Antimicrobial properties of the biosurfactant mannosylerythritol lipids-B against Cutibacterium acnes ATCC 6919 and Listeria monocytogenes CLIST 4165

Abstract

Manosileritritol lipídio-B (MEL-B) é um glicolipidio/biosurfactante natural produzido principalmente pela levedura Pseudozyma tsukubaensis. Esse composto apresenta várias propriedades interessantes, pode-se salientar: emulsionante, antimicrobiana, ação hidratante e anti-idade. Assim, em vista das propriedades deste composto para cuidados com a pele, investigou-se o efeito do MEL-B sobre o crescimento da Cutibacterium acnes ATCC 6919, o agente etiológico da acne vulgaris. A susceptibilidade da cepa ao glicolipidio foi avaliada pela técnica de macrodiluição, nas concentrações 128, 192, 256 e 512 µg/mL, incubação por 8 e 16 horas a 37 °C. Mensurou-se o dano de membrana do MEL-B sobre a cepa pela quantificação de material genético extravasado do meio intracelular, empregando-se espectrofotometria (260 nm). Os resultados indicaram que o MEL-B estimulou o crescimento da C. acnes em 1 a 3 log UFC/mL comparativamente às amostras sem MEL-B. Ademais, o biosurfactante não ocasionou dano de membrana sobre a linhagem. Assim, os dados sugerem a inadequação do MEL-B em produtos destinados ao cuidado da pele acneica. Outra abordagem desse estudo foi investigar o efeito do MEL-B sobre Listeria monocytogenes CLIST 4165 cultivada em salsicha hot dog. Os ensaios de atividade antimicrobiana foram primeiramente realizados em caldo de soja trypticase (TSB), pelo método de macrodiluição, sob agitação (210 rpm), por 3 e 6 horas, a 37 °C, e com diferentes concentrações de MEL-B (4-10000 µg/mL). Em seguida, ensaios similares foram conduzidos com salsicha hot dog, a 30 °C, com incubação por 20, 34 e 48 horas, e concentração do glicolipidio de 0,01, 0,1, 1, 10, 100, 500 e 1000 µg/mL. Os parâmetros cinéticos da L. monocytogenes em salsicha hot-dog foram obtidos pelo ajuste do modelo de Baranyi e Roberts aos dados de crescimento da cepa na presença ou não de MEL-B (0,01 e 500 µg/mL) sob 15 e 30 °C. Os ensaios em TSB evidenciaram uma alta susceptibilidade da cepa ao MEL-B, com concentração mínima inibitória (CMI) de 4 de µg/mL e concentração bactericida mínima (CBM) de 1000 µg/mL. Os ensaios de atividade antimicrobiana com salsicha hot dog mostraram que após 20 horas de incubação houve diminuição na contagem bacteriana (0,5 a 1,5 UFC/mL) para amostras tratadas com MEL-B em relação àquelas sem o glicolipidio. Após 48 horas, a redução na contagem bacteriana foi de aproximadamente 2 log UFC/mL para as amostras com MEL-B comparativamente aquelas sem o composto. Observou-se que para as condições 0,01 µg/mL/15°C, 500 µg/mL/15 °C e 0,01 µg/mL/30 °C, houve uma diminuição nos parâmetros cinéticos, fase lag e velocidade específica máxima de crescimento. Já a condição de 500 µg/mL/30 °C, estimulou o desenvolvimento da cepa reduzindo a fase lag e aumentando a velocidade específica máxima de crescimento. Conclui-se assim, que o MEL-B é estimulante e antimicrobiano para a C. acnes e L. monocytogenes, respectivamente. A atividade antimicrobiana do MEL-B sobre a L. monocytogenes cultivada em salsicha hot dog abre possibilidades para estudos futuros sobre o potencial conservante e emulsificante do glicolipidio na indústria de alimentos, seja isolado ou em conjunto com outros compostos com propriedades similares.

Abstract: Mannosylerythritol lipids-B (MEL-B) is a glycolipid/biosurfactant mainly produced by the yeast Pseudozyma tsukubaensis. This compound has attractive properties, such as emulsifier, antimicrobial, moisturizing, and anti-aging action. Thus, given the properties of this compound for the skincare field, the effect of MEL-B on the growth of Cutibacterium acnes ATCC 6919, the etiologic agent of acne vulgaris, was investigated. The activity of the glycolipid on the strain was evaluated by the macro dilution method at concentrations of 128, 192, 256, and 512 µg/mL, incubation of 8 and 16 hours at 37 °C. The membrane damage caused by MEL-B on the bacterium was determined by spectrophotometry (260 nm), quantifying the intracellular genetic material release in the culture medium. The results indicated that MEL-B stimulated C. acnes growth by 1 to 3 log CFU/mL compared to samples without MEL-B. Furthermore, the biosurfactant did not cause membrane damage to the strain. Thus, the data suggest the inadequacy of MEL-B in products intended for acne-prone skin care. Another approach of the present research was to investigate the effect of MEL-B on Listeria monocytogenes CLIST 4165 grown on hot dog sausage. The antimicrobial activity assays were first performed in trypticase soy broth (TSB), by the macro dilution method, under agitation (210 rpm), for 3 and 6 hours, at 37 °C, and with different concentrations of MEL-B (4 -10,000 µg/mL). Then, similar tests were conducted with hot dog sausage, at 30 °C, under incubation for 20, 34, and 48 hours, and glycolipid concentrations of 0.01, 0.10, 1.00, 10.0, 100, 500, and 1,000 µg /mL. The kinetic parameters of L. monocytogenes culture on the hot dog sausage were obtained by fitting the Baranyi and Roberts model to the strain growth data in the presence or absence of MEL-B (0.01 and 500 µg/mL) under 15 and 30 °C. Assays in TSB showed a high susceptibility of the strain to MEL-B, with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 4 µg/mL and a minimum bactericidal concentration (MBC) of 1,000 µg/mL. The antimicrobial activity trials with hot dog sausage showed that after 20 hours of incubation, a decrease in the bacterial count (0.5 to 1.5 CFU/mL) was observed for samples treated with MEL-B concerning those without the glycolipid. After 48 hours, the reduction in bacterial count was approximately 2 log CFU/mL for samples with MEL-B compared to those without the compound. It was observed that for the conditions 0.01 µg/mL/15°C, 500 µg/mL/15 °C and 0.01 µg/mL/30 °C, there was a decrease in kinetic parameters, lag phase and specific velocity maximum growth of the lineage. The condition of 500 µg/mL/30 °C, on the other hand, stimulated the development of the strain by reducing the lag phase and increasing the maximum specific growth velocity. It is thus concluded that MEL-B is stimulant and antimicrobial for C. acnes and L. monocytogenes, respectively. The antimicrobial activity of MEL-B on L. monocytogenes grown in hot dog sausage opens possibilities for future studies on the preservative and emulsifying potential of the glycolipid in the food industry, alone or together with other compounds with similar properties.