ARTÍCULOS PRIMARIOS

 

Actividad antibacteriana de extractos metanólicos de pepino de mar (Pattalus mollis) frente a bacterias patógenas

Antibacterial activity of methanolic extracts from sea cucumber (Pattalus mollis) against pathogenic bacteria

 

Katia Díaz-Sol Sol¹, Claudia Sánchez-Robinet¹, Carlos Pariona V.², Pablo Londoñe-Bailon^1,3

1 Laboratorio de Biotecnología, Dirección de Investigación, Desarrollo, Innovación y Transferencia

Tecnológica, Instituto Tecnológico de la Producción (ITP), Callao, Perú

2 Instituto Tecnológico de la Producción, Callao, Perú

3 E-mail: plondone@itp.gob.pe

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RESUMEN

El objetivo de esta investigación fue evaluar la actividad antibacteriana de extractos de metanol y metanol-cloroformo de tegumento, gónada y víscera de Pattalus mollis. Se recolectaron 50 especímenes en la bahía de Pucusana, Perú, se diseccionaron longitudinalmente por la zona ventral del tegumento y se retiraron los órganos internos (víscera, gónada). Las muestras fueron secadas hasta un 10% de humedad, molidas y almacenadas en congelación. Los extractos fueron obtenidos mediante maceración empleando metanol y cloroformo. La evaluación in vitro se realizó mediante el método de microdilución en caldo, los extractos se diluyeron en siete concentraciones (3.9-250 mg/ml) y evaluados frente a Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus aureus ATCC 14775 y Vibrio alginolyticus ATCC 17749. Los extractos metanólicos presentaron inhibición bacteriana frente a las tres bacterias demostrando poseer un efecto bactericida y bacteriostático contra bacterias grampositivas y gramnegativas. Los extractos de víscera, gónada y tegumento presentaron una concentración mínima inhibitoria (CMI) de 62.5 mg/ml o más frente a P. aeruginosa, V. alginolyticus y S. aureus. Los resultados sugieren que el pepino de mar P. mollis, proveniente de las costas peruana, es un candidato novedoso para la obtención de compuestos antibacterianos.

Palabras clave: pepino de mar; Pattalus mollis; extracto metanólico; actividad antibacteriana

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ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate the antibacterial activity of methanol and methanol-chloroform extracts of tegument, gonad and viscera of Pattalus mollis. Fifty specimens were collected in the Pucusana Bay, Peru, dissected longitudinally through the ventral area of the tegument and the internal organs (viscera, gonad) were removed. The samples were dried to 10% moisture, milled and stored in freezing. The extracts were obtained by maceration using methanol and chloroform. The in vitro evaluation was performed using the broth microdilution method, the extracts were diluted in seven concentrations (3.9-250 mg/ml) and evaluated against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus aureus ATCC 14775 and Vibrio alginolyticus ATCC 17749. The methanol extract showed bacterial inhibition against the three bacteria, demonstrating a bactericidal and bacteriostatic effect against Gram-positive and Gram-negative bacteria. The viscera, gonad and tegument extracts showed a minimum inhibitory concentration (MIC) of 62.5 mg/ml or higher against P. aeruginosa, V. alginolyticus and S. aureus. The results suggest that sea cucumber P. mollis, from the Peruvian coasts, is a novel candidate to produce antibacterial compounds.

Key words: sea cucumber; Pattalus mollis; methanolic extract; antibacterial activity

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INTRODUCCIÓN

La resistencia bacteriana ha impulsado la búsqueda de nuevos compuestos bioactivos que poseen actividad antibacteriana. El océano alberga una gran cantidad de organismos marinos poseedores de compuestos bioactivos que podrían ser empleados como medicamentos (Jha y Zi-Rong, 2004). En los últimos años se ha identificado una gran variedad de compuestos con actividades biológicas presentes en microorganismos marinos, fitoplancton, algas, esponjas, cnidarios, briozoos, moluscos, tunicados y equinodermos (Blunt et al., 2016). Los invertebrados marinos han demostrado ser una fuente importante de compuestos bioactivos (Yokota, 2005; Leal et al., 2012). Se ha logrado extraer una variedad de saponinas , glicolípidos, carotenoides, porfirinas, naftoquinonas, sulfatos de condroitina, glucosaminoglucanos, cereberosidos, lecitinas, péptidos, glicoproteínas, glicoesfingolípidos y ácidos grasos esenciales de equinodermos (Bordbar et al., 2011; Gomes et al., 2016).

Los pepinos de mar tienen la característica de poseer mecanismos de defensa que les permite sintetizar diversos metabolitos secundarios para protegerse contra infecciones microbianas y depredadores (Pawlik et al., 1995; Simmons et al., 2005). Los metabolitos de pepino de mar poseen propiedades antinflamatorias, analgésicas, antipiréticas, antibacterianas, antifúngicas, antivirales, anti-cancerígenas, así como otras actividades biológicas (Ridzwan et al., 1995; Haug et al., 2002; Dobretsov et al., 2009; Farjami et al., 2013; Mohammadizadeh et al., 2013; Dhinakaran y Lipton, 2014; Janakiram et al., 2015; Tripoteau et al., 2015).

Staphylococcus aureus es un patógeno que infecta a pacientes hospitalizados con disminución de la inmunidad y a las personas sanas inmunocompetentes (Elek, 1956) causando infecciones locales de la piel, nariz, uretra, vagina y tracto gastrointestinal (Shulman y Nahmias, 1972). Además, es un patógeno importante debido al aumento de su resistencia a los antibióticos (Lowy, 1998). Pseudomonas aeruginosa, patógeno oportunista, responsable de una amplia gama de infecciones, principalmente nosocomiales (Berthelot et al., 2005), y puede causar neumonías, infecciones del tracto urinario y bacteriemias (Ochoa et al., 2013). Se caracteriza por su resistencia intrínseca a diversas clases de antibióticos y a su capacidad de adquirir nuevos mecanismos de resistencia (Strateva y Yordanov, 2009; Roca, 2014). Vibrio alginolyticus es un patógeno de peces y moluscos bivalvos. En los peces causa septicemia, exoftalmia, opacidad corneal, ascitis, letargo, melanosis y úlceras. Está asociado con mortalidades masivas en larvas de moluscos bivalvos (Lee et al., 1996; Selvin y Lipton, 2003; Austin B y Austin D, 2007). En humanos se ha relacionado con infecciones de oído, tejidos blandos y heridas; además, presenta resistencia antibiótica (Horii et al., 2005). Es por ello la necesidad de descubrir nuevos antibióticos cuyo mecanismo de acción sea diferente a los convencionales (Da Costa et al., 2015).

Especies de pepino de mar como Holothuria leucospilota, Holothuria atra, Holothuria scabra, Bohadschia argus y Stichopus variegatus han demostrado poseer metabolitos con actividad antibacteriana, siendo estos extractos obtenidos a base de metanol, agua-metanol, acetato de etilo y cloroformo a partir de la pared corporal, gónadas, intestinos y fluido celómico. Estos extractos han sido confrontados a cepas bacterianas (Staphylococcus epidermidis, Proteus vulgaris, Shigella dysenteriae, Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, S. aureus, P. aeruginosa) demostrando gran actividad antibacteriana (Farjami et al., 2013; Layson et al., 2014; Shakouri et al., 2014; Santos et al., 2015; Ebrahimi et al., 2018). Además se ha demostrado un efecto microbiostático de extractos de la pared corporal de H. leucospilota frente a E. coli, Salmonella typhi, S. aureus y P. aeruginosa (Adibpour et al., 2014).

En el Perú, existen aproximadamente 74 especies de pepino de mar (Hooker et al., 2013), de las cuales, las más abundantes a lo largo de la costa peruana son Pattalus mollis y Athyonidium chilensis (Prieto, 2010), en tanto que la pesquería se centra en P. mollis (Hooker et al., 2013). Por otro lado, existe una solo investigación relacionada a la evaluación anticoagulante de P. mollis (Zheng et al., 2019). Por lo expuesto, la presente investigación tuvo como objetivo identificar la actividad antibacteriana de extractos de tegumento, gónada y vísceras de P. mollis, demostrando que este equinodermo es una alternativa para el descubrimiento de compuestos antibacterianos sobre patógenos de interés como P. aeruginosa, S. aureus y V. alginolyticus.

MATERIALES Y MÉTODOS

Recolección de Muestras

Los especímenes de P. mollis fueron colectados mediante buceo en la zona de Concha Blanca y Chunco, frente al puerto de Pucusana (12°28’31.3"S – 76°47’49.9"O, Lima-Perú) durante 2016. Las muestras de P. mollis fueron colocadas en cajas isotérmicas con geles refrigerantes y trasladadas a las instalaciones del Instituto Tecnológico de la Producción (ITP), donde se almacenaron en congelación (-20 °C) hasta su tratamiento. La identificación taxonómica de la especie fue realizada por el Laboratorio de Biología y Sistemática de Invertebrados Marinos (Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima).

Procesamiento de Especímenes

El material recolectado de P. mollis fue lavado con agua de mar y sus órganos internos (gónadas y vísceras) extraídos mediante una disección longitudinal de la zona ventral. Se homogenizaron hasta obtener una pasta, la cual se secó a 60 °C en estufa (Memmert) hasta contener 10% de humedad y se molió hasta obtener un polvo fino. Las muestras fueron tamizadas para obtener material molido homogéneo. Finalmente se empacó al vacío y se almacenó en congelación (-20 °C).

Obtención de Extractos

Extracto metanol-cloroformo (EMC)

Los extractos se obtuvieron a partir de las muestras secas. La extracción se realizó con base a su polaridad según Abdallah e Ibrahim (2012) con algunas modificaciones. Se agregó a la muestra seca (50 g) una mezcla de solventes (200 ml) de diferente polaridad: metanol (CH OH) y cloroformo (CHCl ) matriz con solvente fue puesta en agitación constante (600 rpm) a temperatura ambiente por 1 h. Los extractos se retiraron de agitación y se filtraron en papel Whatman N.° 1, haciendo este procedimiento por triplicado para tegumento y víscera y cuadriplicado para gónada. Los solventes fueron eliminados con un rotaevaporador (Heidolph) a 30 °C en completa oscuridad. Para eliminar las sales presentes se adicionó metanol y cloroformo (1:1), formándose un precipitado que se filtró en papel Whatman N.° 1. Se eliminó el solvente por rotaevaporación, obteniéndose un extracto metanol-cloroformo (EMC) (Figura 1). Los extractos se disolvieron en agua con dimetilsulfóxido (DMSO) y Tween 20. Finalmente se almacenó en congelación (-20 °C) (en proporción 2:1 v/w). La mezcla de cada hasta su evaluación.

Extracto metanólico (EM)

El EM se obtuvo a partir del EMC mediante cloroformo y agua. El EMC (1 g) fue resuspendido en una mezcla de 35 ml de metanol y 35 ml de cloroformo, a la cual se adicionó 30 ml de agua desionizada. Se agitó fuertemente durante 1 min y se dejó reposar. Esto fue repetido por tres veces. Se observó la formación de una fase apolar (cloroformo) y otra polar (metanol + agua). Cada fase fue separada por decantación. Seguidamente se procedió a concentrar a presión reducida obteniéndose los respectivos extractos metanólicos que fueron almacenados en congelación (-20 °C) hasta su evaluación. La concentración de los extractos se determinó mediante gravimetría.

Microorganismos y Medios de Cultivo

Se emplearon cepas bacterianas American Type Culture Collection (ATCC): P. aeruginosa ATCC 27853, V. alginolyticus ATCC 17749 y S. aureus ATCC 14777 de la colección del Laboratorio de Biotecnología del ITP. Las cepas bacterianas fueron verificadas mediante pruebas bioquímic as (Kays nery De Paola, 1998; MacFaddin, 2000; Markey et al., 2013)

Se empleó el caldo Muller Hinton (CMH, Merck) y el agar Muller Hinton (AMH, Merck) a pH (7.2 ± 0.2), esterilizados a 121 °C durante 15 min. Los medios se suplementaron con NaCl al 3% para V. alginolyticus.

Preparación de Inóculo

Las cepas bacterianas fueron cultivadas durante la noche a 37 °C, luego se centrifugaron durante 5 min a 1789 g y los pellets se resuspendieron en caldo hasta una densidad óptica de 0.5 ± 0.02 a 600 nm de absorbancia. Las unidades formadoras de colonias (UFC) se determinaron por recuento en placa. Finalmente, el inóculo se diluyó hasta la concentración de 1x105 UFC/ml (Sarker et al., 2007).

Evaluación Antibacteriana

Se determinó mediante la técnica de microdilución en caldo (CLSI, 2012), empleando placas de 96 pocillos para determinar la concentración mínima inhibitoria (CMI) y la concentración míni ma bacterici da (CMB). Se realizaron seis diluciones seriadas a partir de 250 mg/ml (125, 62.5, 31.25, 15.63, 7.81, 3.90 mg/ml). Se adicionaron en cada pocillo 90 µl de cada extracto y se enfrentó con 10 µl de inóculo bacteriano (105 UFC/ml). Se incubaron a 37 °C durante 24 h.

Análisis Cualitativo

Según la CLSI (2012), se consideró a la CMI como la mínima cantidad de extracto capaz de impedir el crecimiento de un microorganismo y a la CMB como la mínima cantidad de extracto capaz de destruir el 99.9% de la cepa bacteriana. Para determinar el CMI y la CMB se realizó una siembra volumétrica después de la microdilución en caldo, inoculando 10 µl de cada pocillo en AMH e incubando a 37 °C durante 24 h.

RESULTADOS

Los resultados de la actividad antibacteriana de los extractos EMC y EM de P. mollis se presentan en los Cuadros 1 y 2. Se observó que los extractos metanólicos de P. mollis poseen actividad antibacteriana frente a las tres bacterias evaluadas, en comparación de los EMC que no presentaron actividad antibacteriana.

El extracto metanólico de vísceras frente P. aeruginosa y V. alginolyticus presentó un efecto bacteriostático (CMI=62.5 mg/ml) y bactericida (CMB = 125 mg/ml), el extracto de gónada fue bacteriostático frent e a S. aureus (CM I = 6 2.5 mg/ ml ) y bact eri ci da sobre S. aureus y V. al gi nolyticus (CMB = 125 mg/ml). Por otro lado, se observó que el extracto de tegumento presentó menor inhibición bacteriana; sin embargo, frente a V. alginolyticus presentó un efecto bacteriostático (CMI=62.5 mg/ml) y bactericida (CMB = 125 mg/ml) (Figura 2).

DISCUSIÓN

Los resultados permiten afirmar que P. mollis, especie marina recolectada de las costas peruanas, es un organismo portador de sustancias bioactivas con actividad antibacteriana. La gran mayoría de investigaciones realizadas con extractos de pepinos de mar evidencian la actividad sobre bacterias grampositivas y gramnegativas como E. coli, S. dysenteriae, B. cereus, S . epidermidis, S. aureus, P. aeruginosa, V. parahae molyticus , V. harveyiy V. alginolyticus (Villasin y Pomory, 2000; Manilal et al., 2010; Farjami et al., 2013; Layson et al., 2014; Shakouri et al., 2014). Esta actividad antibacteriana concuerda con los resultados del presente estudio, ya que los extractos de pepino de mar obtenidos inhibieron el crecimiento de P. aeruginosa ATCC 27853, S. aureus ATCC 14775 y V. alginolyticus ATCC 17749.

Ridzwan et al. (1995) evaluaron tres especies de pepino de mar, H. atra, H. scabra y B. argus, determinando que sus extractos metanólicos y lipídicos no poseen actividad antibacteriana. Del mismo modo, Santos et al. (2015) evaluando Stichopus regalis determinaron que sus extractos metanólicos no poseen actividad antibacteriana. Estos resultados difieren de los obtenidos con P. mollis en este estudio que demuestran que esta especie es un organismo poseedor de compuestos antibacterianos en tegumento, gónada y vísceras. Por otro lado, Ridzwan et al. (1995) realizaron comparaciones entre los extractos del tegumento y los órganos internos de H. atra determinando que el tegumento posee menos propiedades de inhibición frente a S. aureus, concordando con este estudio donde el tegumento de P. mollis presentó menor actividad (250 mg/ml) frente a S. aureus en comparación a las vísceras y gónada (CIM: 125 y 62.5 mg/ml, respectivamente).

Los EMC en esta investigación no presentaron actividad antibacteriana frente a las tres bacterias patógenas evaluadas, al igual que en el estudio de Dobretsov et al. (2009), quienes evaluaron EMC de H. atra y H. edulis frente a S. aureus y P. aeruginosa. A diferencia del trabajo de Dobretsov et al. (2009), en este estudio se realizó una posterior separación de fases al EMC, lo cual permitió separar compuestos polares obteniendo un extracto metanólico que presentó actividad antibacteriana.

Farjami et al. (2013) probaron extractos de metanol, cloroformo y hexano del tegumento, gónadas e intestinos de H. leucospilota del Golfo Pérsico frente a B. subtilis, S. aureus (grampositivas) y P. aeruginosa (gramnegativa), demostrando que los extractos de cloroformo y hexano tuvieron actividad frente a las bacterias testadas, mientras que las concentraciones de extractos de metanol (polar) de gónadas e intestino no mostraron actividad antibacteriana frente a estas bacterias. En la presente investigación se ha demostrado que los extractos metanólicos obtenidos de P. mollis poseen, por lo menos, un compuesto bioactivo con actividad antibacteriana en gónadas, tegumento y vísceras, a diferencia del estudio de Farjami et al. (2013) don de H. leucospilota solo presentó actividad a partir del tegumento. Además, la actividad antibacteriana del tegumento de H. leucospilota solo se manifestó frente a bacterias Gram negativas, mientras que P. mollis demostró ser efectiva frente a ambos grupos bacterianos. Se podría inferir que no todos los pepinos de mar poseen componentes antibacterianos de amplio espectro.

Ebrahimi et al. (2018) evaluó la CMI de Holothuria parva determinando que el efecto inhibitorio varió de 100 a 250 mg/ml de los extractos metanólicos; resultados que concuerdan con los de este estudio demostrando que los compuestos de P. mollis muestran una potencial actividad antibacteriana y podrían ser un candidato novedoso para combatir enfermedades bacterianas.

CONCLUSIONES

• Se describe por primera vez la actividad antibacteriana del pepino de mar Pattalus mollis proveniente de costas peruanas, estableciéndose que los extractos de gónada, tegumento y víscera poseen actividad antibacteriana.

• El extracto metanólico de P. mollis muestra actividad antibacteriana, por lo que puede constituir una fuente importante de compuestos bioactivos.

 

Agradecimientos

Se agradece al Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y Productividad (Innóvate Perú) por financiar y permitir el desarrollo de este trabajo en el marco Convenio N.° 302–INNOVATEPERUPIAP-2015.

 

LITERATURA CITADA

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Recibido: 18 de diciembre de 2018

Aceptado para publicación: 15 de julio de 2019.