ANTIMICROBIAL EFFECT OF NITRIC OXIDE

Abstract
Nitric oxide (NO) is a biologic effector molecule with a broad range of activities. In macrophages, it functions as a potent microbicidal agent that kills ingested organisms. In this article, antimicrobial effect of NO and interaction of NO between antimicrobials and microorganisms were discussed.

Key words
nitric oxide, microorganisms, antimicrobial effect

Artículo completo
Oxido nítrico

Los fagocitos activados producen algunos intermediarios reactivos del oxígeno (IRO) e intermediarios reactivos del nitrógeno (IRN) con actividad antimicrobiana. Los IRO incluyen anión superóxido, radicales hidroxilos, peróxido de hidrógeno, oxígeno singulete, monocloramina, ácido hipocloroso, y los IRN incluyen óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno y ácido nitroso.¹ El NO es un gas radical libre inorgánico. Es producido en los sistemas biológicos, regula diversa cantidad de funciones biológicas y actúa como mensajero en los órganos de la mayoría de los mamíferos.⁵ En los seres humanos, el NO es sintetizado por la NO sintesa, de la que se conocen tres tipos: un tipo endotelial (eNOS), un tipo neuronal (nNOS) y un tipo inducible (iNOS).⁶ Se demostró que el NO generado por la iNOS tiene un efecto beneficioso en los mecanismos de defensa del huésped contra distintas bacterias, hongos, virus y protozoarios patógenos.^3,6-10 La expresión de iNOS puede proporcionar actividad antimicrobiana a través de la formación de intermediarios reactivos de nitrógeno derivados del NO. Por ejemplo, el peroxinitrito es microbicida para distintas bacterias, que incuyen Salmonella enterica serovariedad Typhimurium.^3,11-13


Efecto antimicrobiano del óxido nítrico

Se demostró actividad antimicrobiana del NO contra una gama notablemente amplia de microorganismos patógenos que incluyen virus, bacterias, hongos y parásitos.^14,15 Aunque los mecanismos principales de destrucción de los microbios aún no se conocen, la citotoxicidad promovida por el NO depende de su interacción con porciones que contienen hierro de las enzimas claves en la replicación del ADN y el ciclo respiratorio de las células diana.^4,16 Algunos estudios demostraron el efecto antibacteriano del NO. Sin embargo, como el NO tiene otras funciones importantes en los seres humanos, la posible aparición de un efecto colateral inaceptable puede constituir un problema importante en el uso del NO para la quimioterapia antibiótica. Además, debido al hecho de que el NO es un gas reactivo e inestable, y tiene una solubilidad limitada en medio ambiente acuoso, no está claro el uso in vivo del NO como agente antimicrobiano.^16,17 Los complejos óxido nítrico-nucleófilo denominados diazeniumdiolatos tienen la capacidad de liberar NO cuando se disuelven en medios acuosos y sus vidas medias varían entre 2 s y 20 h a pH 7.4 y 37ºC. La mayoría de los diazeniumdiolatos liberan NO sin necesidad de una reacción de oxidorreducción o transferencia de electrones. Por esta razón, podrían ser útiles para desarrollar una quimioterapia antimicrobiana eficaz sobre la base del NO.^17,18

Coban y col.¹⁹ investigaron el efecto antibacteriano de DETA-NO (como donante de NO) contra Mycobacterium tuberculosis multirresistente, especies de Klebsiella, Escherichia coli, especies de Staphylococcus, especies de Enterobacter, especies de Pseudomonas y especies de Proteus. Los valores de concentración inhibitoria mínima (CIM) observados en el estudio fueron los siguientes: 0.25 μg/ml para todos los aislados de Mycobacterium tuberculosis multirresistente, 1 μg/ml para algunas especies de Staphylococcus y alrededor de 2 μg/ml para las otras bacterias. Coban y Durupinar²⁰ evaluaron DETA-NO contra todos los aislamientos de M. tuberculosis sensibles y observaron que los intervalos de CIM eran de 0.015-0.125 μg/ml. En otro estudio, Coban y col.²¹ comunicaron que los valores de CIM de DETA-NO contra aislamientos de micobacterias no tuberculosas de crecimiento rápido fueron de 1.25 μg/ml para 4 aislamientos y de 2.5 μg/ml para 10 aislamientos. Long y col.⁶ investigaron la acción micobactericida del NO exógeno con una cámara de exposición hermética. Estos autores demostraron que el NO exógeno entregado en concentraciones inferiores a 100 ppm ejerce una potente acción micobactericida dependiente de la dosis y del tiempo.

Es difícil estudiar el NO debido a que es un gas. Recientemente, Ghaffari y col.²² diseñaron un sistema de entrega de gases. Este sistema brinda la oportunidad de investigar el papel fisiopatológico del gas NO exógeno en cultivos de células bacterianas y de mamíferos. Más tarde, Ghaffari y col.⁵ investigaron la aplicación potencial de una forma gaseosa de nivel médico de NO como agente anbitacteriano en la infección de heridas. Estos autores informaron que el NO gaseoso exógeno puede ser beneficioso para reducir la carga bacteriana en las heridas infectadas, en quemaduras o en úlceras que no cicatrizan. Jean y col.¹⁴ observaron que la inhalación de NO tiene un efecto beneficioso sobre la depuración bacteriana de P. aeruginosa. McCullin y col.²³ mostraron que el NO gaseoso es bactericida contra varias cepas de bacterias suspendidas en un medio ambiente salino, incluidos microorganismos grampositivos y gramnegativos y aquellos que comúnmente producen neumonía hospitalaria en pacientes en ventilación mecánica.


Interacción del óxido nítrico entre los antibióticos y los microorganismos

Según lo que se ha afirmado, por cierto conocemos el efecto antibacteriano del NO, pero no sabemos cómo interactúa con los antibióticos y los microorganismos. Existen algunos estudios sobre la interacción del NO con antibióticos y microorganismos. McElhaney-Feser y col.¹⁷ evaluaron los diazeniumdiolatos que incluyeron DETA-NO, DEA-NO y MAHMA-NO contra especies de Candida y observaron que MAHMA-NO y DEA-NO eran inapropiados, de modo que utilizaron DETA-NO en todos sus experimentos. En su estudio, observaron la sinergia del óxido nítrico y los azoles in vitro contra especies de Candida que incluyeron C. albicans, C. krusei, C. parapsilosis, C. tropicalis, C. glabrata y C. dubliniensis.

Coban y Durupinar¹⁶ evaluaron DETA-NO solo y combinado con ofloxacina, ciprofloxacina y perfloxacina contra Salmonella enterica serovariedad Typhimurium. Sin embargo, los autores no encontraron ninguna sinergia contra estos aislamientos. Además, ellos evaluaron algunas cepas mutantes que incluyeron PP120, SH7616 y se observó una sinergia entre NO y fluoroquinolonas contra estas dos cepas. En conclusión, los autores sugieren que la eficacia de algunos antibióticos disminuye a través de la activación de los regulones soxRS y marRAB por el NO en los aislamientos clínicos de S. enterica serovariedad Typhimurium.


Conclusión

Existen algunos estudios sobre el efecto antimicrobiano del NO, pero no acerca de su interacción con antibióticos y microorganismos. Por esta razón, se necesitan otros estudios para establecer la interacción del NO con bacterias y antibióticos.

Bibliografía del artículo
1. Kuby J. Immunology, third edition, W.H. Freeman and Company, pp. 65-67, 1997.
2. Alam MS, Zaki MH, Yoshitake J, Akuta T, Ezaki T, Akaike T. Involvement of Salmonella enterica serovar Typhi RpoS in resistance to NO-mediated host defense against serovar Typhi infection. Microb Pathogen 40:116-125, 2006.
3. Alam MS, Akaike T, Okamoto S et al. Role of nitric oxide in host defense in murine salmonellosis as a function of its antibacterial and antiapoptotic activities. Infect Immun 70:3130-3142, 2002.
4. Moncada S, Higgs A. The L-arginine-nitric oxide pathway. N Eng J Med 329:2002-2012, 1993.
5. Ghaffari A, Miller CC, McMullin B, Ghahary A. Potential application of gaseous nitric oxide as a topical antimicrobial agent. Nitric Oxide 14:21-29, 2006.
6. Long R, Light B, Talbot JA. Mycobacteriocidal action of exogenous nitric oxide. Antimicrob Agents Chemother 43:403-405, 1999.
7. Granger DL, Hibbs JB, Perfect Jr. JR, Durack DT. Specific amino acid (L-arginine) requirement for the microbiostatic activity of murine macrophages. J Clin Investig 81:1129-1136, 1988.
8. James SL. Role of nitric oxide in parasitic infections. Microbiol Rev 59:533-547, 1995.
9. Nathan C. Inducible nitric oxide synthase: what difference does it make? J Clin Investig 100:2417-2423, 1997.
10. Nathan C, Shiloh UM. Reactive oxygen and nitrogen intermediates in the relationship between mammalian hosts and microbial pathogens. Proc Natl Acad Sci USA 97:8841-8848, 2000.
11. Brunelli L, Crow JP, Beckman JS. The comparative toxicity of nitric oxide and peroxynitrite to Escherichia coli. Arch Biochem Biophys 316:327-334, 1995.
12. DeGroote MA, Granger D, Xu Y, Campbell G, Prince R, Fang FC. Genetic and redox determinants of nitric oxide cytotoxicity in a Salmonella typhimurium model. Proc Natl Acad Sci USA 92:6399-6403, 1995.
13. Kuwahara H, Miyamoto Y, Akaike T et al. Helicobacter pylori urease suppresses bactericidal activity of peroxynitrite via carbon dioxide production. Infect Immun 68:4378-4383, 2000.
14. Jean D, Maitre B, Tankovic J et al. Beneficial effects of nitric oxide inhalation on pulmonary bacterial clearance. Crit Care Med 30:442-447, 2002.
15. DeGroote MA, Fang FC. NO inhibitions: Antimicrobial properties of nitric oxide. Clin Infect Dis 21(Suppl 2):S162-S165, 1995.
16. Coban AY, Durupinar B. The effect of nitric oxide combined with fluoroquinolones against Salmonella enterica serovar Typhimurium in vitro. Mem Inst Oswaldo Cruz 98:419-423, 2003.
17. McElhaney-Feser GE, Raulli RE, Cihlar RL. Synergy of nitric oxide and azoles against Candida species in vitro. Antimicrob Agents Chemother 42:2342-2346, 1998.
18. Fitzhugh AL, Keefer LK. Diazeniumdiolates: Pro- and antioxidant applications of the "NONOates". Free Radic Biol Med 28:1463-1469, 2000.
19. Coban AY, Bayramoglu G, Ekinci B, Durupinar B. Investigation of antibacterial effect of nitric oxide. Mikrobiyol Bul 37:151-155 (In Turkish), 2003.
20. Coban AY, Durupinar B. The investigation of the efficacy of nitric oxide against Mycobacterium tuberculosis in vitro. OMU Tip Derg 19:191-194 (In Turkish), 2002.
21. Coban AY, Ekinci B, Birinci A, Durupinar B. Investigation of the susceptibilities of rapidly growing non-tuberculosis mycobacteria to nitric oxide donor DETA-NO. Mikrobiyol Bul 35:513-517 (In Turkish), 2001.
22. Ghaffari A, Neil DH, Ardakani A, Road J, Ghahary A, Miller CC. A direct nitric oxide gas delivery system for bacterial and mammalian cell cultures. Nitric Oxide 12:129-140, 2005.
23. McMullin BB, Chittock DR, Roscoe DL, Garcha H, Wang L, Miller CC. The antimicrobial effect of nitric oxide on the bacteria that cause nosocomial pneumoniae in mechanically ventilated patients in the intensive care unit. Respir Care 50:1451-1456, 2005.