ABSTRACT Although antibiotic-resistant pathogens pose a significant threat to human health, the environmental reservoirs of the resistance determinants are still poorly understood. This study reports the detection of resistance genes (ermB, mecA, mupA, qnrA, qnrB and tetL) to antibiotics among certain culturable and unculturable bacteria associated with the marine sponge Petromica citrina. The antimicrobial activities elicited by P. citrina and its associated bacteria are also described. The results indicate that the marine environment could play an important role in the development of antibiotic resistance and the dissemination of resistance genes among bacteria.

O número crescente de bactérias resistentes aos antibióticos tem se tornado um sério problema médico nos últimos anos. As esponjas marinhas são uma fonte rica em compostos bioativos e muitas espécies podem ser úteis para o desenvolvimento de novos antimicrobianos. Esse estudo descreve uma triagem in vitro de esponjas para a pesquisa de novas substâncias contra bactérias resistentes. Os extratos de esponjas foram testados sobre 44 estirpes bacterianas, incluindo quatorze resistentes a antibióticos. Dez entre doze espécies de esponjas apresentaram atividade em um ou mais bioensaios. Os extratos aquosos de Cinachyrella sp. e Petromica citrina apresentaram um amplo espectro de ação sobre estirpes bacterianas resistentes, tais como, Staphylococcus aureus, Staphylococcus coagulase-negativos e Enterococcus faecalis. O extrato aquoso de P. citrina foi fracionado e a fração aquosa apresentou atividade inibitória sobre estirpes de Staphylococcus. Esta fração, na concentração do CMI (16 µg/mL), demonstrou efeito bactericida sobre células de S. aureus na fase exponencial de crescimento. O mecanismo de ação da fração ainda não foi elucidado, mas nós observamos que esta afeta a síntese protéica de Staphylococcus. Nossos resultados demonstraram pela primeira vez que Petromica citrina é uma fonte potencial de novas drogas para o tratamento de infecções causadas por bactérias resistentes.

The growing number of bacterial strains resistant to conventional antibiotics has become a serious medical problem in recent years. Marine sponges are a rich source of bioactive compounds, and many species can be useful for the development of new antimicrobial drugs. This study reports the in vitro screening of marine sponges in the search for novel substances against antibiotic-resistant bacteria. Sponge extracts were tested against 44 bacterial strains, including fourteen antibiotic-resistant strains. Ten out of the twelve sponge species studied showed activity in one or more of the bioassays. Aqueous extracts of Cinachyrella sp. and Petromica citrina showed a large action spectrum over resistant-bacteria such as Staphylococcus aureus, coagulase-negative staphylococci and Enterococcus faecalis. Aqueous extract of P. citrina was fractioned and aqueous fraction showed a greatest inhibitory activity on Staphylococcus strains. In addition, this fraction demonstrated a bactericidal effect on exponentially growing S. aureus cells at the MIC (16 µg/mL). The mechanism of action of bioactive fraction is still unclear, but we showed that it affect protein biosynthesis of Staphylococcus. Our results demonstrated for the first time that P. citrina is a potential source of new drugs for the treatment of infections by antibiotic-resistant bacteria.

Bacteria isolated from marine sponges found off the coast of Rio de Janeiro, Brazil, were screened for the production of antimicrobial substances. We report a new Pseudomonas putida strain (designated P. putida Mm3) isolated from the sponge Mycale microsigmatosa that produces a powerful antimicrobial substance active against multidrug-resistant bacteria. P. putida Mm3 was identified on the basis of 16S rRNA gene sequencing and phenotypic tests. Molecular typing for Mm3 was performed by RAPD-PCR and comparison of the results to other Pseudomonas strains. Our results contribute to the search for new antimicrobial agents, an important strategy for developing alternative therapies to treat infections caused by multidrug-resistant bacteria.

No presente estudo apresentamos resultados da triagem biológica realizada com 349 extratos obtidos de esponjas marinhas, ascídias, briozoários e octocorais do Brasil, em testes contra 16 linhagens de bactérias comuns e resistentes à antibióticos, uma levedura (Candida albicans), Mycobacterium tuberculosis H37Rv, três linhagens de células tumorais MCF-7 (mama), B16 (melanoma murínico) e HCT8 (cólon), e de inibição da enzima adenina fosforribosil transferase de Leishmania tarentolae (L-APRT). Menos de 15% dos extratos de esponja marinhas apresentaram atividade antibacteriana, contra linhagens resistentes ou não a antibióticos. Quase 40% dos extratos de esponjas marinhas apresentaram atividade antimicobacteriana contra Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Foi observada citotoxicidade para 18% dos extratos de esponjas marinhas. Finalmente, menos de 3% dos extratos de esponjas apresentaram atividade inibitória da enzima L-APRT. Menos de 10% dos extratos de ascídias apresentaram atividade antibacteriana. Mais de 25% dos extratos de ascídias apresentaram atividade contra M. tuberculosis e as três linhagens de células tumorais. Somente dois extratos obtidos da ascídia Polysyncraton sp. coletada em duas diferentes épocas (1995 e 1997) apresentaram atividade contra L-APRT. Menos de 2% dos extratos de briozoários e octocorais apresentaram atividade antibacteriana, mas uma alta percentagem de extratos destes animais apresentaram atividades citotóxica (11% e 30%, respectivamente) e antimicobacteriana (60%). O extrato de somente uma espécie de briozoário, Bugula sp., apresentou atividade inibitória da enzima L-APRT. A análise taxonômica de algumas espécies de invertebrados que forneceram alguns dos extratos mais ativos, indicou a ocorrência de atividade biológica em espécies pertencentes a grupos taxonômicos que já foram anteriormente investigados do ponto de vista químico. Estes incluem esponjas marinhas pertencentes aos gêneros Aaptos, Aplysina, Callyspongia, Haliclona, Niphates, Cliona, Darwinella, Dysidea, Ircinia, Monanchora e Mycale, ascídias dos gêneros Didemnum, Aplidium, Botrylloides, Clavelina, Polysyncraton e Symplegma, o briozoário Bugula sp. e octocorais dos gêneros Carijoa e Lophogorgia. A subseqüente investigação química de alguns dos extratos ativos levou ao isolamento de vários metabólitos secundários biologicamente ativos. Os resultados obtidos estão de acordo com resultados obtidos em programas de triagem de atividade biológica de extratos brutos de invertebrados marinhos anteriormente reportados, que apresentaram altas percentagens de extratos bioativos oriundos de Porifera, Ascidiacea, Cnidária e Bryozoa.

Herein we present the results of a screening with 349 crude extracts of Brazilian marine sponges, ascidians, bryozoans and octocorals, against 16 strains of susceptible and antibiotic-resistant bacteria, one yeast (Candida albicans), Mycobacterium tuberculosis H37Rv, three cancer cell lines MCF-7 (breast), B16 (murine melanoma ) and HCT8 (colon), and Leishmania tarentolae adenine phosphoribosyl transferase (L-APRT) enzyme. Less than 15% of marine sponge crude extracts displayed antibacterial activity, both against susceptible and antibiotic-resistant bacteria. Up to 40% of marine sponge crude extracts displayed antimycobacterial activity against M. tuberculosis H37Rv. Cytotoxicity was observed for 18% of marine sponge crude extracts. Finally, less than 3% of sponge extracts inhibited L-APRT. Less than 10% of ascidian crude extracts displayed antibacterial activity. More than 25% of ascidian crude extracts were active against M. tuberculosis and the three cancer cell lines. Only two crude extracts from the ascidian Polysyncraton sp. collected in different seasons (1995 and 1997) displayed activity against L-APRT. Less than 2% of bryozoan and octocoral crude extracts presented antibacterial activity, but a high percentage of crude extracts from bryozoan and octororal displayed cytotoxic (11% and 30%, respectively) and antimycobacterial (60%) activities. The extract of only one species of bryozoan, Bugula sp., presented inhibitory activity against L-APRT. Overall, the crude extracts of marine invertebrates herein investigated presented a high level of cytotoxic and antimycobacterial activities, a lower level of antibacterial activity and only a small number of crude extracts inhibited L-APRT. Taxonomic analysis of some of the more potently active crude extracts showed the occurrence of biological activity in taxa that have been previously chemically investigated. These include marine sponges belonging to genera Aaptos, Aplysina, Callyspongia, Haliclona, Niphates, Cliona, Darwinella, Dysidea, Ircinia, Monanchora and Mycale, ascidians of the genera Didemnum, Aplidium, Botrylloides, Clavelina, Polysyncraton and Symplegma, the bryozoan Bugula sp. and octocorals of the genera Carijoa and Lophogorgia. The subsequent chemical investigation of some of the active extracts led to the isolation of several new biologically active secondary metabolites. Our results are in agreement with previous screening programs carried out abroad, that showed a high percentage of bioactive extracts from Porifera, Ascidiacea, Cnidaria and Bryozoa.