BACTERIOCINAS - MECANISMO DE AÇÃO E USO

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RESUMO: Alguns microrganismos possuem a capaci-dade de produzir substâncias que podem influenciar nodesenvolvimento de outros microrganismos. Desde osanos 50 é relatada a habilidade de várias espécies debactérias do gênero Bacillus de produzir substânciascom atividade antimicrobiana, dentre essas são relata-das a subtilisina, as proteases e as termolisinas. Em setratando de antimicrobianos a maior ênfase é dada asbacteriocinas. Essas são definidas como peptídiosantimicrobianos que destroem ou inibem o crescimentode outras bactérias taxonomicamente relacionadas coma cepa produtora. Muitas bactérias ácido-láticas produ-zem uma grande diversidade de bacteriocinas, sendo anisina a única bacteriocina reconhecida pelo FDA (Foodand Drug Administration) e usada como conservadoralimentar. Muitas bacteriocinas têm sido caracterizadasbioquimicamente e geneticamente. Embora sejam conhe-cidas, a função estrutural, a biossíntese e modo de açãode algumas bacteriocinas, muitos aspectos desses com-postos ainda permanecem desconhecidos. Esse artigodescreve uma revisão sobre síntese, estrutura e meca-nismo de ação de bacteriocinas bem como suas aplica-ções em alimentos. Alguns dados de toxicidade tambémsão relatados.

PALAVRAS-CHAVE: Antimicrobianos; bacteriocinas;conservação de alimentos.

Introdução

A contaminação de alimentos é um problema sériouma vez que, causa grandes índices de morbidade. Abre-seentão, a necessidade de desenvolver-se alternativas de con-servação para que aliadas às tecnologias existentes, sejapossível disponibilizar para população alimentos de quali-dade cada vez melhor e mais seguros sob o ponto de vistamicrobiológico e toxicológico.32

Segundo Jack et al.31, a maioria, senão todas as bac-térias, é capaz de produzir várias substâncias no curso deseu crescimento in vitro, que podem ser inibitórias tantopara si quanto para outras bactérias. Essas substâncias po-

BACTERIOCINAS: MECANISMO DE AÇÃO E USONA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS

*Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos - CAL - Centro de Ciências Agrárias - CCA - Universidade Federal de Santa Catarina- UFSC - Itacorubi - 88.034-001 - Florianópolis - SC - Brasil.

derão exercer efeito bactericida ou bacteriostático. Tais subs-tâncias incluem:

• toxinas;• enzimas bacteriolíticas como lisostafina, fosfolipase A e

hemolisinas;• subprodutos das vias metabólicas primárias como ácidos

orgânicos, amônia e peróxido de hidrogênio e vários ou-tros metabólitos secundários;

• substâncias antibióticas como garamicina, valinomicina ebacitracina, que são sintetizadas por complexosmultienzimáticos (sua biossíntese, ao contrário dos agen-tes tidos como bacteriocinas, não é diretamente bloquea-da por inibidores ribossomais da síntese de proteínas);

• bacteriocinas (são proteínas antimicrobianas ou comple-xos protéicos, usualmente um peptídeo, ativos contra es-pécies bacterianas).

Até o presente, a nisina consiste na única bacteriocinautilizada comercialmente como agente natural de conserva-ção de alimentos.45 Do ponto de vista industrial, asbacteriocinas e outros agentes antimicrobianos naturais sãomuito interessantes justamente pelo apelo de "segurança"que sugerem. Com a mudança das exigências do consumi-dor, este será um atributo cada vez mais valorizado. Diantedisso, tudo indica que conservadores naturais, particular-mente em adição ou combinação sinergística com outros fa-tores e técnicas; que já estão em uso, terão um papel impor-tante em um futuro próximo, principalmente se estes agentestenham nos alimentos a mesma ação efetiva verificada emensaios laboratoriais.24

Bacteriocinas: peptídeos antimicrobianos de bactérias

As primeiras bacteriocinas descritas foram ascolicinas, que são ativas contra Escherichia coli.26 Atual-mente são conhecidas muitas outras bacteriocinas produzi-das por microrganismos Gram-positivos, patogênicos ounão.61

A nisina é uma bacteriocina produzida por certas li-nhagens de Lactococcus lactis, cujo nome é derivado dotermo "N-inhibitory substances"(NiS) adicionado ao sufixoINA. 11, 12 De acordo com Harris et al.27, essa bacteriocina foi

Denys SCHULZ*Murilo Anderson PEREIRA*

Raquel Regina BONELLI*Márcia Menezes NUNES*

Cleide Rosana Vieira BATISTA*

Alim. Nutr., Araraquara, v.14, n.2, p. 229-235, 2003

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descrita pela primeira vez por Rogers57, como uma substân-cia inibidora do crescimento do Lactobacillus bulgaricus.Posteriormente, chegou-se a conclusão de que a nisina inibeo crescimento de bactérias Gram-positivas e o crescimentode esporos de Clostridium e Bacillus.13, 34

A classificação das bacteriocinas de bactérias ácido-láticas investigadas até o momento diferem em seus espec-tros de atividade, características bioquímicas e determinantesgenéticos. Entretanto, a maioria delas possui baixa massamolecular (3 a 10 kDa), alto ponto isoelétrico, e contémregiões hidrofílicas e hidrofóbicas.14

Klaenhammer35 propôs que, baseadas na sua estru-tura primária, peso molecular, estabilidade ao calor e organi-zação molecular as bacteriocinas de bactérias ácido-láticaspodem ser subdivididas em 4 grupos:• classe I - lantibióticas, caracterizadas pela presença de

lantionina e b-metil lantionina;• classe II - pequenas (<10 kDa) e relativamente estáveis ao

calor, são peptídeos de membrana ativa que não contêmlantionina, subdivididos em: (a) peptídeos ativos contraListeria, com seqüência N-terminal definida (classe IIa);(b) complexos, que requerem dois diferentes peptídeos paraque tenham atividade (classe IIb); (c) e peptídeos com tiolativado, que requerem resíduos de cisteína reduzidos paraque sejam ativos (classe IIc);

• classe III - grandes (>30 kDA), proteínas termolábeis; e• classe IV - bacteriocinas complexas que contêm porções

lipídicas ou de carboidratos além da porção protéica.11, 34

Em função das semelhanças observadas nas suascaracterísticas, essa classificação acabou sendo adotadatambém para substâncias produzidas por outras bactériasGram-positivas.21, 36, 48

Segundo Jack31, tem sido sugerido que um subgrupode "peptídeos ativos contra Listeria " poderia ser estabele-cido entre as bacteriocinas não lantibióticas, baseado napresença de uma seqüência particular de sete aminoácidosque aparentemente estão relacionados à sua atividade con-tra esse microrganismo (classe IIa).

Existem outras propostas de classificação debacteriocinas de bactérias láticas e a pesquisa na área debacteriocinas é muito dinâmica, devendo ser necessário al-gum tempo até que um sistema de classificação definitivoseja obtido.14

Síntese, estrutura e mecanismo de ação de bacteriocinas

Segundo demonstrado em estudos sobre nisina (L.lactis), pediocina (P. acidilactici), subtilisina (B. subtilis) eoutras bacteriocinas conhecidas, as bacteriocinas de bacté-rias Gram-positivas são formadas, primeiramente, como pre-cursores com pequena atividade biológica.17, 50

Nes et al.50 relataram que todas as bacteriocinas atéentão conhecidas são sintetizadas como pré-peptídeos comuma seqüência N-terminal que dirige seu transporte para forada célula e é removida antes que uma bacteriocina ativa pos-sa ser detectada.

Na região C-terminal, em alguns casos, o polipeptídeoprecursor sofre modificações pós-tradução. Estas modifica-ções incluem:• desidratação de resíduos de serina e/ou treonina específicos,o que resulta na formação de 2,3-dideidroaminoácidos; e• adição de grupos tióis de resíduos de cisteína as ligaçõesduplas de alguns desses aminoácidos, o que gera resíduos

de lantionina e b-metil lantionina.29

De acordo com Havarstein et al.28, o transporte dospeptídeos para o ambiente externo é carreado por um efluxodependente de ATP de complexos protéicos associados àmembrana.

Quanto à sua atividade, as bacteriocinas podem vari-ar conforme a espécie bacteriana sensível e o ambiente emque se encontram.46 De maneira geral, as bacteriocinas po-dem promover um efeito letal bactericida sem lise celular67,com lise celular37 ou com efeito bacteriostático.37, 46, 67

A maioria das bacteriocinas de bactérias ácido-láticascaracterizadas, parece ter um mecanismo de ação comum, noqual elas dissipam a força próton-motriz (FPM), com modifi-cações no potencial de membrana ( ) e no gradiente deconcentração de H+ ( pH). Tais efeitos, em microrganismos-alvo, levam à formação de poros na membrana citoplasmática,conforme Figura 1.7, 11, 43, 54

Bacteriocinas da classe I

Bacteriocinas são geralmente moléculas catiônicas,anfipáticas, compostas por 12 a 45 resíduos de aminoácidos.A estrutura de vários lantibióticos tem sido elucidada atra-vés de ressonância magnética nuclear.43, 54

Moll et al.43 e Montville e Chen44 apresentaram, doismodelos que oferecem mecanismos alternados para a forma-ção dos poros. Ambos os modelos propõem que, inicialmen-te, a nisina liga-se à membrana-alvo através de algum graude interação eletrostática. No primeiro, a nisina liga-se comoum monômero, insere-se nas bi-camadas de lipídeos e osmonômeros inseridos agregam-se lateralmente para formarporos.53,59 No segundo, a formação dos poros é causada poruma perturbação local na camada lipídica que ocorre quandoas moléculas de nisina se ligam.15 A nisina é então atraídapara a membrana por um componente da FPM. A orientaçãodas moléculas não muda relativamente aos grupos lipídicos,portanto, o peptídeo não entra em contato com a partehidrofóbica da membrana. Em vez disso, os resíduoshidrofóbicos da nisina são superficialmente inseridos naparte externa da bicamada lipídica. Os dois modelos descri-tos são apresentados na Figura 1.

Representação esquemática da nisina mostrando domínios N e C-termi-nais conectados por uma região flexível.A. face hidrofílica está representada como escura e a hidrofóbica clara.B. Modelo de Ojcius e Young53 e Sahl59

C. Modelo de Driessen et al.15

Fonte: Montville e Chen44

FIGURA 1 - Modelos propostos para a formação de poros nacélula-alvo pela ação da nisina.


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Bacteriocinas da classe II

As bacteriocinas da classe II possuem espectro limi-tado de atividade e parecem ter sua ação mediada por algumtipo de receptor.41 De acordo com Moll et al.43, a natureza detais "receptores" ainda não foi elucidada. Sabe-se, contudo,que as bacteriocinas da classe II também dependem defosfolipídios aniônicos para a interação inicial com a mem-brana.9

Moll et al.43 destacam ainda que, curiosamente, damesma forma que para as bacteriocinas da classe I, tambémas da classe II são anfipáticas. A hidrofobicidade de váriasdelas aumenta gradualmente da parte N-terminal para a C-terminal da molécula, enquanto a hidrofobicidade da extre-midade C-terminal diminui levemente. Esta orientação é in-vertida em comparação ao sugerido para a nisina por Vanden Hooven64.

Quanto à ação das bacteriocinas da classe II apósestarem ligadas à membrana, sabe-se que:• as bacteriocinas da classe IIa dissipam a FPM;7

• as bacteriocinas da classe IIb parecem formar poros relati-vamente específicos sendo algumas condutoras de cátionsmonovalentes, como a lactococcina G e outras, condutorasde ânions, como a plantaricina JK.43

Bacteriocinas das casses III e IV

Embora alguns estudos tenham indicado substânciassemelhantes às bacteriocinas com alta massa molecular etermolábeis e com porções glicídicas ou lipídicas, poucas sãoas bacteriocinas classificadas por seus pesquisadores comopertencentes aos grupos III e IV de Klaenhammer.33, 40, 52, 62

Riley55 trata das piocinas, um grupo de bacteriocinasproduzidas por Pseudomonas aeruginosa. As piocinas têmsido classificadas em 3 tipos, baseadas nas suas estruturas:R, F e S. Contudo, tem sido sugerido que as piocinas hetero-gêneas R e F são fagos defeituosos, uma vez que suas estru-turas são facilmente sedimentadas por ultracentrifiugação,resistem a tratamento por proteases e, quando visualizadasem microscópio eletrônico, apresentam-se similares a certospedaços de bacteriófagos. As piocinas S, mais homogêneas,formam um grupo de proteínas simples e de baixo pesomolecular, são sensíveis a proteases, não sedimentáveis enão analisáveis sob microscópio eletrônico.55

Segundo Jack et al.31, as bacteriocinas termolábeis dealta massa molecular (classe III de Klaenhammer) incluemmuitas enzimas extra-celulares bacteriolíticas (hemolisinas emuramidases) que podem mimetizar as atividades fisiológi-cas das bacteriocinas. Estes autores destacam ainda, comrelação ao grupo IV, que a simples sensibilidade a enzimasglicolíticas e lipolíticas não é suficiente para caracterizar umabacteriocina como "complexa"; esta determinação deveriaser feita através de análises químicas dos antimicrobianospurificados.

O número significativo de revisões publicadas exclu-sivamente sobre bacteriocinas dos tipos I e II deKlaenhammer é uma prova incontestável de que a maioriadas pesquisas desenvolvidas a respeito dessesantimicrobianos, até então, relaciona-se a essas duassubclasses.43,44

Detecção, extração e identificação de bacteriocinas

A maioria das antibioses entre bactérias é, primeira-mente, resultado de estudos envolvendo a combinação dediferentes cepas bacterianas em meio ágar através de méto-dos de antagonismo indiretos (em inglês, deferred) ou dire-tos.61 Infelizmente, o termo "bacteriocina" tem sido usado,às vezes, prematuramente, logo depois dos primeiros indíci-os de interações inibitórias. Jack et al.31 levantaram algumasfalhas no reconhecimento e nomenclatura de substânciasdesta natureza: pediocina PA-1 e pediocina AcH sãopeptídeos quimicamente idênticos, lactococina A ediplococina de diferentes subespécies de Lactococcus lactissão o mesmo peptídeo e o mesmo ocorre com curvacina A esakacina A de Lactobacillus curvatus e Lactobacillus sakei.Ainda de acordo com Jack et al.31, exemplos de procedimen-tos inadequados na pesquisa de bacteriocinas incluem:• predições da natureza protéica baseadas somente na

inativação da atividade bactericida por enzimasproteolíticas;

• estimativa da massa molecular somente a partir de dadosobtidos em cromatografia em gel;

• relatos do espectro inibitório baseados não no uso doproduto antimicrobiano purificado, mas no resultado dadeterminação da atividade inibitória total de cepas produ-toras quando crescidas em meio ágar. Outra falha, comrelação à determinação do espectro de atividade, é o usode poucas cepas representativas e bem caracterizadas.

Avaliando outro aspecto, um estudo de Krier et al.38

provou que o metabolismo das bactérias pode variar muitoconforme a temperatura e o pH do meio de cultura, causandooscilações também na cinética de produção de bacteriocinas.Portanto, pode-se concluir que é muito importante para apesquisa desses antimicrobianos manter controle sobre osistema em que as bactérias produtoras estão crescendo,seja alimentar ou não.

Portanto, para que se possa estudar as propriedadesquímicas e biológicas das bacteriocinas é necessária a ob-tenção de quantidades relativamente grandes destespeptídeos em uma forma pura e concentrada. Existem méto-dos simples de detectar diferentes agentes causadores deefeitos inibitórios e estes devem ser aplicados antes que oantagonismo seja atribuído a bacteriocinas.31 Tais métodosincluem, principalmente:• uso de catalase no meio onde será detectada a atividade

ou incubação da cepa produtora em anaerobiose para eli-minar a atividade do peróxido de hidrogênio; e

• neutralização do pH do sobrenadante que contém o agenteantimicrobiano.1, 39, 45, 51, 68

Para a extração de substâncias semelhantes abacteriocinas, a maioria dos métodos utiliza precipitação comsulfato de amônio (0 a 20%) a partir do meio de cultura apóso crescimento da cepa produtora, mas já livre de células.18, 47

Entretanto, essa técnica utilizada isoladamente não propor-ciona um bom produto final, uma vez que muitas outras pro-teínas do meio podem também ser precipitadas e o rendimen-to não é muito alto.5

Para purificação adicional de bacteriocinas precipita-das, especialmente na determinação de composição e se-qüência de aminoácidos, os pesquisadores têm utilizado


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várias técnicas de cromatografia.16,21,69

Eijsink et al.16 salientam também que, para estudoscomparativos, é absolutamente essencial o uso debacteriocinas purificadas, uma vez que torna-se cada vezmais evidente o fato de que bactérias podem produzir maisde uma substância da mesma natureza.3, 63

Bacteriocinas em alimentos

Com a emergência de microrganismos psicrófilos emalimentos, o desenvolvimento de novas tecnologias e a pro-cura dos consumidores por alimentos naturais, asbacteriocinas e/ou seus microrganismos produtores têm sidoreconhecidos como uma fonte potencial de bioconservadorespara alimentos.45

Segundo Ross et al.58, o potencial de aplicação deuma determinada bacteriocina pode ser predito por suas pro-priedades. Características como estabilidade à temperatura,pH e espectro de ação estão entre as mais importantes paratal previsão. A fim de obter bacteriocinas comercialmenteúteis, muitos laboratórios têm feito pesquisas detalhadascom cepas isoladas de vários alimentos.18,49,66

A atividade das bacteriocinas no alimento pode serafetada por diversos fatores, como por exemplo:• mudança na solubilidade e na carga eletrostática das

bacteriocinas;• ligação das bacteriocinas aos componentes do alimento;• inativação das bacteriocinas por proteases;• mudanças na parede ou na membrana celular dos microrga-

nismos-alvo como resposta a fatores ambientais.22

Blom et al.6 descrevem os fatores que podem influen-ciar na difusão das bacteriocinas em alimentos tais comoconcentração de sal, pH, nitrito e nitrato, fase aquosa dispo-nível para difusão, conteúdo lipídico e superfície lipídica dis-ponível para solubilização. Esses autores destacam aindaque a distância que a molécula de bacteriocina precisa per-correr para alcançar a célula-alvo e o número dessas célulascom relação à quantidade do antimicrobiano são considera-ções importantes a serem feitas na predição de sua ativida-de.

Um estudo de Van Schaik et al.65 demonstrou queListeria monocytogenes adaptadas a ambientes ácidos sãomais resistentes à ação de bacteriocinas, provavelmente, aalgumas modificações que ocorrem na sua membrana celu-lar. Essa pesquisa chama atenção para o fato de que siste-mas de resistência devem ser considerados quando a nisinaé utilizada em alimentos minimamente processados.

A eficácia da ação de diferentes bacteriocinas já foitestada em vários alimentos, principalmente produtos cárneose laticínios, com relativo sucesso.8, 23, 42, 51

No entanto, a autorização para que uma dadabacteriocina seja regulamentada para uso em alimentos de-pende dos alimentos nos quais ela será usada e seu propósi-to nos mesmos. O uso de bacteriocinas purificadas, micror-ganismos produtores de bacteriocinas, ou expressão genéti-ca de bacteriocinas em microrganismos produtores de ali-mentos nos Estados Unidos está sob jurisdição da Foodand Drug Administration (FDA) e são regulamentados comoingredientes alimentares sob o Federal Food, Drug andCosmetic Act (FFDCA). No FFDCA, as substâncias são re-

conhecidas como seguras (substances generallyrecognaized as safe - GRAS) por especialistas qualificados.A decisão é baseada em pesquisas científicas ou no fato detais agentes já estarem presentes historicamente sem pro-blemas em alimentos.19 Baseados nesse segundo critério,Stoffels et al.60 argumentam que, uma vez que as bacteriocinasproduzidas por bactérias ácido-láticas são freqüentementeisoladas de alimentos fermentados, elas podem simplesmen-te por isso serem aceitas como GRAS.

A idéia da utilização de nisina em alimentos foi sugeridapela primeira vez por Hirsch30, depois de realizar um experi-mento com linhagens de Lactococcus lactis subsp. lactis nafabricação do queijo suíço, obtendo como resultado a inibi-ção do estufamento tardio causado pelo Clostridiumbutyricum e Clostridium tyrobutyricum.13,56

A nisina foi reconhecida como aditivo alimentar pelaOrganização de Alimentos e Agricultura/Organização Mun-dial de Saúde (FAO/OMS) em 1969, com o limite máximo deingestão de 33.000 Unidades Internacionais/kg de pesocorpóreo. Diversos países permitem o uso de nisina em pro-dutos como leite, queijo, produtos lácteos, tomates e outrosvegetais enlatados, sopas enlatadas, maionese e alimentosinfantis. No Brasil, a nisina é aprovada para uso em todos ostipos de queijo no limite máximo de 12,5 mg/kg e nosso paísé pioneiro na utilização dessa bacteriocina em produtoscárneos, sendo permitida sua utilização na superfície externade salsichas de diferentes tipos. O produto pode ser aplica-do como solução de ácido fosfórico grau alimentício.14, 58

Comercialmente, a nisina produzida pela "Applin eBarrett" recebe a denominação de Nisaplin, cuja composi-ção é: Nisina (1,026 UI/mg), cloreto de sódio (74,7%), prote-ína (17,12%), umidade (1,7%), carboidratos (59,3%), gordu-ras (traços), chumbo (0,15 ppm), arsênio (<0,5 ppm), zinco(9,2 ppm) e cobre (0,5 ppm). Esse concentrado é atualmentecomercializado no Brasil pelo Grupo B.V., sendo considera-do por Delves-Broughton13 como bactericida.

Segundo informações fornecidas pelo grupo B.V., 100mg de Nisaplin possuem 2,5 mg de nisina (2,5%). O teormínimo de nisina em 1 mg de Nisaplin é de 1.000 UnidadesInternacionais (UI), ou seja, 1 UI de nisina corresponde a0,025 g de nisina. O fabricante do Nisaplin recomenda ouso de 10 a 20 g de Nisaplin (250 a 500 mg de nisina) por 100kg de produto final, dependendo do shelf-life desejado as-sim como da condição microbiológica da matéria-prima.

A utilização de nisina no controle de Listeriamonocytogenes ATCC 7644 foi estudada em queijo "Cottage"por Benkerroum e Sandine2 quando conduziram dois experi-mentos. O primeiro deles, envolveu duas séries de 3 amos-tras cada, contendo uma mistura estéril de 250 g de queijo e50 mL de creme pasteurizado (leite com 12% de gordura)cada uma. A primeira amostra de cada série foi destinada àadição de nisina e Listeria monocytogenes, perfazendo umaconcentração final de 2,55x103 UI/g e 3,5x105 células/g dequeijo, respectivamente. A outra amostra designada de con-trole positivo teve somente adição da bactéria estudada,enquanto que a terceira delas serviu como controle negati-vo. Dessas amostras, uma das séries foi incubada a 4oC e aoutra a 37oC. O segundo experimento realizado foi diferentedo anterior pela não esterilização da mistura e pela tempera-tura de incubação, que só ocorreu a 4oC. Os dados obtidos


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revelaram que em ambos os casos, com ou sem esterilização,a presença de Listeria monocytogenes não foi detectadadepois de 24 horas nas condições estudadas, permitindoaos autores concluírem que a adição da nisina não somenteinibiu o crescimento, mas também eliminou esse microrga-nismo.

Toxicidade de bacteriocinas

Os principais estudos toxicológicos sobrebacteriocinas relatados até o momento referem-se aos testesrealizados para a aprovação do uso da nisina comobioconservador em alimentos. Estudos de toxicidade aguda,sub-crônica, crônica, de resistência cruzada e sensibilidadealérgica indicaram que a nisina é segura para o consumohumano com uma dose diária aceitável (IDA) de 2,9 mg/pes-soa/dia.20

Sabendo-se que a nisina é consumida por via oral,realizaram-se estudos dos efeitos da nisina sobre amicrobiota oral. A partir destes estudos constatou-se queum minuto após o consumo de leite achocolatado contendonisina foi possível detectar apenas 40% de sua atividadequando comparada a um controle de saliva. Em contraste omesmo estudo mostrou que quando o leite achocolatadotinha penicilina a saliva apresentava atividade antimicrobianapor um tempo maior.10 Outro estudo mostrou o efeito dasenzimas gástricas sobre a nisina, o peptídeo antimicrobianoé inativado pela tripsina e a partir disto concluiu-se que aingestão da nisina não interfere sobre a microbiotagastrintestinal.25

A bacteriocina com maior uso comercial é a nisina,entretanto a segurança de outras bacteriocinas com poten-cial aplicado em alimentos tem também sido avaliada. Apediocina PA-1 (AcH) foi injetada tanto em ratos como emcamundongos e o teste imunológico mostrou que a pediocinanão é imunogênica para ambos animais. Este peptídeo é tam-bém susceptível à proteólise por tripsina e quimiotripsina.4

Conclusões

As bacteriocinas, em geral, são uma das opções emum mosaico de possíveis mecanismos para controlar bacté-rias patogênicas e deteriorantes em alimentos. Porém, é im-portante lembrar que as substâncias antimicrobianas dificil-mente poderão substituir as boas práticas de fabricação fun-damentais para a produção de alimentos seguros.

SCHULZ, D.; PEREIRA, M.A.; BONELLI, R.R.; NUNES,M.M.; BATISTA, C.R.V. Bacteriocins: mechanism of actionand use in food preservation. Alim. Nutr., Araraquara, v. 14,n.2, p. 229-235, 2003.

ABSTRACT: Some microorganisms have the ability toproduce substances that may influence the developmentof others microorganisms. The ability of various bacterialspecies of the genus Bacillus to produce substanceswith antimicrobial activity has been reported since the1950's. Among these substances are subtilisin, proteases

and thermolysins. With respect to antimicrobial agents,more emphasis is placed on bacteriocins, which aredefined as antimicrobial peptides that destroy or inhibitthe growth of other bacteria taxonomically related to theproducing strain. Many lactic acid bacteria produce awide variety of bacteriocins, with nisin being the onlybacteriocin recognized by the Food and DrugAdministration and being used as a food preserver. Manybacteriocins have been characterized biochemically andgenetically. Although the structural function, thebiosynthesis and the mode of action of somebacteriocins are known, many aspects of thesecompounds are still unknown. The present paper is areview of the synthesis, structure and mechanism ofaction of bacteriocins and of their applications to foods.Some toxicity data are also reported.

KEYWORDS: Antimicrobial agents; bacteriocins; foodconservation.

Referências bibliográficas

1. ALI, D. et al. Characterization of diacetin B, a bacteriocinfrom Lactococcus lactis subsp. lactis bv. diacetylactisUL720. Can. J. Microbiol., Ottawa, v. 41, n. 9, p. 832-841,Sept. 1995.

2. BENKERROUM, N.; SANDINE, W. E. Inhibitory actionof nisin against Listeria monocytogenes. J. Dairy Sci., v.71, n. 12, p. 3237-3245, 1988.

3. BHUGALOO-VIAL, P. et al. Purification and amino acidsequences of piscicocins V1a and V1b, two class IIabacteriocins secreted by Carnobacterium piscicola V1that display significantly different levels of specificinhibitory activity. Appl. Environ. Microbiol., Washing-ton, v. 62, n. 12, p. 4410-4416, Dec. 1996.

4. BHUNIA, A. K. et al. Antigenic property of pediocin AcHproduced by Pediococcus acidilactici H. J. Appl.Bacteriol., v. 69, p. 211-215, 1990.

5. BHUNIA, A. K.; JOHNSON, M. C.; RAY, B. Directdetection of antimicrobial peptide of Pediococcusacidilactici in sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gelelectrophoresis. J. Ind. Microbiol., v. 2, p. 319-322, 1987.

6. BLOM, H. et al. A model assay to demonstrate howintrinsic factors affect diffusion of bacteriocins. Int. J.Food Microbiol., Amsterdam, v. 38, n. 2-3, p. 103-109, Sept.1997.

7. BRUNO, M. E. C.; MONTVILLE, T. J. Commonmechanistic action of bacteriocins from lactic acid bacteria.Appl. Environ. Microbiol., Washington, v. 59, n. 9, p.3003-3010, Sept. 1993.

8. BUYONG, L.; KOK, J.; LUCHANSKY, J. B. Use of agenetically enhanced, pediocin-producing starter cultureLactococcus lactis subsp. lactis MM217, to controlListeria monocytogenes in cheddar cheese. Appl. Environ.Microbiol., Washington, v. 64, n. 12, p. 4842-4845, Dec.1998.

9. CHEN, Y.; LUDESCHER, R. D.; MONTVILLE, T. J.Eletrostatic interactions, but not the YGNGV consensus


234

motif, govern the binding of pediocin PA-1 and itsfragments to phospholipid vesicles. Appl. Environ.Microbiol., Washington, v. 63, n. 12, p. 4770-4777, Dec.1997.

10. CLAYPOOL, L. et al. Residence time of nisin in the oralcavity following consumption of chocolate milkcontaining nisin. J. Dairy Sci., v. 49, p. 314-316, 1966.

11. CLEVELAND, J. et al. Bacteriocins: safe, naturalantimicrobials for food preservation. Int. J. FoodMicrobiol., v. 71, p. 1-20, 2001.

12. DAVIES, E. A. et al. Research note: the effect of pH on thestability of nisin solution during autoclaving. Lett. Appl.Microbiol., v. 27, n. 3, p. 186-187, 1998.

13. DELVES-BROUGHTON, J. Nisin and its application as afood preservative. J. Soc. Dairy Technol., v. 43, n. 3, p. 73-76, 1990.

14. DE MARTINIS, E. C. P., ALVES, V. F., FRANCO, B. D. G.M. Fundamentals and perspectives for the use ofbacteriocins produced by lactic acid bacteria in meatproducts. Food Rev. Int., v. 18, n. 2/3, p. 191-208, 2002.

15. DRIESSEN, A. J. M et al. Mechanistic studies of lantibiotic-induced permeabilization of phospholipid vesicles.Biochemistry, Washington, v. 34, n. 5, p. 1606-1614, Feb.1995.

16. EIJSINK, V. G. H. et al. Comparative studies of class IIabacteriocins of lactic acid bacteria. Appl. Environ.Microbiol., New Jersey, v. 64, n. 9, p. 3275-3281, 1998.

17. ENTIAN, K D.; VOS, W. M. de. Genetics of subtilin andnisin: biosyntheses of lantibiotics Antonie Leeuwenhoek,Dordrecht, v. 69, n. 2, p. 109-117, Feb. 1996.

18. FARIAS, M. E.; HOLGADO, A. A. P. R.; SESMA, F.Bacteriocin production by lactic acid bacteria from regio-nal cheeses : inhibition of foodborne pathogens. J. FoodProt., Milano, v. 57, n. 11, p. 1013-1015, 1994.

19. FIELDS, F. O. Use of bacteriocins in food : regulatoryconsiderations. J. Food Prot., Washington, v.1, p. 72-77,Abr. 1996.

20. FOOD AND DRUG ADMINISTRATION. Nisinpreparation: affirmation of GRAS status as direct humanfood ingredient. Fed. Register, v. 53, p. 29-33, Apr. 1988.

21. FURMANEK, T. et al. Identification, characterization andpurification of the lantibiotic staphylococcin T, a naturalgallidermin variant. J. Appl. Microbiol., Oxford, v. 87, n. 6,p. 856-866, Dec. 1999.

22. GÄNZLE, M. G.; WEBER, S.; HAMMES, W. P. Effect ofecological factors on the inhibitory spectrum and activityof bacteriocins. Int. J. Food Microbiol., Amsterdam, v. 46,n. 3, p. 207-217, Feb. 1999.

23. GIRAFFA, G.; CARMINATI, D.; TARELLI, G. T. Inhibitionof Listeria innocua in milk by bacteriocin-producingEnterococcus faecium 7C5. J. Food Prot., Des Moines, v.58, n. 6, p. 621-623, June 1995.

24. GOULD, G. W. Industry perspectives on the use of natu-ral antimicrobials and inhibitors for food applications. J.Food Prot., Bedford, p. 82-86, Abr. 1996.

25. HARA, S. et al. An investigation of toxicity of nisin witha particular reference to experimental studies of its oraladministration and influences by digestive enzymes. J.Tokyo Med. Coll., v. 20, p. 176-207, 1962.

26. HARDY, K. G. Colicinogeny and relates phenomena.

Bacteriol. Rev., v. 39, p. 464-515, 1975.27. HARRIS, L. J.; FLEMING, H. P.; KLAENHAMMER, T. R.

Developments in nisin research. Food Res. Int., v. 25, n. 1,p. 57-66, 1992.

28. HAVARSTEIN, L. S.; DIEP, D. B.; NES, I. F. A family ofbacteriocin ABC transporters carry out proteolyticprocessing of their substrates concomitant with export.Mol. Microbiol., Oxford, v. 16, n. 2, p. 229-240, Apr. 1995.

29. HEIDRICH, C. et al. Isolation, characterization andheterologous expression of the novel lantibiotic epicidin280 and analysis of its biosynthetic gene cluster. Appl.Environ. Microbiol., Washington, v. 64, n. 9, p. 3140-3146,Sept. 1998.

30. HIRSCH, A. et al. A note on the inhibition of an anaerobicsporeformer in Swiss-type cheese by a nisin-producingStreptococcus. J. Dairy Res., v. 18, p. 205, 1951.

31. JACK, R. W.; TAGG, J. R.; RAY, B. Bacteriocins of gram-positive bacteria. Microbiol. Rev., v. 39, n. 2, p. 171-200,1995.

32. JAY, J. M. Modern food microbiology. 6th ed. London :Aspen Publ., 2000. 620p.

33. JOERGER, M. C.; KLAENHAMMER, T. R.Characterization and purification of halveticin J andevidence for a chromosomally determined bacteriocinproduced by Lactobacillus helveticus 481. J. Bacteriol.,Washington, v. 167, n. 2, p. 439-446, Aug. 1986.

34. KLAENHAMMER, T. R. Bacteriocins of latic acid bacteria.Biochimie, v. 70, p. 337-349, 1988.

35. KLAENHAMMER, T. R. Genetics of bacteriocinsproduced by latic acid bacteria. FEMS Microbiol. Lett.,Amasterdam, v. 12, n. 1-3, p. 39-86, Sept. 1993.

36. KLEIN, C.; ENTIAN, K. D. Genes involved in self-protection against the lantibiotic subtilin produced byBacillus subtilis ATCC 6633. Appl. Environ. Microbiol.,Washington, v. 60, n. 8, p. 2793-2891, Aug. 1994.

37. KOJIC, M. et al. Bacteriocin producing strain ofLactococcus lactis subsp. diacetylactis S50. Appl. Environ.Microbiol., Washington, v. 57, n. 6, p. 1835-1837, June1991.

38. KRIER, F.; REVOL-JUNELLIS, A. M.; GERMAIN, P.Influence of temperature and pH on production of twobacteriocins by Leuconostoc mesenteroides subsp. FR52during batch fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol.,v. 50, n. 3, p. 359-362, 1998.

39. LEWUS, C. B.; KAISER, A.; MONTVILLE, T. J. Inibitionof food-borne bacterial pathogens by bacteriocins fromlactic acid bacteria isolated from meat. Appl. Environ.Microbiol., Nebraska, v. 57, n. 6, p. 1683-1688, 1991.

40. LEWUS, C. B.; SUN, S.; MONTVILLE, T. J. Production ofan amylase-sensitive bacteriocin by an atypicalLeuconostoc paramesenteroides strain. Appl. Environ.Microbiol., New Jersey, v. 58, p. 143-149, 1992.

41. McAULIFFE, O. et al. Lacticin 3147, a broad-spectrumbacteriocin which selectively dissipates the membranepotential. Appl. Microbiol. Biotehnol., New York, v. 64, n.2, p. 439-445, Feb. 1998.

42. McMULLEN, L. M., STILLES, M. E. Potential for use ofbacteriocin-producing lactic acid bacteria in thepreservation of meats. J. Food Prot., Washington, p. 64-71, 1996.


235

43. MOLL, G. N.; KONINGS, W. N.; DRIESSEN, A. J. M.Bacteriocins: mechanism of membrane insertion and poreformation. Antonie Leeuwenhoek, Netherlands, v. 76, n.1, p. 185-198, Nov. 1999.

44. MONTVILLE, T. J.; CHEN, Y. Mechanistic action ofpediocin and nisin: recent progress and unsolvedquestions. Appl. Microbiol. Biotehnol., New York, v. 50,n. 5, p. 511-519, Nov. 1998.

45. MORENO, I.; LERAYER, A. L. S.; LEITÃO, M. F.F.Detection and characterization of bacteriocin-producingLactococcus lactis strains. Rev. Microbiol., São Paulo, v.30, n. 2, p. 130-136, Apr./June 1999.

46. MORENO, I. et al. Efeito e modo de ação das bactericinasproduzidas por Lactococcus lactis subsp. lactis ITAL 383,ATCC 11454 e CNRZ 150 contra Listeria innocua LIN 11.Ciênc. Tecnol. Alim., Campinas, v. 19, n. 1, p. 23-28, jan./abr. 1999.

47. NACLERIO, G. et al. Antimicrobial activity of a newlyidentified bacteriocin of Bacillus cereus. Appl. Environ.Microbiol., Washington, v. 59, n. 12, p. 4313-4316, Dec.1993.

48. NAVARATNA, M. A. D. B.; SAHL, H G.; TAGG, J. R. Two-component anti-Staphylococcus aureus lantibioticactivity produced by Staphylococcus aureus C55. Appl.Environ. Microbiol., Washington, v. 64, n. 12, p. 4803-4808, Dec. 1998.

49. NAVARRO, L. et al. Bacteriocin production by lactic acidbacteria isolated from Rioja red wines. J. Appl. Microbiol.,Oxford, v. 88, n. 1, p. 44-51, Jan. 2000.

50. NES, I, F. et al. Biosynthesis of bacteriocins in lactic acidbacteria. Antonie Leeuwenhoek, Dordrecht, v. 70, n. 2-4,p. 113-128, Oct. 1996.

51. NIELSEN, J. W.; DICKSON, J. S.; CROUSE, J. D. Use of abacteriocin produced by Pediococcus acidilactici toinhibit Listeria monocytogenes associated with freshmeat. Appl. Environ. Microbiol., Nebraska, v. 56, n. 7, p.2142-2145, 1990.

52. OHMOMO, S. et al. Purification and some characteristicsof enterocin ON-157, a bacteriocin produced byEnterococcus faecium NIAI 157. J. Appl. Microbiol.,Oxford, v. 88, n. 1, p. 81-89, Jan. 2000.

53. OJCIUS D. M.; YOUNG, J. D. E. Cytolytic pore-formingproteins and peptides - is there a common structural motif.Trends in Biochem. Sci., Oxford, v. 16, n. 6, p. 225-229,June 1991.

54. PAPAGIANNI, M. Ribosomally synthesized peptides withantimicrobial properties: byosynthesis, structure,function, and applications. Biotechnol. Adv.,Thessaloniki, v. 21, n. 1, p. 465-499, 2003.

55. RILEY, M. Molecular mechanisms of bacteriocinevolution. Ann. Rev. Gen., v. 35, p. 225-278, 1998.

56. ROBERTS, R. F.; ZOTTOLA, E. A.; MICKAY, L. L. Use of

nisin-producing starter culture suitable for Cheddarcheese manufacture. J. Dairy Sci., v. 75, n. 9, p. 2353-2363,1992.

57. ROGERS, L. A. The inhibitory effect of Streptococcuslactis on Lactobacillus bulgaricus. J. Bacteriol., v. 16, n. 2, p. 321-325, 1928.

58. ROSS, R. P. et al. Developing applications for lactococcalbacteriocins. Antonie Leeuwenhoek, Dordrecht, v. 76, n.1, p. 337-346, Nov. 1999.

59. SAHL, H. G. Pore formation in bacterial membranes bycationic lantibiotics. In: JUNG, J.; SAHL, H. G. (Ed.) Nisinand novel lantibiotics. Leiden: Escom, 1991. p. 347-358.

60. STOFFELS, G. et al. Purification and characterization of anew bacteriocin isolated from Carnobacterium sp. Appl.Environ. Microbiol., Washington, v. 58, n. 5, p. 1417-1422,May 1992.

61. TAGG, J. R.; DAJANI, A. S.; WANNAMAKER, L. W.Bacterocins of gram-positive bacteria. Bacteriol. Rev., v.40, p. 722-756, 1976.

62. TOBA, T.; YOSHIOKA, E.; ITOH, T. Acidophilucin A, anew heat-labile bacteriocin produced by Lactobacillusacidophilus LAPT 1060. Lett. Appl. Microbiol., Oxford, v.12, n. 4, p. 106-108, 1991.

63. VAN BELKUN, M. J. et al. Organization and nucleotidesequences of two lactococcal bacteriocin operons. Appl.Environ. Microbiol., Washington, v. 57, n. 2, p. 492-498,Feb. 1991.

64. VAN DEN HOOVEN, H. W. Structure elucidation of thelantibiotic nisin in aqueous solution and in membrane-like environments. 1995. 200 f. Tese [Doutorado] -University of Nijmegen, Netherlands.

65. VAN SCHAIK, W.; GAHAN, C. G. M.; HILL, C. Acid-adapted Listeria monocytogenes displays enhancedtolerance against the lantibiotics nisin and lacticin 3147.J. Food Prot., Des Moines, v. 62, n. 5, p. 536-539, May1999.

66. VAUGHAN, E. E. et al. Isolation from food sources, oflactic acid bacteria that produced antimicrobials. J. Appl.Bacteriol., Oxford, v. 76, n. 2, p. 118-123, Feb. 1994.

67. VENEMA, K. et al. Mode of action of lactococcin B, athiol activated bacteriocin from Lactococcus lactis subsp.lactis. Appl. Environ. Microbiol., Washington, v. 59, n. 4,p. 1041-1048, Out. 1993.

68. VILLANI, F. et al. Antagonistic activity of lactic acidbacteria isolated from natural whey starters for water-buffalo mozzarella cheese manufacture. Italian Journal ofFood Science, v.1, n. 3, p. 221-234, 1995.

69. ZAMFIR, M. et al. Purification and characterization of abacteriocin produced by Lactobacillus acidophilus IBB801. J. Appl. Microbiol., Oxford, v. 87, n. 6, p. 923-931,Dec. 1999.


BACTERIOCINAS - MECANISMO DE AÇÃO E USO

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