Eficácia do óleo essencial de Cymbopogon winterianus frente a Staphylococcus spp portadores do gene meca resistentes a antibióticos em instrumentais ortopédicos e amostras ambientais

Mestrado Profissional em Plantas Medicinais e Fitoterápicos na Atenção Básica
Autor: Karina Sakumoto
Orientador: Daniela Dib Gonçalves
Defendido em: 27/02/2025

Resumo

A infecções bacterianas ortopédicas representam um desafio para o Sistema Único de Saúde no Brasil, pois podem resultar em aumento dos custos, prolongamento do tempo de internação e graves sequelas como amputações e deformidades musculoesqueléticas. Com o aumento da resistência antimicrobiana devido principalmente ao uso inadequado e excessivo de antibióticos, contribuiu para o surgimento de cepas altamente resistentes que podem comprometer a eficácia dos tratamentos, aumentando os riscos de infecções graves, de difícil controle podendo levar o paciente a óbito. O objetivo do estudo foi identificar a presença de Staphylococcus spp em amostras ambientais e instrumentais médicos, caracterizar seu perfil de resistência antimicrobiana e avaliar a eficácia do óleo essencial de Cymbopogon winterianus frente aos isolados resistentes, então foram coletadas 56 amostras ambientais e instrumentais ortopédicos na sede do Consórcio Intermunicipal de Saúde Amerios (CISA), de uma cidade localizada na região noroeste do Estado do Paraná, Brasil. As amostras foram obtidas em dezembro de 2023, utilizando swabs estéreis aplicados com movimentos rotatórios sobre superfícies frequentemente manipuladas pela equipe de Ortopedia e Traumatologia, incluindo instrumentais como tesouras cirúrgicas, bisturis e computadores. As amostras foram cultivadas em caldo Brain Heart Infusion (BHI) e semeadas em ágar Mannitol Salt para isolamento de Staphylococcus spp, sendo incubadas a 37°C por 24 a 48 horas. Os isolados foram submetidos a análises microscópicas, macroscópicas e testes bioquímicos (catalase e coagulase) para diferenciação entre estafilococos coagulase-positivos (CoPS) e coagulase-negativos (CoNS). A identificação molecular de Staphylococcus aureus e a detecção do gene mecA, foram realizadas pela reação em cadeia pela polimerase, utilizando primers específicos e a visualização dos produtos em gel de agarose corado com GelRed. O perfil de resistência bacteriana foi determinado por meio de testes de disco-difusão, Os isolados foram testados contra cefazolina, cefoxitina, ceftazidima, ceftriaxona, ciprofloxacino, clindamicina e oxacilina, permitindo identificar padrões de resistência antimicrobiana. O óleo essencial de C. winterianus foi extraído das folhas por hidrodestilação em um aparelho Clevenger modificado. A atividade antimicrobiana foi avaliada por microdiluição em caldo para determinação da Concentração Inibitória Mínima (CIM) e da Concentração Bactericida Mínima (CBM) frente a Staphylococcus spp portadores do gene mecA. A CIM foi definida como a menor concentração capaz de inibir o crescimento bacteriano, enquanto a CBM foi determinada pela ausência de crescimento em subculturas em ágar Muller Hinton após 24 horas de incubação. Metade dos isolados (50%, 28/56) foram identificados como Staphylococcus spp. Dentre estes, 46,4% (13/28) eram Staphylococcus coagulase negativa, enquanto 53,6% (15/28) identificados como Staphylococcus coagulase positiva. Utilizando o teste de disco difusão, foi observado que a Clindamicina apresentou maior resistência entre os isolados (82,1%, 23/28), seguido pela Oxacilina (78,6%, 22/28) e Ceftazidima (64,3%, 18/28). Dos 28 isolados analisados, 46,4% (13/28) foram identificados como multidrogas resistentes. O gene mecA foi detectado em 25% (7/28) dos isolados de Staphylococcus spp. O óleo essencial de C. winterianus é promissor pois demonstrou atividade antimicrobiana inibindo o crescimento bacteriano a partir da concentração de 1,25 mg/mL em 83,3% (5/6) das amostras avaliadas, sugerindo um potencial uso terapêutico contra cepas multirresistentes (gene mecA). Os resultados deste estudo mostram presença de Staphylococcus spp em instrumentais ortopédicos, com elevada taxa de resistência antimicrobiana (gene mecA). Esses dados reforçam a necessidade de estratégias mais eficazes de controle e prevenção de infecções em ambientes hospitalares, principalmente no setor de ortopedia, onde infecções associadas a dispositivos e procedimentos cirúrgicos podem comprometer a saúde dos pacientes. A resistência elevada a antibióticos do uso cotidiano, como clindamicina, oxacilina e ceftazidima, demonstram a importância de monitoramento contínuo e uso racional de antimicrobianos para evitar o aumento da resistência bacteriana no local do estudo. Além disso, o potencial antimicrobiano do óleo essencial de citronela é uma alternativa promissora para complementar as práticas de controle de infecções, destacando-se como uma abordagem sustentável e inovadora que pode beneficiar tanto a saúde pública quanto os protocolos do setor ortopédico.

Palavras-chave

Gene mecA. Infecção ortopédica. Óleo essencial de citronela. Resistência antimicrobiana. Staphylococcus spp

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Title

Effectiveness of Cymbopogon winterianus essential oil against Staphylococcus spp. carrying the mecA gene resistant to antibiotics in orthopedic instruments and environmental samples.

Abstract

Orthopedic bacterial infections pose a challenge for the Unified Health System in Brazil, as they can lead to increased costs, prolonged hospitalization times, and severe sequelae such as amputations and musculoskeletal deformities. With the increase in antimicrobial resistance, mainly due to the inappropriate and excessive use of antibiotics, it has contributed to the emergence of highly resistant strains that can compromise the effectiveness of treatments, increasing the risks of serious infections that are difficult to control, potentially leading to patient death. The aim of this study was to identify the presence of Staphylococcus spp. in environmental samples and medical instruments, characterize their antimicrobial resistance profile, and evaluate the effectiveness of Cymbopogon winterianus essential oil against resistant isolates. Fifty-six environmental and orthopedic instrument samples were collected at the Amerios Intermunicipal Health Consortium (CISA), in a city located in the northwest region of Paraná State, Brazil. The samples were obtained in December 2023 using sterile swabs applied with rotary movements on surfaces frequently handled by the Orthopedics and Traumatology team, including instruments such as surgical scissors, scalpels, and computers. The samples were cultured in Brain Heart Infusion (BHI) broth and seeded on Mannitol Salt agar to isolate Staphylococcus spp, being incubated at 37°C for 24 to 48 hours. The isolates underwent microscopic, macroscopic, and biochemical tests (catalase and coagulase) to differentiate between coagulase-positive (CoPS) and coagulase-negative (CoNS) staphylococci. Molecular identification of Staphylococcus aureus and detection of the mecA gene were performed by polymerase chain reaction (PCR), using specific primers and visualization of the products in an agarose gel stained with GelRed. The bacterial resistance profile was determined by disk-diffusion tests. The isolates were tested against cefazolin, cefoxitin, ceftazidime, ceftriaxone, ciprofloxacin, clindamycin, and oxacillin, allowing the identification of antimicrobial resistance patterns. The essential oil of C. winterianus was extracted from the leaves by hydrodistillation in a modified Clevenger apparatus. Antimicrobial activity was evaluated by broth microdilution to determine the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) against Staphylococcus spp. carrying the mecA gene. The MIC was defined as the lowest concentration capable of inhibiting bacterial growth, while the MBC was determined by the absence of growth in subcultures on Muller Hinton agar after 24 hours of incubation. Half of the isolates (50%, 28/56) were identified as Staphylococcus spp. Among these, 46.4% (13/28) were coagulase-negative Staphylococcus, while 53.6% (15/28) were coagulase-positive Staphylococcus. Using the disk diffusion test, it was observed that the antibiotic clindamycin showed the highest resistance among the isolates (82.1%, 23/28), followed by oxacillin (78.6%, 22/28) and ceftazidime (64.3%, 18/28). Of the 28 isolates analyzed, 46.4% (13/28) were identified as multidrug-resistant. The mecA gene was detected in 25% (7/28) of the Staphylococcus spp isolates. The citronella essential oil showed promising results, as it demonstrated antimicrobial activity inhibiting bacterial growth at a concentration of 1.25 mg/mL in 83.3% (5/6) of the samples evaluated, suggesting a potential therapeutic use against multidrug-resistant strains (mecA gene). The results of this study show the presence of Staphylococcus spp in orthopedic instruments, with a high rate of antimicrobial resistance (mecA gene). These data reinforce the need for more effective strategies for infection control and prevention in hospital settings, especially in the orthopedic sector, where infections associated with devices and surgical procedures can compromise patient health. The high resistance to commonly used antibiotics, such as clindamycin, oxacillin, and ceftazidime, highlights the importance of continuous monitoring and rational use of antimicrobials to prevent the increase of bacterial resistance at the study site. Furthermore, the antimicrobial potential of citronella essential oil is a promising alternative to complement infection control practices, standing out as a sustainable and innovative approach that could benefit both public health and orthopedic sector protocols.

Keywords

Antimicrobial resistance. Citronella essential oil. mecA gene. Orthopedic infection. Staphylococcus spp