Bacillus cereus MHI 86 and Bacillus thuringiensis 5-29 both produce the antilisterial bacteriocin thuricin S – analysis of antimicrobial spectrum, stability, and producer strain suitability, including cytotoxicity evaluation

A segurança alimentar depende de um equilíbrio delicado entre manter as bactérias prejudiciais sob controle e garantir que os métodos usados para detê-las não introduzam novos perigos. Por décadas, cientistas buscaram soluções na natureza, focando em um grupo de substâncias chamadas bacteriocinas. Estas são pequenas proteínas produzidas por certas bactérias para combater seus competidores. Pense nelas como um sistema de defesa natural, onde um micróbio produz uma arma especificamente projetada para desativar outro. Embora muitas dessas substâncias sejam bem conhecidas, aquelas produzidas pela família Bacillus de bactérias são particularmente interessantes porque esses micróbios são encontrados em todos os lugares, desde o solo até os alimentos que comemos. No entanto, usá-las como uma ferramenta requer mais do que apenas encontrar uma bactéria que mate germes ruins; os pesquisadores também devem provar que a produtora em si é segura e que a arma que ela fabrica é forte o suficiente para sobreviver às condições severas do processamento de alimentos, como o calor e as mudanças na acidez.

Em um estudo recente, pesquisadores se propuseram a examinar duas linhagens específicas de bactérias, uma da família Bacillus cereus e outra da família Bacillus thuringiensis, intimamente relacionada, ambas isoladas originalmente de amostras de alimentos e suspeitas de produzir uma substância poderosa conhecida como thuricin S. Esta substância é famosa por sua capacidade de atingir Listeria monocytogenes, um patógeno perigoso que pode sobreviver em alimentos refrigerados e causar doenças graves. A equipe queria saber se essas duas bactérias diferentes estavam essencialmente fazendo a mesma coisa, como elas fabricavam essa arma e se era segura o suficiente para uso no mundo real. Eles não apenas observaram se as bactérias matavam outros germes; eles mergulharam profundamente no código genético para ver como o manual de instruções para fabricar a substância era escrito, mediram o tamanho exato da proteína e testaram como ela resistia ao calor, à acidez e às enzimas digestivas.

A investigação começou cultivando as duas linhagens bacterianas em um líquido rico em nutrientes e observando-as ao longo do tempo. Os pesquisadores descobriram que ambas as bactérias começavam a produzir sua substância antibacteriana conforme entravam em uma fase de crescimento rápido, com a atividade tornando-se claramente detectável após oito horas. Uma linhagem, Bacillus cereus MHI 86, mostrou uma atividade ligeiramente mais forte do que a outra, Bacillus thuringiensis 5–29, mas ambas foram eficazes. Quando os cientistas mediram quanto da substância era necessário para interromper o crescimento de Listeria, descobriram que quantidades muito pequenas eram suficientes. A linhagem de B. cereus exigiu cerca de 5,73 microgramas por mililitro para deter o patógeno, enquanto a linhagem de B. thuringiensis precisou de cerca de 10,77 microgramas por mililitro. Para colocar isso em perspectiva, um antibiótico padrão usado para comparação foi eficaz em uma concentração de apenas 0,20 microgramas por mililitro, mostrando que, embora a bacteriocina seja poderosa, não é tão potente quanto alguns medicamentos tradicionais, embora ofereça uma alternativa natural.

Para entender como essas bactérias construíram sua arma, os pesquisadores examinaram seus projetos genéticos. Eles descobriram que ambas as linhagens carregavam um conjunto específico de genes responsáveis pela produção de thuricin S. Esses genes estavam organizados em um padrão repetitivo, com três cópias da sequência de instruções alinhadas uma após a outra. Esse arranjo é semelhante ao observado em outras bactérias relacionadas, sugerindo uma estratégia evolutiva comum para a produção dessas substâncias. A equipe também verificou quando esses genes eram ativados. Eles descobriram que as bactérias produziam consistentemente as instruções genéticas para a bacteriocina a partir de oito horas de crescimento, o que coincidia com o tempo em que a atividade antibacteriana foi observada pela primeira vez. Isso confirmou que as bactérias estavam fabricando ativamente a substância durante sua fase de crescimento, em vez de apenas armazená-la.

Em seguida, os cientistas precisavam confirmar exatamente como a substância era e qual era o seu peso. Eles purificaram a substância do líquido onde as bactérias cresceram e a submeteram a uma série de testes. Um teste, que separa proteínas por tamanho, mostrou uma banda distinta em aproximadamente 3,1 kilodaltons, uma unidade usada para medir a massa de moléculas. Para obter uma medição mais precisa, utilizaram uma máquina de alta tecnologia que pesa moléculas individuais. Essa análise revelou que a principal substância ativa tinha uma massa de 3137,6 daltons. Esse peso específico correspondeu ao perfil conhecido da thuricin S, confirmando que ambas as bactérias estavam de fato produzindo o mesmo tipo de arma. Eles também encontraram uma segunda versão, ligeiramente menor da substância, que pode ser uma variante ou uma forma levemente alterada, mas o ingrediente ativo primário foi claramente identificado.

O verdadeiro teste para qualquer conservante alimentar é se ele consegue sobreviver às condições que enfrentará no mundo real. Os pesquisadores submeteram a substância purificada a vários estresses. Descobriram que ela permanecia totalmente ativa em ambientes ácidos e neutros, funcionando bem em níveis de pH tão baixos quanto 3 e tão altos quanto 7. Isso é crucial porque muitos alimentos, como carnes fermentadas e queijos, são ácidos. Eles também testaram sua resistência ao calor. A substância reteve mais de 89 por cento de seu poder de morte mesmo após ser aquecida a 80 graus Celsius, e ainda manteve 87 por cento de sua atividade após ser fervida a 100 graus Celsius. No entanto, se a temperatura fosse elevada aos níveis extremos usados na esterilização, em torno de 121 graus Celsius, a atividade caía significativamente. Isso sugere que, embora a substância seja resistente, não é indestrutível e pode ser melhor utilizada em alimentos que não sejam submetidos às temperaturas de esterilização mais altas.

Os pesquisadores também verificaram como a substância reagia às enzimas, que são as proteínas em nossos corpos e nos alimentos que quebram outras proteínas. Quando trataram a substância com enzimas como tripsina e quimiotripsina, que são comuns na digestão, ela permaneceu amplamente ativa. No entanto, quando usaram uma enzima muito forte chamada proteinase K, a substância foi completamente destruída. Esse resultado confirmou que a arma é, de fato, uma proteína, pois foi quebrada pela enzima projetada para consumir proteínas, mas era robusta o suficiente para resistir às enzimas mais brandas que poderia encontrar nos alimentos ou no intestino humano.

Talvez a parte mais crítica do estudo tenha sido garantir que as bactérias que produzem essa arma sejam seguras para uso. Bacillus cereus é uma espécie que às vezes pode causar intoxicação alimentar, então os pesquisamadores tiveram que ter certeza de que essas linhagens específicas não produziam toxinas prejudiciais. Eles testaram as bactérias para a produção de enterotoxina não hemolítica, uma toxina associada à diarreia, e descobriram que nenhuma das linhagens produzia quantidades detectáveis dela, mesmo sob condições que normalmente incentivariam a produção de toxinas. Além disso, testaram a segurança do líquido bacteriano em células intestinais humanas cultivadas em laboratório. O líquido de ambas as linhagens não causou danos às células, enquanto o líquido de uma linhagem conhecida por ser tóxica causou danos significativos. Esse perfil de segurança é essencial, pois significa que as bactérias podem ser usadas para proteger os alimentos sem introduzir novos riscos à saúde.

O estudo conclui que tanto a Bacillus cereus MHI 86 quanto a Bacillus thuringiensis 5–29 são excelentes candidatas para a produção de thuricin S. Elas geram uma substância potente, estável e segura que pode atingir eficazmente Listeria e outras bactérias prejudiciais. Como a substância pode resistir ao calor e à acidez, ela promete ser usada na preservação de alimentos, particularmente aqueles que são pasteurizados, mas que podem ser contaminados posteriormente durante o processamento. A pesquisa fornece um quadro claro de como essas bactérias fabricam sua arma, como a arma funciona e por que ela é segura, oferecendo uma nova ferramenta potencial para manter nosso suprimento de alimentos mais seguro sem depender exclusivamente de conservantes químicos tradicionais.