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Bacteriófagos (fagos) são vírus que infectam exclusivamente as bactérias e estão amplamente distribuídos na natureza. Os fagos são considerados parasitas intracelulares obrigatórios porque dependem de uma célula bacteriana hospedeira para se multiplicarem, por meio dos ciclos lítico, crônico ou lisogênico (Figura 1) (Hobbs; Abedon, 2016).
Todos os processos de infecção se iniciam com o reconhecimento da célula bacteriana hospedeira pelo fago e a injeção do material genético viral no citoplasma. No ciclo lítico, o material genético viral utiliza a maquinaria de replicação do DNA e de síntese de proteínas da célula bacteriana hospedeira para produzir cópias das partículas virais, que serão liberadas por meio de rompimento da célula e inativação da bactéria hospedeira.
No ciclo crônico, as partículas virais produzidas são liberadas sem ocorrer a lise da célula da bactéria. No ciclo lisogênico, o material genético viral entra no citoplasma e integra-se ao genoma da bactéria hospedeira, que a a replicá-lo junto com o genoma da bactéria a cada nova geração. O material genético do fago quando está incorporado ao genoma da bactéria é denominado profago e não produz novas partículas virais.
Entretanto, estímulos ambientais podem ativar os profagos e iniciar novos ciclos líticos ou crônicos. Os fagos apresentam grande diversidade genética e a classificação taxonômica desses vírus é organizada e anualmente atualizada pelo Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus – ICTV.
Figura 1. Etapas dos ciclos de infecção de bacteriófagos (lítico, lisogênico e crônico).
Os fagos que se multiplicam pelo ciclo lítico têm sido considerados problemas para a indústria de laticínios durante décadas, principalmente devido a sua habilidade de infectar e inibir o crescimento de bactérias láticas de culturas starter (mistura específica de microrganismos fermentativos) e, consequentemente, interferir nos processos de fermentação (O’Sullivan et al., 2019).
O potencial destrutivo desses fagos afeta principalmente a fabricação de leites fermentados e alguns tipos de queijo como muçarela, que dependem do crescimento das culturas starter para produção de ácido lático, abaixamento de pH e modificação da estrutura proteica.
Dependendo da sensibilidade das culturas starter à infecção pelos fagos, pode ocorrer o atraso ou a paralisação completa da fermentação, a geração de produtos com pH acima do normal, além de falhas na qualidade e segurança, culminando em perdas financeiras (Murphy et al., 2017).
As principais fontes de contaminação pelos fagos na indústria de laticínios são o leite cru, o soro de leite e as águas residuais, e a partir dessas eles podem se espalhar por toda a planta produtiva (Briggiler Marcó; Mercanti, 2021).
O controle do problema envolve a aplicação de rigorosos protocolos de higienização, rotação das culturas starter e a seleção ou indução de mecanismos de resistência nas bactérias láticas (Pujato et al., 2019).
Por outro lado, os fagos podem ser importantes aliados da indústria de laticínios, pois têm sido aplicados em diferentes etapas da cadeia produtiva de alimentos no controle de bactérias patogênicas e deteriorantes.
Os exemplos de aplicações são diversos, incluindo a fagoterapia em animais no tratamento de zoonoses, a prevenção de pragas agrícolas bacterianas, o biocontrole em alimentos processados, a biosanitização de superfícies, e a biopreservação em alimentos embalados e distribuídos para o mercado consumidor (Kuek et al., 2022).
Na cadeia produtiva de leite e derivados, os fagos têm sido aplicados principalmente na eliminação de bactérias patogênicas em queijos, leite fermentado e leite fluido (Tabela 1). Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Cronobacter sakazakii, Staphylococcus aureus e estirpes patogênicas de Escherichia coli são as bactérias mais estudadas em matrizes lácteas.
Nos últimos anos, uma maior atenção também tem sido dada à utilização de fagos no controle de bactérias deteriorantes, principalmente do gênero Pseudomonas. A eficiência de redução da carga bacteriana é influenciada por vários fatores, incluindo a matriz láctea (estrutura, pH e composição), carga bacteriana, tipo e concentração de fagos e condições de temperatura e tempo aplicação (García-Anaya et al., 2020).
Tabela 1. Exemplos de aplicações de bacteriófagos na cadeia produtiva de leite e derivados.
Grande número de empresas em vários países tem produzido e comercializado produtos à base de fagos para utilização no biocontrole, descontaminação e detecção de bactérias em várias cadeias produtivas de alimentos, incluindo leite e derivados. AgriphageTM (OmniLytics Inc. - Utah, USA), ListShieldTM, SalmoFreshTM e EcoShieldTM (Intralytix Inc. - Maryland, USA), Listex P100 TM (EBI Food Safety - Wageningen, the Netherlands), BioTector (CJ CheilJedang - Seoul, South Korea) são alguns exemplos de produtos à base de fagos que são comercializados e reconhecidos como seguros, sendo aprovados pelos órgãos regulamentadores nos seus respectivos países de origem (Endersen et al., 2014).
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No Brasil, a regulamentação e a aplicação de fagos em processos produtivos de alimentos ainda são incipientes, mas muitos grupos de pesquisa têm se dedicado ao tema e comprovado a eficiência desses agentes no controle bacteriano.
Vários fatores têm sido apontados como vantagens na aplicação de fagos como agentes de controle de patógenos e deteriorantes. Entre esses, destacam-se a especificidade para a bactéria alvo, a capacidade de autorreplicação, a capacidade de penetração em biofilmes e a inalteração nas características sensoriais do alimento (O’Sullivan et al., 2019). Além disso, os fagos têm potencial para aplicação na produção de alimentos orgânicos e na substituição a compostos químicos, pois são considerados agentes naturais e ambientalmente seguros (Kuek; Mclean; Palombo, 2022).
Entretanto, alguns desafios ainda precisam ser vencidos para aumentar o potencialmente de utilização dos fagos, incluindo a inativação dos fagos durante o processamento e/ou armazenamento dos alimentos, mecanismos de resistência das bactérias alvo, estabilidade das suspensões contendo fagos e o preconceito dos consumidores em relação a produtos que contenham “vírus” (García-Anaya et al., 2020).
As enzimas produzidas pelos fagos no ciclo lítico são a chave para a destruição das células bacterianas no processo de infecção e também têm sido objeto de estudo e aplicação biotecnológica. A maioria dessas enzimas atua desintegrando a parede celular da bactéria alvo, na etapa de lise celular, para liberar novas partículas virais (Grabowski et al., 2021).
Essas enzimas têm sido aplicadas isoladas ou em sinergismo com outros compostos antimicrobianos para eliminação de L. monocytogenes, S. aureus, Clostridium perfringens em leite e queijos (Cho et al., 2021; Guo et al., 2016; Ibarra-Sánchez et al., 2018; Verbree et al., 2017).
Entretanto, assim como os fagos, algumas limitações precisam ser superadas, como a estabilidade das enzimas aos fatores intrínsecos do alimento e às condições de processamento, bem como, sua limitada ação sobre bactérias Gram-negativas (Grabowski et al., 2021).
Considerações finais
A aplicação de fagos é uma promissora alternativa no controle de bactérias nas cadeias produtivas de alimentos e atende aos critérios de sustentabilidade, redução do uso de antibióticos e aditivos químicos. Os obstáculos de aplicação dessa tecnologia em escala industrial têm sido superados com a ampliação das pesquisas na área e utilização da engenharia genética para desenvolver fagos programáveis para executarem funções específicas (Huss; Raman, 2020). Além disso, o reconhecimento e aprovação de órgãos regulamentadores e conscientização das indústrias e consumidores têm auxiliado na difusão dessa tecnologia.
Agradecimento
O autor Matheus Braga Mendes agradece ao Instituto Sua Ciência e Grupo Inovaleite pelo apoio financeiro (bolsa Iniciação Tecnológica Industrial).
Referências
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