Antifungal activity of plant extracts: spent coffee grounds

Abstract

Nos últimos anos, uma crescente incidência de infeções fúngicas tem sido responsável por milhões de mortes anualmente, maioritariamente causadas por infeções sistémicas e asma severa devido à sensitização aos fungos. Infeções superficiais da pele, unhas, cabelo e mucosa são as infeções fúngicas mais comuns em humanos, afetando aproximadamente 25 % da população mundial. O uso generalizado dos antifúngicos na saúde humana e animal e na proteção da agricultura intensiva têm tornado a terapia antifúngica menos eficaz devido ao aparecimento de estirpes resistentes, sendo necessária a descoberta de antifúngicos novos e eficazes. Os produtos naturais são ricos em compostos bioativos que oferecem oportunidades ilimitadas para o desenvolvimento de novos medicamentos.O café é um dos produtos mais populares e consumidos em todo o mundo, produzindo toneladas de resíduos sólidos, conhecidos como borras de café (Spent coffee grounds - SCG). SCG são resíduos obtidos durante a preparação do café e sendo um subproduto do café contém diversos compostos bioativos que podem ser explorados para aplicação na área da biotecnologia.O principal objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antifúngica das borras de café das cápsulas Delta Qalidus® (café) e Delta deQafeinatus® (descafeinado) em leveduras e fungos filamentosos. Utilizando o método de microdiluição, foi possível concluir que os extratos etanólicos de SCG de café e descafeinado têm atividade antifúngica em Candida krusei, Candida parapsilosis, Trichophyton mentagrophytes e Trichophyton rubrum, agentes de infeção da pele. Para além disso, ambos os extratos de SCG têm atividade fungicida nos dermatófitos T. mentagrophytes e T. rubrum. Para compreender o mecanismo de ação subjacente à atividade antifúngica, foram quantificados os compostos da membrana celular e da parede celular dos fungos. O extrato de SCG de café provocou uma diminuição significativa no conteúdo de ergosterol de C. parapsilosis enquanto que o extrato de SCG de descafeinado reduziu significativamente os níveis de quitina, revelando-se a síntese destes componentes da membrana celular e da parede celular dos fungos possíveis alvos para os extratos de SCG. Alterações ultraestruturais foram observadas em imagens de microscopia eletrónica de transmissão de C. parapsilosis e T. rubrum após a exposição aos extratos.Em geral, o presente estudo permitiu confirmar a atividade antifúngica de extratos etanólicos de SCG e representam uma potencial fonte de compostos bioativos para o desenvolvimento de novos agentes antifúngicos, especialmente para o tratamento de infeções fúngicas da pele.

In the last years, a worldwide increase in the incidence of fungal infections has been responsible for millions of deaths annually mostly caused by systemic infections and severe asthma due to fungal sensitization. Superficial infections of the skin, nails, hair and mucosa are the most common fungal diseases in humans affecting approximately 25% of the global population. The widespread of antifungal drugs used both in human and animal health and in the protection of intensive agriculture are turning antifungal therapy less effective due to the emergence of resistant strains. This turns essential the discovery of new and effective antifungals. Natural products are rich in bioactive compounds that provide unlimited opportunities for new drug development. Coffee is one of the most popular and consumed product in the world, generating tons of solid waste known as spent coffee grounds (SCG). SCG are the residues obtained during the ground coffee brewing (CG), and, as a coffee by-product it contains several bioactive compounds that can be exploited for biotechnology purposes.In line with this, the main goal of this project was to evaluate the antifungal activity of SCG from Delta Qalidus® (caffeinated) and Delta deQafeinatus® (decaffeinated) coffee capsules against yeasts and filamentous fungi. Using a microdilution broth assay, it was possible to conclude that SCG ethanolic extracts have antifungal activity against Candida krusei, Candida parapsilosis, Trichophyton mentagrophytes and Trichophyton rubrum, all skin fungal agents. More, SCG had fungicidal activity against the dermatophytes, T. mentagrophytes and T. rubrum. To understand the underlying mechanisms of the antifungal activity, fungal cell membrane and fungal cell wall components were quantified. Caffeinated SCG caused a significant reduction on ergosterol content while decaffeinated SCG significantly reduced chitin levels of C. parapsilosis revealing the synthesis of this membrane component and cell wall component as possible targets of caffeinated SCG and decaffeinated SCG, respectively. Ultrastructural changes were observed in transmission electron microscopy (TEM) images of C. parapsilosis and T. rubrum after exposure to SGC extratcts. Overall, the present study confirmed the antifungal activity of SCG and present a potential source of bioactive compounds for the development of new antifungal agents, especially for the treatment of skin fungal infections.