Introdução

A contaminação microbiana inaceitável de alimentos é caracterizada por um perigo biológico, que pode acarretar riscos à saúde humana. Nesse sentido, é de alta relevância garantir a qualidade microbiológica do alimento, a fim de evitar a ocorrência de Doenças de Transmissão Hídrica e Alimentar (DTHA). Todavia, os consumidores exigem que os produtos sejam minimamente processados e sem adição de conservantes. Neste contexto, as bacteriocinas destacam-se por serem conservantes, devido a sua ação antimicrobiana, que não apresentam toxicidade e aplicam-se à indústria alimentícia (KIM; AHN; AHN, 2022).

Por outro lado, a crescente ampliação dos patógenos resistentes a antimicrobianos é uma ameaça à saúde pública. Relata-se que, se não implementadas medidas de resolução para o problema, até 2050, o mundo poderá atingir 444 milhões de mortes devido a doenças causadas por microrganismos resistentes. Logo, soluções alternativas à utilização de antimicrobianos convencionais já não eficazes devem ser aplicadas a fim de se garantir a saúde humana. Neste contexto, as bacteriocinas detêm mecanismos de ação diversos, bactericidas e bacteriostáticos, que atuam sobre às bactérias resistentes aos fármacos convencionais (XIANG et al., 2022).

Além da saúde humana, os microrganismos resistentes permeiam a saúde animal, gerando baixa taxa de sucesso em tratamentos e não resolução de casos clínicos, como é o caso de mastite causada por cepas de Staphylococcus aureus. Dessa forma, existem bacteriocinas, como a nisina, produzida por Lactococcus lactis, que demonstraram serem aplicáveis a doenças infecciosas, em animais. No mesmo sentido, estas podem ser a opção para o tratamento de doenças causadas por Staphylococcus aureus resistente ao antibiótico meticilina (CASTELANI et al., 2019).

Nessa perspectiva, dentre os compostos bioativos produzidos pelas bactérias, estão as bacteriocinas, peptídeos formados nos ribossomos bacterianos, sendo uma possibilidade de tratamento de processos infecciosos. Além de apresentarem especificidade, não são tóxicas e não permanecem no ambiente, por serem degradadas por enzimas proteolíticas. Assim, as bacteriocinas podem ser aplicadas em diversos ramos que objetivam combater microrganismos com igualdade evitando a resistência microbiana (DABA; ELKHATEEB, 2024).

Portanto, o presente estudo tem como objetivo abordar sobre a aplicabilidade das bacteriocinas na indústria alimentícia e na saúde única. Com isso, serão ampliados os conhecimentos sobre estes peptídeos, a fim de incentivar a utilização dos mesmos, visto a importância de se combater microrganismos de origem alimentar e aqueles que interferem negativamente na saúde única por meio dos seus mecanismos de resistência.

Bacteriocinas e sua aplicação na indústria alimentícia

A composição química e tamanho são fatores que determinam as categorias das bacteriocinas. Em primeiro plano, bacteriocinas de classe I apresentam peso molecular inferior a 5 kDa (quilodalton) e o seu principal mecanismo de ação é por meio da formação de poros na membrana plasmática bacteriana. Por outro lado, as de classe II possuem peso de 5 a 10 kDa. Dentre as subdivisões, as bacteriocinas pertencentes à subclasse II-A formam poros na membrana celular, visto que penetram na porção C terminal da mesma. Ainda, aquelas pertencentes à subclasse II-B modificam a permeabilidade da membrana a íons que levam à morte celular. Semelhante a isto, as bacteriocinas de subclasse II-C penetram na membrana celular, ocasionando a perda de íons e as de subclasse II-D também, mas se ligam a receptores distintos. Por fim, bacteriocinas de classe III são proteínas com peso superior a 10 kDa e destroem a parede celular bacteriana ou rompem a membrana, ocasionando lise celular (MANNA; MONDAL, 2023).  

Ainda é importante destacar que a morfologia das bacteriocinas interfere em sua atividade. Desse modo, as bacteriocinas circulares possuem uma estrutura cíclica que confere rigidez ao peptídeo. Assim, pode-se citar a bacteriocina circular Ent53B, produzida pela bactéria Enterococcus faecium, que apresenta atividade antimicrobiana contra Lactococcus lactis em meios mais alcalinos, além de alta estabilidade a enzimas proteolíticas e ao calor. Frente a isso, demostrou-se que a bacteriocina circular possui atividade em situações em que a nisina, por exemplo, seria degradada. Dessa forma, a utilização de bacteriocinas circulares possui vantagens e tem potencial de ser aplicada à produção de alimentos (WANG et al., 2023).

A nisina, produzida por Lactococcus lactis e outras bactérias gram-positivas, como Staphylococcus spp. e Streptococcus spp., é a bacteriocina mais popular utilizada na indústria alimentícia. Dessa forma, é encontrada, naturalmente, em produtos lácteos, por ser produzida por uma bactéria intrínseca do leite. Sua atividade contra bactérias gram-positivas justificam a utilização na preservação e segurança de alimentos. Além disso, a nisina pode ser utilizada, seguramente, até a dose de 12,5 mg/kg (miligramas por quilo) e é facilmente degradada no intestino, de forma a não perturbar a microbiota intestinal (TAVARES et al., 2024).  

Relatou-se a ação da bacteriocina lactiscina, produzida por Lactococcus lactis, contra Escherichia coli, Vibrio parahemolyticus, Staphylococcus aureus e Micrococcus luteus. A indução de permeabilização da membrana bacteriana ilustrou o mecanismo de ação desta bacteriocina. Por conseguinte, observou-se que a lactiscina possui amplo espectro, além de ser estável a pH entre 3,0 e 12,0 e ao aquecimento a 100 ºC por 30 minutos. Assim, a fim de garantir qualidade alimentar, a indústria, por meio de um sistema de purificação, pode extrair a lactiscina, produzida por uma bactéria ácido lática, com efeito bioconservante (RUKYING et al., 2023).

Ainda no contexto da indústria alimentícia, demonstrou-se a viabilidade da utilização de bactérias ácido láticas, produtoras de bacteriocinas, em embalagens de alimentos. Com isso, é possível inibir o crescimento de microrganismos patogênicos e deteriorantes, a fim de garantir a qualidade higiênico-sanitária e sensorial do produto. Dessa forma, uma cepa de Latilactobacillus curvatus, por meio da produção de bacteriocinas, reduziu a contagem de Listeria innocua até o final da vida de prateleira do alimento, em filme de proteína, inulina e gelatina do soro de leite. Portanto, estudos devem ser desenvolvidos no que tange à viabilidade da utilização de microrganismos com ação probiótica e antimicrobiana em embalagens de alimentos (SILVA; TEIXEIRA; SILVA, 2023).

Aplicação de bacteriocinas na saúde humana

No que se diz respeito à resistência antimicrobiana, seu desenvolvimento relaciona-se ao uso indiscriminado e irracional dos antibióticos. Portanto, a saúde humana apresenta-se em risco, visto que já não existem fármacos disponíveis para o tratamento de determinadas afecções e o desenvolvimento de antimicrobianos para isso não é rapidamente viável. Nesse sentido, as bacteriocinas podem ser aplicadas, por diversas vias de administração, como via oral, subcutânea, intravenosa, intranasal e intravaginal, com intuito de combater microrganismos resistentes. Contudo, as aplicações locais demonstram maior eficácia na utilização das bacteriocinas, mas, estratégias devem ser desenvolvidas para otimizar o efeito sistêmico das mesmas (FLYNN; RYAN; HUDSON, 2021).

Além de seu efeito antimicrobiano, as bacteriocinas apresentam atividade anticarcinogênica, por meio do estímulo à apoptose e inibição à proliferação de oncócitos. Ainda, foi relatado que a nisina inibiu fatores de transcrição relacionados à resistência das células tumorais aos quimioterápicos, apontando a possibilidade de regressão da doença. Nesse sentido, a nisina apresentou resultados satisfatórios contra células de carcinoma cervical, colorretal e hepatocelular em humanos (BALCIK-ERCIN e SEVER, 2022).

Dentre os fatores para prevenção de ocorrência de cáries, destacam-se as bacteriocinas. Lactobacillus fermentum, bactéria ácido lática, probiótica e produtora de bacteriocina, mostrou efeitos promissores na manutenção da saúde bucal e prevenção contra periodontite. Vale ressaltar que as bactérias ácido láticas são as principais produtoras de bacteriocinas e podem inclusive ser aplicadas na redução de bactérias que desenvolvem infecção do sistema gênito-urinário em humanos. Dessa forma, é possível administrar bacteriocinas em cateteres, que são fonte de patógenos importantes causadores de infecções do sistema gênito-urinário (MIGLANI et al., 2023).

 Aplicação de bacteriocinas na saúde animal

A aplicação de soluções antes e após a ordenha são práticas importantes para a redução da contagem de microrganismos no leite e para a prevenção de infecção intramamária em vacas. Desse modo, as bacteriocinas podem ser aplicadas nas soluções que desinfetam o teto. Logo, observou-se em estudo que a nisina e reuterina reduziram a contagem bacteriana total e de Staphylococcus spp. do teto. Em vista disso, a aplicação das bacteriocinas no teto das vacas possui custo inferior e menor risco por efeitos tóxicos, quando comparados aos antimicrobianos. Contudo, para melhor eficácia, é indicado associar mais de um tipo de bacteriocina e, além disso, a combinação dessas com antimicrobianos pode ampliar seu espectro de ação (BENNETT et al., 2022).

Semelhante à nisina, a reuterina pode ser utilizada como bioconservante natural. Lactobacillus reuteri produz a reuterina durante a fermentação anaeróbica. Apesar de causar lise de bactérias gram-positivas e negativas, ainda não existem estudos consistentes, in vivo, quanto ao efeito tóxico e a segurança da substância. Contudo, estudos in vitro demonstraram que a reuterina não causa destruição das vilosidades intestinais e hemólise de células sanguíneas (SALTANI et al., 2021).

Além de seu efeito terapêutico, os antimicrobianos são utilizados nas criações animais para efeito zootécnico, como melhoria da conversão alimentar e ganho de peso. Todavia, as práticas inadequadas de utilização destes fármacos levam ao desenvolvimento de resistência antimicrobiana. Assim, Telhig et al. (2022) realizaram um experimento com duzentos e oitenta e oito leitões a fim de avaliar o efeito de bacteriocinas, comparado aos fármacos convencionais, no crescimento desses animais. Em suma, foi relatado que os animais submetidos à utilização de bacteriocinas apresentaram crescimento semelhante aqueles que foram tratados com antimicrobianos.

Por outro lado, com intuito de aumentar a qualidade do sêmen utilizado na reprodução animal, um dos componentes da solução pode ser bacteriocinas. Nesse contexto, utilizou-se a bacteriocina 860/1c, produzida por bactérias da família Enterobacteriaceae, e observou-se redução na contagem de Escherichia coli, quando comparado ao sêmen sem bacteriocina. Ainda, não se observou impacto na fertilidade dos animais com a aplicação desse peptídeo. Portanto, mais estudos devem ser elaborados sobre a utilização de bacteriocinas na preservação de sêmen destinado à inseminação artificial em animais (JAKOP et al., 2021).

Por fim, a produção de bacteriocinas possui desafios, por ser altamente dispendiosa. Dentre algumas etapas, as bacteriocinas devem ser precipitadas, filtradas e submetidas à cromatografia, que compõem o processo de purificação do peptídeo (VERMA et al., 2022). Outro desafio relatado foi a resistência de microrganismos contra algumas bacteriocinas, como nisina e pediocina. Contudo, a combinação de diversas bacteriocinas, assim como a modificação dos resíduos de aminoácidos dessas, por meio de bioengenharia, combatem a resistência das bactérias contra essas (KUMARIYA et al., 2019). 

 Impactos ambientais da resistência a antimicrobianos

A resistência bacteriana a antimicrobianos caracteriza-se quando a concentração inibitória mínima do fármaco torna-se superior à concentração necessária para o mesmo exercer o efeito em cepas não resistentes. Nesse sentido, uma posologia normalmente utilizada não possibilitará êxito no tratamento. Sabe-se, também, que os genes de resistência aos antibióticos é um componente da natureza. Contudo, a utilização inadequada dos antibióticos e a forma de eliminação no ambiente colaboram para o desenvolvimento da resistência a esses fármacos (BOOTH; AGA; WESTER, 2020).

Neste contexto, relatórios revelam que a contaminação química de antibióticos de ambientes aquáticos é um importante fator para o desenvolvimento da resistência bacteriana. Associado a isso os genes de resistência compartilham-se entre os microrganismos, por meio de conjugação, transdução e transformação. Com isso, observa-se uma ampliação da resistência aos antibióticos, gerando, no meio ambiente, superbactérias nocivas à saúde dos animais e seres humanos (VARGAS-VILLALOBOS et al., 2024).

A poluição por baixas concentrações de antimicrobianos no meio ambiente, associado aos genes de resistência, a longo prazo, manifestam o desenvolvimento de bactérias resistentes. Com isso, por vias diretas e indiretas estes microrganismos entram em contato com os seres humanos e podem desenvolver enfermidades. Atrelado a isso, a Organização Mundial da Saúde apresenta uma lista das bactérias resistentes que geram preocupação global, dentre elas destaca-se Pseudomonas aeruginosa multirresistente (WERKNEH; ISLAM, 2023).

Por fim, a saúde única envolve a saúde animal, humana e ambiental. Nesse sentido, torna-se nocivo à saúde única a utilização inadequada de antimicrobianos em seres humanos e na pecuária, além do descarte de resíduos no meio ambiente. Assim, as bactérias multirresistentes fazem parte da realidade (SAMREEN et al., 2021). Contudo, a bacteriocina BMP32r, produzida por Lactobacillus crustorum, mostrou atividade antimicrobiana contra bactérias multirresistentes, além do amplo espectro de ação, contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Ainda, esta bacteriocina apresentou estabilidade físico-química e segurança, podendo ser formulada para utilização como um antimicrobiano (QIAO et al., 2020).

 Considerações finais

As bacteriocinas possuem uma ampla gama de aplicações, inclusive na indústria de alimentos, com eficácia comprovada na produção de alimentos seguros e com prazo de validade prolongado. Além disso, garantir a saúde humana é uma das funções das bacteriocinas, principalmente no tratamento de afecções causadas por bactérias resistentes a antimicrobianos convencionais. Da mesma forma, a sua utilização aplica-se à saúde animal e melhoria de índices zootécnicos. Entretanto, ainda se faz necessário um maior estímulo à pesquisa no que diz respeito as formas de utilização e eficiência de produção em larga escala das bacteriocinas, a fim de se evidenciar seus efeitos promissores.