Biological and comparative genomic characterization of Staphylococcus aureus phage SJP49-2 and its effects on biofilm biomass

No mundo da segurança alimentar, um inimigo persistente esconde-se à vista de todos: o Staphylococcus aureus. Esta bactéria é uma viajante comum em produtos cárneos e lácteos, capaz de causar doenças não apenas pela multiplicação, mas pela libertação de toxinas que permanecem perigosas mesmo após as próprias bactérias serem mortas. O problema é agravado quando estas bactérias formam biofilmes, que são comunidades viscosas e protetoras que se agarram a superfícies como aço inoxidável ou plástico em instalações de processamento. Estas comunidades agem como uma fortaleza, protegendo as bactérias de produtos de limpeza padrão e tornando-as incrivelmente difíceis de remover. Como estas bactérias podem sobreviver em condições tão duras, os cientistas têm procurado uma forma mais precisa de as combater, voltando a atenção para os próprios predadores da natureza: vírus que infetam bactérias, conhecidos como bacteriófagos. Estes vírus são altamente específicos, caçando apenas os seus alvos bacterianos enquanto deixam outras células intactas, oferecendo uma potencial ferramenta biológica para limpar ambientes de produção de alimentos sem os produtos químicos agressivos que por vezes falham contra estes biofilmes resilientes.

Investigadores em Xinjiang, China, decidiram recentemente testar um vírus específico que isolaram, chamado SJP49-2, para ver se conseguiria caçar o Staphylococcus aureus e desmantelar estes biofilmes protetores. Começaram por examinar o vírus sob um microscópio, revelando uma estrutura típica do seu género: uma cabeça geométrica contendo o seu material genético e uma cauda longa e flexível usada para se ligar às bactérias. Para testar o seu alcance de caça, a equipa expôs o vírus a uma coleção de 92 estirpes diferentes da bactéria. O vírus provou ser um caçador habilidoso, atacando e destruindo com sucesso 64 dessas estirpes, uma taxa de sucesso de quase 70 por cento. Esta ampla capacidade de infetar diferentes versões da bactéria sugeriu que poderia ser uma ferramenta útil para lidar com as variadas estirpes encontradas em ambientes alimentares reais.

A equipa colocou depois o vírus numa série de testes de stress para ver quão bem conseguiria sobreviver às condições que poderia encontrar numa fábrica de processamento de alimentos. Expuseram-no a uma vasta gama de temperaturas e níveis de acidez. O vírus aguentou bem em ambientes neutros e à temperatura ambiente, mas teve dificuldades significativas quando aquecido acima dos 50 graus Celsius, perdendo a maior parte da sua capacidade de infetar bactérias após uma hora a temperaturas mais elevadas. Esta descoberta é crucial para aplicações de segurança alimentar, pois sugere que o vírus é mais adequado para uso em ambientes mais frescos ou como um passo final após o tratamento térmico, em vez de ser uma ferramenta para ser adicionada durante a cozedura. Também mostrou que o vírus poderia sobreviver numa vasta gama de níveis de pH, permanecendo ativo em ambientes ligeiramente ácidos ou ligeiramente alcalinos, o que cobre muitas condições encontradas no processamento de alimentos.

Em seguida, os investigadores investigaram como o vírus se comportava contra a bactéria em dois estados diferentes: flutuando livremente num líquido e trancada dentro de um biofilme. Quando as bactérias estavam a flutuar, o vírus impedia a sua multiplicação de forma eficaz, especialmente quando introduzido em números elevados. O verdadeiro teste, porém, veio com os biofilmes. A equipa tentou primeiro impedir a formação dos biofilmes, adicionando o vírus no início. Nestes casos, o vírus reduziu a quantidade de biomassa viscosa que se acumulou em quase 80 por cento em comparação com as amostras não tratadas. Também testaram se o vírus conseguiria decompor biofilmes que já tinham formado e endurecido. Isto foi ainda mais bem-sucedido; quando o vírus foi aplicado a biofilmes estabelecidos, reduziu a biomassa restante em quase 95 por cento. Isto indica que o vírus não é apenas bom em impedir as bactérias de construir uma fortaleza, mas também é capaz de desmantelar uma que já esteja em vigor.

Para ver se estes resultados se mantinham num cenário alimentar real, os investigadores colocaram as bactérias em cubos estéreis de carne bovina e trataram-nos com o vírus. Observaram as contagens bacterianas ao longo de oito horas. Na carne bovina não tratada, as bactérias multiplicavam-se rapidamente. Na carne tratada com o vírus, o número de bactérias era significativamente inferior no final do experimento, e a taxa de crescimento era muito mais lenta. O tratamento mais eficaz, onde o vírus foi introduzido na maior proporção em relação às bactérias, manteve a contagem bacteriana mais de duas unidades logarítmicas abaixo do grupo de controlo. Isto significa que o vírus conseguiu limitar o crescimento das bactérias na superfície da carne, impedindo que atingissem os números elevados observados nas amostras não tratadas.

Finalmente, a equipa olhou para o interior do vírus para compreender a sua composição genética. Sequenciaram todo o seu genoma, que é um círculo relativamente pequeno de ADN contendo 69 genes. Ao comparar este código genético com o de 19 outros vírus semelhantes, descobriram que, embora o vírus partilhe um conjunto central de genes com os seus parentes, também transporta uma combinação única de outros genes que o tornam distinto. A análise genética sugeriu que este vírus tem o potencial de entrar num estado de dormência dentro da bactéria, um traço conhecido como temperança, em vez de matar imediatamente o hospedeiro. No entanto, apesar deste potencial genético, o vírus demonstrou uma forte atividade antibacteriana nos seus experimentos. Os investigadores também percorreram os genes do vírus à procura de quaisquer sinais de perigo conhecidos, tais como toxinas que poderiam prejudicar os seres humanos, e não encontraram evidências de tais ameaças nas bases de dados padrão que consultaram, embora tenham observado que alguns nomes de genes nos dados eram inconsistentes e requeriam uma interpretação cuidadosa.

O estudo conclui que o SJP49-2 é um candidato promissor para o controlo do Staphylococcus aureus em ambientes relacionados com alimentos. Ele mata eficazmente as bactérias, impede a formação de lama protetora e pode decompor camadas de lama existentes, tudo isto demonstrando um perfil de segurança que não inclui toxinas humanas conhecidas. Embora o vírus seja sensível ao calor elevado, a sua capacidade de funcionar numa matriz de carne bovina e a sua ampla gama de atividade contra diferentes estirpes bacterianas sugerem que poderá ser uma adição valiosa ao conjunto de ferramentas utilizadas para manter os alimentos seguros. Os investigadores enfatizam que o seu trabalho fornece uma base sólida para estudos futuros, particularmente para compreender como este vírus interage com o seu hospedeiro e como as suas características genéticas únicas podem ser aproveitadas para melhores estratégias de segurança alimentar.