana, indicando uma preferência clara para a fase lipídica. Também foi estudado o efeito destas moléculas sobre uma bicamada lipídica, em função da sua concentração. Este estudo demonstrou que tanto a ordem das cadeias hidrocarbonadas dos fosfolípidos como a espessura da bicamada aumentam quando a concentração de glicósido é aumentada. Estas alterações biofísicas, que correspondem a uma eventual diminuição da fluidez membranar, poderão ter um impacto significativo na integridade estrutural de uma membrana biológica. Consideramos portanto este resultado particularmente importante, uma vez que estudos preliminares por nós realizados sugerem que o mecanismo de ação destes glicósidos surfactantes não deverá envolver a formação/estabilização de poros membranares. Em suma, o trabalho realizado demonstra que esta família de desoxiglicósidos inclui vários compostos que apresentam actividades antibacterianas muito potentes e cujo mecanismo de acção deverá ser diferente daqueles que se conhecem para outras classes de antibióticos. Sugerimos pois um mecanismo baseado na ordenação dos fosfolípidos de membrana como consequência da partição de glicósidos.The search for new antibiotics with innovative mechanisms of action represents a foremost challenge to the scientific community owing to the increasing spread of bacterial resistance to the available therapeutics. In this context, our research group is particularly interested in exploiting the potential usefulness of sugar-based surfactants as antibacterial agents. These molecules are known for their biocompatibility properties and feature low ecotoxicity, making them suitable for several industrial and medicinal applications. In previous work, we reported a series of alkyl 2-deoxy-/2,6-dideoxy-arabino-hexopyranosides [1–3], some of which exhibited potent and selective antibacterial activities against Bacillus cereus, Bacillus subtilis and, particularly, Bacillus anthracis, which is considered a bioterrorism agent. However, the most potent compound, dodecyl 2,6-dideoxy-_-l-arabino-hexopyranoside, was also shown to induce acute toxicity towards human lymphocytes. Hence, we were motivated to further optimize this structure with the intent to achieve a potentially non-toxic drug candidate, and to better understand the structural determinants governing bioactive profile. The available data on the surface activity of these compounds and preliminary biological studies suggest a mechanism of action involving aggregation of glycosides into micelles and their interaction with bacterial cell membranes in a detergent-like manner. However, the molecular interactions driving this phenomena are yet to be unraveled. In this research work, we present an interdisciplinary approach to this ongoing investigation, based on (i) the design, synthesis and antibacterial evaluation of deoxy glycoside analogues, and (ii) a computational study focused on their interactions with a model lipid bilayer. The rationale for design of new dodedyl deoxy glycosides related to the lead compound was conceived aiming at exploring the biological impact of specific structural modifications, namely the replacement of one hydrogen atom at 2-position of the sugar moiety by a hydroxy group (i.e. 6-deoxy glycoside) or by a fluorine atom (i.e. 2,6-dideoxy-2-fluoro glycoside) and, alternatively, the replacement of the methyl group at 6-position by a hydrogen atom (i.e. 2-deoxy pentopyranoside). Accordingly, their preparation was accomplished following distinct approaches. The synthesis of dodecyl _-l-rhamnopyranoside (dodecyl 6-deoxy-_-l-mannopyranoside) succeeded through stereoselective glycosylation of the peracetylated trichloroacetimidate precursor (prepared from l-rhamnose in three steps) catalyzed by trimethylsilyl triflate, followed by deacetylation (85% yield over two steps). Target compounds deoxygenated and/or fluorinated at 2-position of the sugar, in turn, were prepared using glycals as starting materials. New dodecyl 2-deoxy-_- and _-l-threo-pentopyranosides were synthesized by reaction of peracetylated l-xylal (obtained from l-xylose in three steps) with dodecanol catalyzed by triphenylphosphane hydrobromide and subsequent deprotection. The glycosylation reaction gave the _- and _-anomers in 23% and 10% isolated yields, respectively, and considerable amounts of 2,3-unsaturated glycosides, arising from acid-catalyzed allylic rearrangement, were also isolated (27% yield). Interestingly, an unusual, solvent-dependent conformational behaviour was found to be assumed by the _-glycoside, as rationalized by combined NMR analysis and DFT calculations. Finally, dodecyl 2,6-dideoxy-2-fluoro glycosides were accessed by one-pot electrophilic fluorination/nucleophilic addition of dodecanol to protected 6-deoxy-l-glucal derivatives mediated by selectfluor, followed by deprotection. Reaction with the readily available acetylated glycal gave the _-l-gluco- and _-l-manno-glycosides in 37% yield (inseparable mixture), and the _-l-gluco-glycoside in 5% yield. When the silylated glycal (prepared from the corresponding acetylated glycal by onepot deacetylation and silylation) was employed, improved gluco-stereoselectivity was achieved, affording the _-l-gluco- and _-l-gluco-glycosides in 27% yield (inseparable mixture), and the _-l-manno-glycoside in 7% yield. With regard to the antibacterial activity using the broth dilution method, the 6-deoxy glycoside and 2-deoxy pentopyranosides were moderately active towards B. cereus (MIC = 32 μg mL-1). The 2,6-dideoxy-2-fluoro-_-l-glycosides were the most active compounds, presenting antibacterial activity competitive with that of the lead compound (MIC = 16 μg mL-1), whereas the _-gluco-stereoisomer was not active in the range of concentrations tested. The non-fluorinated compounds were further tested against B. anthracis, using the agar dilution method, and have been proven to be potent inhibitors of this pathogen (MIC = 8-16 μg mL-1), highlighting their potential in the context of biosecurity as well. Molecular dynamics (MD) simulations have been widely employed to explore the structural and dynamic properties of a variety of amphiphilic systems, including surfactant micelles and lipid bilayers, as well as to probe relevant intermolecular phenomena such as drug-membrane interactions. Hence, we performed a MD study for this family of alkyl deoxy glycosides, including some of the newly synthesized compounds, looking for insights into their mechanism of action. Our results confirm that these glycosides form stable micelles in solution, in agreement with experimental data on their surface activity. The micelles were shown to interact strongly with a membrane model, and several partition and/or fusion events were observed, indicating a clear preference for the lipidic phase. The direct concentration-dependent effect of these glycosides in the lipid bilayer was also studied, which revealed an increase in the phospholipid hydrocarbon chain ordering, as well as in the membrane thickness. These biophysical alterations, corresponding to a possible decrease in membrane fluidity, may have a significant impact on the structural integrity of a biological membrane. This is particularly relevant since our preliminary results suggest that membrane pore formation/stabilization is not likely to be involved in the mechanism of action for these sugar-based surfactants. In summary, this work shows that this family of deoxy glycosides comprises very potent membraneactive antibacterial compounds which do not seem to exert their action through commonly known mechanisms. Instead, we suggest a mechanism relying on membrane ordering and stiffening, upon partitioning of these compounds

Comparative analysis of cost management in higher education Brazilian Federal Institutions

A gestão de custos é uma tarefa difícil nas universidades públicas. Esta pesquisa tem como objetivo investigar experiências recentes de gestão de custos em instituições federais de ensino superior (IES) brasileiras. Trata-se de uma análise qualitativa de conteúdo dos relatórios gerenciais do HEFI, por meio do software Atlas.ti. A análise revela que 40% dos IESF estudados não utilizam um sistema de avaliação de custos e que os obstáculos de integração com sistemas de informação de apoio dificultam a gestão de custos. A inserção obrigatória de informações de centros de custo e requisitos legais são os principais impulsionadores para que o HEFI avalie seus custos. A exibição de dados do portal de custos do Governo Federal tem sido recorrente nos relatórios de gestão. Há uma clara necessidade de padronizar a metodologia de avaliação de custos e treinar o pessoal do HEFI. Este estudo revela quão grande é o desafio para o HEFI se adaptar às restrições de financiamento no Brasil.Cost management is a difficult task in public universities. This research aims to investigate recent experiences of cost management in Brazilian federal higher education institutions (HEFI). This is a qualitative content analysis of management reports from HEFI, by using the Atlas.ti software. The analysis reveals that 40% of the studied HEFI do not make use of a cost evaluation system and that integration obstacles with support information systems complicate cost management. Mandatory insertion of cost center information and legal requirements are the main drivers for HEFI to evaluate their costs. The displaying of data from the Federal Government's cost portal has been recurrent in the management reports. There is a clear need to standardize the cost evaluation methodology and train the HEFI staff. This study reveals how great the challenge is for HEFI to adapt to funding constraints in BrazilRevista do Serviço Público - RSP, v. 73, n. 1, 112-135 p.Análise e Ciência de DadosEducação e DocênciaISSN Impresso: 0034-9240ISSN Eletrônico: 2357-801

RESENHA DO LIVRO GÊNERO, MASCULINIDADES E DIVERSIDADE: EDUCAÇÃO FÍSICA, ESPORTE E IDENTIDADES MASCULINAS

This review has the goal of presenting and analyzes the book Género, masculinidades y diversidad: educación física, deporte e identidades masculinas, organized by Joaquín Piedra de la Cuadra, published by ediciones Octaedro, in 2013, in the city of Barcelona, Espanha.Esta revisión tiene como objetivo presentar y analizar el libro Género, masculinidades y diversidad: educación física, deporte e identidades masculinas, organizado por Joaquín Piedra de la Cuadra, publicado por Ediciones Octaedro, en 2013, en Barcelona, España. Esta resenha tem como objetivo apresentar e analisar o livro Género, masculinidades y diversidad: educación física, deporte e identidades masculinas, organizado por Joaquín Piedra de la Cuadra, publicado pela ediciones Octaedro, no ano de 2013 na cidade de Barcelona, Espanha. 

Açaí (Euterpe oleracea) and Bacaba (Oenocarpus bacaba) as Functional Food

This chapter reviews two oleaginous fruits that are widely consumed by people in the Amazon region: Bacaba (Oenocarpus bacaba) and Açaí (Euterpe oleracea). Besides their food and the folk medicinal uses, studies suggest that substances present in both berries have antioxidative effects, antimicrobial, and therapeutic properties such as hypocholesterolemic and neuroprotection effects. These therapeutic effects are related to phenolic compounds, anthocyanins, and fatty acids, which can prevent serious problems such as coronary heart disease, hypertension, and depression. The use of supercritical fluid technology is described as a technique to obtain the best extracts of bacaba and açaí, as well as their valuable constituents. Indubitably, this technology is a great tool for human health and all with the advantage of presenting nontoxic solvents such as carbon dioxide or water. Açaí and bacaba fruits represent not only food but also a source of compounds that can work in both prevention and treatment of diseases

CISTO ÓSSEO TRAUMÁTICO EM CORPO MANDIBULAR: : UM RELATO DE DOIS CASOS

Introdução: O cisto ósseo traumático é uma lesão intraóssea rara e assintomática, caracterizada por cavidade sem revestimento epitelial, sendo classificado como um pseudocisto.  A sua descoberta é realizada por meio de achados radiográficos de rotina. O objetivo deste trabalho é relatar dois casos clínicos de cisto ósseo traumático em mandíbula. Desenvolvimento: Caso 1: paciente gênero masculino, 17 anos, portando exame radiográfico com imagem radiotransparente em corpo mandibular, assintomático ao exame físico. Ao exame tomográfico, observou-se região hipodensa em corpo mandibular (ápices dentários 47/48) e o mesmo foi submetido a curetagem total da lesão, observou-se loja óssea com ausência de cápsula e discreto sangramento, confirmando hipótese diagnóstica de COT. Caso 2: paciente gênero feminino, 15 anos, portando exame radiográfico de rotina com imagem semelhante, assintomática ao exame físico. Ao exame tomográfico, notou-se região hipodensa em corpo mandibular (ápices dentários 44/45), sendo essa submetida a curetagem total da lesão, com características semelhantes. Os casos apontam neoformação óssea ao acompanhamento radiográfico. Considerações finais: Conclui-se ser primordial o diagnóstico clínico-radiográfico de lesões intraósseas para melhor conduta terapêutica, sendo consenso na literatura os excelentes resultados a longo prazo da curetagem das paredes ósseas como tratamento

MODELAGEM HIDROLÓGICA COM O USO DE INFRAESTRUTURAS VERDES: ESTUDO DE CASO PARA A BACIA DO CÓRREGO RESSACA, SITUADA NO MUNICÍPIO DE BELO HORIZONTE

Com o aumento da urbanização nas cidades brasileiras, de maneira desordenada, é mais frequente a ocorrência de inundações, devido ao aumento da taxa de impermeabilização do solo e da vazão de escoamento. Neste sentido, o uso de técnicas compensátorias, também conhecidas como “infraestruturas verdes”, ganhou espaço a partir dos anos 70. Este método de drenagem procura mitigar os problemas de urbanização através da retenção ou infiltração das águas precipitadas. Considerando o exposto, este trabalho propõe a análise do impacto do uso de telhados verdes e pavimentos permeáveis no hidrograma de cheias da Bacia do Córrego do Ressaca, localizada na região da Pampulha em Belo Horizonte-MG, visando tentar mitigar os danos causados pelo processo de drenagem atual. Utilizando o software ABC-6 foram modelados dois cenários distintos para obter a viabilidade da implantação dessas técnicas, sendo modeladas a situação atual da bacia (Cenário 1), sem nenhuma técnica, e um cenário que recebeu a instalação de “infraestruturas verdes” (Cenário 2), para tempos de retorno de 10 e 50 anos. Após a modelagem, observou-se a redução da vazão de pico e do volume escoado para os tempos de retorno (TR) de 10 e 50 anos, porém para o TR de 10 anos o índice de redução é maior. A técnica que mais contribuiu para tais resultados foi o telhado verde, pois a bacia apresentou maior potencial para a instalação desta técnica, se comparado ao potencial para receber pavimentos permeáveis

Carbon Dioxide Use in High-Pressure Extraction Processes

This chapter describes the use of carbon dioxide at high pressures as an alternative for the extraction of bioactive compounds in a more sustainable way, addressing some of its physicochemical properties, such as pressure, temperature, density, solvation, selectivity, and its interaction with the solute when modified by other solvents such as ethanol and water. This extraction process is considered chemically “green,” when compared to conventional extraction processes using toxic organic solvents

Variations in the consumption of mental health medications in a brazilian primary care unit: is there influence of the pandemic?

Introducción: La pandemia de COVID-19 ha generado la necesidad de ajustes y adaptaciones en diversas áreas, desde el comportamiento hasta la normativa, con grandes repercusiones en términos de salud pública. Objetivo: Comparar los consumos promedio mensuales (CPM) de medicamentos de control especial utilizados para la salud mental antes y durante la pandemia en una Unidad Básica de Salud (UBS) en el Distrito Federal, Brasil. Métodos: Los consumos se obtuvieron a través del sistema de gestión de inventarios local y el CPM (±desviación estándar) se calculó sin tener en cuenta los meses de desabastecimiento, considerando el período de 2020 a 2022. Como parámetro comparativo, se utilizó el CPM±DE de 2019. Resultados: Se analizaron los consumos de 32 medicamentos, siendo la mayoría antiepilépticos (N=10; 31,2 %), antidepresivos (N=10; 31,2 %) y antipsicóticos (N=8; 25,0 %). Se observó que más de la mitad de los medicamentos analizados (n=18; 56,3 %) mantuvieron un aumento en el consumo a lo largo de los años de la pandemia. Conclusión: Hubo una variación significativa en el consumo de medicamentos sujetos a control especial en la UBS durante la pandemia. Estos resultados pueden estar asociados a diversos factores, como el aumento de los cuadros clínicos que justifican su prescripción, en línea con la literatura actual sobre el impacto potencial del aislamiento social y las medidas tomadas por las autoridades competentes para contener la propagación del virus SARS-COV-2.Introduction: The COVID-19 pandemic has generated the need for adjustments and adaptations in various areas, from behaviour to regulations, with significant repercussions in terms of public health. Objective: To compare the monthly average consumption (MAC) of special control medications used for mental health before and during the pandemic in a Basic Health Unit (UBS) in the Federal District, Brazil. Methods: Consumption data were obtained through the local inventory management system, and the MAC (±standard deviation) was calculated excluding months of stockouts, considering the period from 2020 to 2022. The MAC±SD of 2019 was used as a comparative parameter. Results: Consumption of 32 medications was analyzed, with the majority being antiepileptics (N=10; 31.2 %), antidepressants (N=10; 31.2 %), and antipsychotics (N=8; 25.0 %). It was observed that more than half of the analyzed medications (n=18; 56.3 %) maintained an increase in consumption throughout the pandemic years. Conclusion: There was a significant variation in the consumption of special control medications at the UBS during the pandemic. These results may be associated with various factors, such as the increase in clinical conditions justifying their prescription, in line with current literature on the potential impact of social isolation and measures taken by competent authorities to contain the spread of the SARS-CoV-2 virus