Preparación de conjugados de sideróforos con nanopartículas magnéticas y su posible aplicación en la detección de patógenos

Abstract

[Resumen] La adquisición de hierro es un proceso fundamental para la viabilidad de la mayoría de organismos vivos, ya que está involucrado en procesos biológicos fundamentales como transporte de oxígeno, transferencia de electrones y síntesis de ADN. Sin embargo, el Fe(III) es un elemento biológicamente limitante debido a su baja solubilidad a pH neutro en condiciones aeróbicas. Para superar esta dificultad, las bacterias producen sideróforos, agentes quelatantes de bajo peso molecular, que presentan gran afinidad y selectividad por el Fe(III). Los sideróforos son excretados al medio para formar complejos con el Fe(III), que son transportados al interior de la célula a través de receptores de membrana específicos. La interacción entre el complejo sideróforo-hierro es una de las opciones más prometedoras para desarrollar nuevos métodos de detección de bacterias. Siguiendo esa línea, planeamos acoplar sideróforos a nanopartículas magnéticas (MNP) a través de un espaciador, con el objetivo de conseguir un método que ofrezca tiempos de extracción más rápidos y mejor sensibilidad. El presente trabajo está divido en dos partes, la preparación de nanopartículas recubiertas con sílice mesoporosa y conjugadas con el sideróforo ferrioxamina, y la síntesis de un fragmento que contenga un grupo catecol, un agente quelatante común a un gran número de sideróforos. El conjugado MNP(Meso)-ferrioxamina se caracterizó por técnicas de XRPD, TEM, TGA, FTIR-ATR y medidas de magnetismo. Los ensayos bacterianos realizados muestran que este conjugado es menos específico que el conjugado con cubierta de sílice normal para la extracción de Yersinia enterocolitica. Se realizaron varias etapas en la ruta sintética diseñada para la obtención de un fragmento que contenga un grupo catecol, pero será necesario realizar una etapa adicional a las previstas inicialmente para poder completar esa ruta.

[Resumo] A adquisición de ferro é un proceso fundamental para a viabilidade da maioría de organismos vivos, xa que está involucrado en procesos biolóxicos fundamentais como transporte de osíxeno, transferencia de electróns e síntese de ADN. Con todo, o Fe(III) é un elemento biolóxicamente limitante debido á súa baixa solubilidade a pH neutro en condicións aerobias. Para superar esta dificultade, as bacterias producen sideróforos, axentes quelatantes de baixo peso molecular, que presentan gran afinidade e selectividade polo Fe(III). Os sideróforos son excretados ao medio para formar complexos co Fe(III), que son transportados ao interior da célula a través de receptores de membrana específicos. A interacción entre o complexo sideróforo-ferro é unha das opcións máis prometedoras para desenvolver novos métodos de detección de bacterias. Seguindo esa liña, planeamos ensamblar sideróforos a nanopartículas magnéticas (MNP) a través dun espazador, co obxectivo de conseguir un método que ofreza tempos de extracción máis rápidos e mellor sensibilidade. O presente traballo está divido en dous partes, a preparación de nanopartículas recubertas con sílice mesoporosa e conxugadas co sideróforo ferrioxamina, e a síntese dun fragmento que conteña un grupo catecol, un axente quelatante común a un gran número de sideróforos. O conxugado MNP(Meso)-ferrioxamina caracterizouse por técnicas de XRPD, TEM, TGA, FTIR-ATR e medidas de magnetismo. Os ensaios bacterianos realizados mostran que este conxugado é menos específico que o conxugado con cuberta de sílice normal para a extracción de Yersinia enterocolitica. Realizáronse varias etapas na ruta sintética deseñada para a obtención dun fragmento que conteña un grupo catecol, pero será necesario realizar unha etapa adicional ás previstas inicialmente para poder completar esa ruta.

[Abstract] Iron acquisition process is fundamental for the viability of most organisms, because it is involved in essential biological phenomena like oxygen transport, electron transfer and DNA synthesis. However, Fe(III) is a biologically limiting element due to its low solubility at neutral pH in aerobic environments. To overcome this difficulty, most bacteria produce siderophores, low molecular weight iron chelating agents with extraordinarily high affinity and selectivity for Fe(III). Siderophores are excreted to the environment to form Fe-complexes, which are internalized trough specific membrane receptors. Interaction between Fe-siderophore complexes and membrane receptors is one of the most promising choices to develop new pathogen detection methods. In this way, we planned to couple siderophores to magnetic nanoparticles (MNP) through a linker, with the aim to achieve a method which offers faster extraction times and better sensitivity. The present work is divided in two parts, the preparation of mesoporous silica coated nanoparticles conjugated with the siderophore ferrioxamine, and the synthesis of a fragment with a catechol, a chelating common unity in various types of siderophores. The ferrioxamine- MNP(Meso) conjugate was characterized by XRPD techniques, TEM, TGA, FTIR-ATR and magnetic measurements. Bacterial tests carried out show that this conjugate is less specific than the normal silica cover conjugated in the extraction of Yersinia enterocolitica. Several steps were performed in the synthetic pathway designed to obtain a fragment containing a catechol group, but it will require an additional step in order to complete this route.