OBTENÇÃO DE UM EXTRATO BRUTO DE Bacillus amyloliquefaciens E SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA E HEMOLÍTICA*

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1 Alim. Nutr., Araraquara v.16, n.3, p , jul./set ISSN OBTENÇÃO DE UM EXTRATO BRUTO DE Bacillus amyloliquefaciens E SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA E HEMOLÍTICA* Denys SCHULZ** Murilo A. PEREIRA** Cleide R. V. BATISTA** RESUMO: O presente estudo teve como objetivo obter um extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens, padronizado pela dosagem de proteínas, e quantificar sua atividade hemolítica e antimicrobiana pelo halo de hemólise e de inibição do crescimento de Listeria monocytogenes NCTC Constatou-se que a concentração responsável por 50% da máxima atividade antimicrobiana e hemolítica foi de 3,04 e 4,19 g de proteína, respectivamente, sugerindo que a substância antimicrobiana presente no extrato bruto seja responsável, também pela atividade hemolítica. PALAVRAS-CHAVE: Atividade antimicrobiana; atividade hemolítica; Bacillus amyloliquefaciens; Listeria monocytogenes. Introdução A contaminação de alimentos com microrganismos patogênicos é um problema sério que causa grandes índices de morbidade. Com isso, fica evidente a necessidade de se desenvolver um número cada vez maior de alternativas de conservação para que, aliadas às tecnologias já existentes, seja possível disponibilizar à população alimentos mais seguros do ponto de vista microbiológico e toxicológico. 11 O uso de bioconservadores em alimentos tem sido amplamente difundido e, desde os anos 50, é relatada a capacidade de várias espécies de bactérias do gênero Bacillus de produzir substâncias com atividade antimicrobiana como peptídeos, também denominados de bacteriocinas, e enzimas como a subtilisina, subtilina, 4, 10, 17 as proteases e as termolisinas. A atividade antimicrobiana de Bacillus amyloliquefaciens contra Listeria monocytogenes foi demonstrada por Batista 1 e Schulz 19. Em continuidade a esses estudos, o presente trabalho teve como objetivo obter um extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens e quantificar sua atividade antimicrobiana e hemolítica. Material e métodos Obtenção do extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens O extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens foi obtido por técnicas de precipitação, centrifugação, diálise e esterilização por filtração. 19 Após ativação da cultura em caldo Triptona de Soja (Oxoid) suplementado com 0,6% de Extrato de Levedura (Difco) TSB-YE a 35 o C por 24 h, 0,1 ml da cultura ativa de Bacillus amyloliquefaciens foi inoculado em cada um dos 6 tubos contendo 10 ml de TSB-YE e posteriormente incubados a 35 o C por 24 h. Em seguida, as células foram removidas por centrifugação a 700 giros por 30 min (Excelsa 3, Modelo 204N, FANEM). Ao sobrenadante foi adicionado cristais de sulfato de amônio (Vetec) até 20% de saturação, para a precipitação de proteínas e deixado em repouso a 4 o C por 1 h, sendo novamente centrifugado a 700 giros por 30 min. O precipitado foi ressuspendido em 10 ml de tampão fosfato 0,2 M ph 7,2. 6 O material ressuspenso foi dialisado em membrana de diálise de 3,5 kda (membrana Spectrum, Spectra), contra 1 L de tampão fosfato 0,2 M ph 7,2, que foi substituído por água destilada após 2 e 18 h de diálise. Na quarta diálise (20 h após o início desse processo), o material ressuspenso foi dialisado contra 1 L de tampão fosfato 0,2 M ph 7,2 por 4 h. O dialisado obtido foi esterilizado por filtração em membrana Millipore de 0,22 m para obtenção do extrato bruto. 12 Todos os ensaios foram realizados com um pool de extrato bruto, obtido pela mistura dos extratos brutos extraídos em tampão, constituído de 200 ml de extrato bruto. O pool foi concentrado por liofilização para obter as concentrações protéicas testadas nesse estudo (Liofilizador Edwards do Brasil). O processo de diálise foi monitorado qualitativamente com o reagente de Nessler, objetivando o controle da remoção de todo o sulfato de amônio utilizado no processo de precipitação. 7 Triagem da atividade antimicrobiana do extrato bruto Listeria monocytogenes NCTC foi ativada * Parte da Dissertação de Mestrado do primeiro autor, em 2003, no Curso de Mestrado em Ciência dos Alimentos, Centro de Ciências Agrárias - UFSC - Florianópolis - SC - Brasil. Trabalho elaborado com auxílio financeiro da CAPES, sob a forma de Bolsa de Mestrado. ** Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos - Centro de Ciências Agrárias - UFSC Florianópolis - SC - Brasil.

2 234 em TSB-YE a 35 o C por 24 h. Para detecção da atividade inibitória do extrato bruto foram preparadas placas contendo ágar Triptona de Soja (Oxoid) suplementado com 0,6% de Extrato de Levedura (Difco) - TSA-YE que, após solidificado, foi inoculado, por semeadura em superfície, com 0,1 ml de Listeria monocytogenes na concentração de 10 5 UFC/mL. Volumes de 10 L do extrato bruto foram aplicados na superfície das placas de TSA-YE. As placas foram deixadas em temperatura ambiente por 30 min para difusão do extrato bruto no ágar e depois incubado a 35 o C por 24 h. Após incubação foi realizada a leitura para observação dos halos de inibição. Esta triagem da atividade antimicrobiana do extrato bruto foi realizada a cada extração para ser em seguida padronizada pela dosagem de proteínas e posteriormente 1, 19 quantificada nos ensaios de atividade antimicrobiana. Dosagem de proteínas do extrato bruto A atividade antimicrobiana do extrato bruto de Bacillus amyliquefaciens foi padronizada pela concentração de proteínas, determinada pelo método de Biureto. A dosagem de proteínas no extrato bruto foi realizada com o Kit de Ensaio para Dosagem de Proteínas Totais (Analisa Diagnóstica), por comparação com padrão de albumina de soro bovino (BSA). A leitura foi feita em espectrofotômetro (Micronal B382) a 545 nm. Quantificação da atividade antimicrobiana e hemolítica do extrato bruto A quantificação da atividade antimicrobiana e hemolítica do extrato bruto foi realizada utilizando placas de Ágar Sangue (AS) 5% v/v, previamente inoculadas com 0,1 ml de Listeria monocytogenes NCTC na concentração de 10 5 UFC/mL. Para o estudo foram utilizados 1; 2; 4; 6; 8 e 10 L do extrato bruto em tampão fosfato 0,2 M ph 7,2 contendo 1; 2; 4; 6; 8 e 10 g de proteínas, respectivamente. Como controle positivo foi utilizado nisina comercial (Nisaplin) nas mesmas concentrações. As placas inoculadas foram incubadas a 35 o C por 24 h. Foi realizado um controle negativo com tampão fosfato 0,2 M ph 7,2. A atividade antimicrobiana foi quantificada pela medida do raio do halo 1, 19 de inibição utilizando paquímetro. Análise estatística Os resultados obtidos foram ajustados por análise de regressão não linear, pelos programas SAS versão 6.12 e Microsoft Excel 2000, versão O teste de comparação de médias utilizado foi o teste F ao nível de significância de 5%. Os resultados apresentados correspondem a média de 3 ensaios independentes, cada um em triplicata. Resultados e discussão Obtenção do extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens A metodologia aplicada possibilitou a extração do agente antimicrobiano de Bacillus amyloliquefaciens que inibe o crescimento de Listeria monocytogenes. A metodologia que envolve eliminação de células e precipitação com sulfato de amônio, é amplamente utilizada, sendo aplicada não somente para a extração de bacteriocinas, 5, 9, 13, 15 mas também para a de outros tipos de antimicrobianos. Dosagem de proteínas do extrato bruto O pool de extratos brutos, proveniente da mistura de extratos brutos obtidos em tampão fosfato 0,2 M ph 7,2, apresentou 611,52 g de proteínas por ml. O pool foi liofilizado e ressuspendido no mesmo tampão para uma concentração final de 1000 g/ml. A concentração de proteína foi utilizada na padronização da atividade antimicrobiana do extrato bruto devido à sua praticidade e sensibilidade. Para a nisina, não foi realizada a dosagem de proteínas, uma vez que é um produto comercial (Nisaplin) composto de rico material protéico. A concentração da nisina utilizada nos ensaios foi baseada em informações fornecidas pelo fabricante. Triagem da atividade antimicrobiana do extrato bruto Todos os extratos brutos apresentaram atividade antimicrobiana utilizando Listeria monocytogenes NCTC como microrganismo indicador. Essa atividade foi posteriormente padronizada pela dosagem de proteínas nos ensaios de quantificação de atividade antimicrobiana e hemolítica. Quantificação da atividade antimicrobiana do extrato bruto Para calcular a concentração de proteína do extrato bruto responsável por 50% (X 50 ) da máxima atividade antimicrobiana e hemolítica utilizou-se como referência a melhor equação da reta para o fenômeno observado. Os resultados observados para o extrato bruto (substância observada) e nisina são os dados constatados no laboratório e os estimados (substância estimada) são os calculados com a equação da reta. Frente a essas observações, o extrato bruto, quando inoculado em placas de AS previamente inoculadas com Listeria monocytogenes NCTC , resultou na formação de halos de inibição de 1,3 e 6,6 mm de diâmetro quando foram utilizadas 1 e 10 g de proteína, respectivamente. Em testes preliminares, constatou-se que o extrato bruto apresentou atividade antimicrobiana máxima quando se empregaram 10 g de proteína. Em contrapartida, a nisina não apresentou inibição na quantidade mínima testada (1 g), mas apresentou um halo de 3,6 mm quando foram testados 10 g. Os resultados de atividade antimicrobiana para o extrato bruto e nisina em placas de AS previamente inoculadas com Listeria monocytogenes podem ser observados na Figura 1. Analisando a Figura 1 constata-se que a concentração de X 50 =3,04 g do extrato bruto corresponde a uma atividade antimicrobiana de 50% e halo de inibição de aproximadamente 3,2 mm. Em contrapartida, a nisina na concentração de X 50 =5,46 g apresentou um halo de inibição de aproximadamente 1,8 mm.

3 235 Yi =11,26Xi/(7,73+Xi), R 2 =0,98 Yi =-17,26Xi/(-59,01+Xi), R 2 =0,94 FIGURA 1 Atividade antimicrobiana do extrato bruto (substância observada e substância estimada) e nisina comercial Nisaplin (nisina observada e nisina estimada) em placas de AS incubadas a 35 o C por 24 h, utilizando Listeria monocytogenes como microrganismo indicador. Levando-se em consideração os resultados de atividade antimicrobiana, contata-se que o extrato bruto, quando inoculado em placas de AS, resulta em halo de inibição máximo (6,6 mm) aproximadamente duas vezes maior do que a nisina na maior concentração testada (3,6 mm). Quantificação da atividade hemolítica O extrato bruto, quando inoculado em placas de AS resultou em um halo de hemólise de 0,7 e 5,7 mm, quando se empregou 1 e 10 g de proteína, respectivamente. Em testes preliminares, constatou-se que o extrato bruto causou atividade hemolítica máxima quando foram empregados 10 g de proteína. Em contrapartida, a nisina resultou em um halo de hemólise de 3,7 mm quando foi empregado 10 g, já 1 g não resultou em nenhuma atividade hemolítica. Os resultados de atividade hemolítica para o extrato bruto e nisina podem ser observados na Figura 2. Analisando a Figura 2, constata-se que a concentração de X 50 =4,19 g do extrato bruto corresponde a uma atividade hemolítica de 50% e halo de hemólise de aproximadamente 2,8 mm. Em contrapartida, a nisina na concentração de X 50 =7,18 g apresentou um halo de hemólise de aproximadamente 1,9 mm. Em relação à atividade hemolítica, constata-se que o extrato bruto quando inoculado em placas de AS, resulta em um halo de hemólise máximo aproximadamente duas vezes maior (5,7 mm) do que a nisina (3,7 mm) na maior concentração testada. Segundo Jack et al. 10, as bacteriocinas termolábeis de alto peso molecular (classe III de Klaenhammer - >30 kda) incluem muitas enzimas extracelulares bacteriolíticas (hemolisinas e muramidases) que podem mimetizar as atividades fisiológicas das bacteriocinas. Algumas hemolisinas são um grupo de proteínas também pertencentes à família das citolisinas tiol-ativas, que é um grupo proeminente de toxinas microbianas, na qual a estreptolisina O (SLO) é o protótipo. Os membros deste grupo envolvem mais de 20 espécies de bactérias Gram-positivas, incluindo espécies do gênero Bacillus, Listeria, Clostridium e Streptococcus. Essas toxinas são sintetizadas como polipetídeos hidrossolúveis de cadeia simples, com peso Yi=20,03Xi/(25,87+Xi), R 2 =0,92 Yi=0,31.1,29 Xi, R 2 =0,88 FIGURA 2 Atividade hemolítica do extrato bruto (substância observada e substância estimada) e nisina comercial Nisaplin (nisina observada e nisina estimada) em placas de AS incubada a 35 o C por 24 h.

4 236 molecular de 47 a 60 kda e provocam a lise de células eucariontes pela formação de poros na membrana. Muitas 3, 20 dessas citolisinas possuem também efeito antimicrobiano. Batista 1 verificou que Bacillus amyloliquefaciens produz uma substância capaz de inibir o desenvolvimento de Listeria monocytogenes. Segundo conclusões desse estudo, a inibição não parece ser devida à produção de ácidos ou peróxido de hidrogênio, tampouco à exaustão de nutrientes, havendo a possibilidade de que a substância antimicrobiana seja uma bacteriocina. Em continuidade aos estudos realizados, Schulz 19 descreve que o extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens ativo contra Listeria monocytogenes NCTC mostrou em gel de poliacrilamida (SDS-PAGE, gradiente 7,5 a 20%) seis bandas com pesos moleculares aparentes de 14,8; 20; 29; 30; 34 e 56,2 kda, sugerindo em conjunto com ensaios adicionais realizados que o extrato apresenta natureza protéica sendo provavelmente composto de algumas proteases e enzimas bacteriolíticas. Segundo Fermanian & Wong 8, a hemolisina BL produzida por Bacillus cereus é composta de três proteínas distintas B, L1 e L2, as quais não são tóxicas individualmente, mas quando combinadas são hemolíticas, enterotoxigênicas, dermonecróticas e citotóxicas para vários tipos de células e tecidos. Os resultados sugerem que a citotoxicidade apresentada pelo extrato bruto não necessariamente é causada somente por uma, mas pela associação de várias substâncias presentes no extrato, não sendo necessariamente a substância antimicrobiana. Ohno-Iwashita et al. 14 investigaram a estrutura e mecanismo de ação da citolisina produzida por Clostridium perfringens (perfringolisina O) e constataram que o colesterol funciona como um receptor e é um componente essencial tanto do sítio de baixa quanto de alta afinidade de ligação da toxina às células vermelhas de carneiro. Adicionalmente, sugerem que o colesterol apresenta uma distribuição heterogênea nas membranas dessas células. A bacteriocina com maior uso comercial é a nisina, porém a segurança de outras bacteriocinas com potencial aplicação na indústria de alimentos também tem sido avaliada. A pediocina PA-1 foi injetada, tanto em ratos como em camundongos, e o teste imunológico mostrou que a mesma não é imunogênica para ambos. Esse peptídeo é também susceptível à proteólise por tripsina e quimiotripsina. 2 Recentemente têm sido realizados vários estudos do potencial citotóxico de cepas industriais de Bacillus sp. utilizando ensaios in vitro. Pedersen et al. 16 investigaram o potencial citotóxico de Bacillus licheniformis, Bacillus amyloliquefaciens e Bacillus subtilis em células de óvário de hamsters utilizando o ensaio do sal de tetrazolium (MTT) e ensaios imunológicos e concluíram que as espécies de Bacillus pertencentes ao grupo subtilis são seguras para uso industrial. Para se obter um resultado mais conclusivo da toxicidade do extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens, bem como para comparar com os resultados obtidos in vitro, faz-se necessário um estudo da toxicidade aguda, subcrônica e crônica in vivo, haja vista que a natureza química das bacteriocinas e de várias toxinas faz com que essas substâncias sejam facilmente degradadas no trato gastrintestinal do homem e animais, muitas vezes perdendo sua toxicidade. 18 Conclusão A metodologia utilizada nesse estudo possibilitou a obtenção de um extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens. O extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens apresentou um comportamento dose-resposta das concentrações protéicas tanto para os ensaios de atividade antimicrobiana quanto para os de atividade hemolítica. O extrato bruto de Bacillus amyloliquefaciens apresenta atividade antimicrobiana e hemolítica em AS e, concentrações de 3,04 e 4,19 g de proteína são suficientes para destruir 50% das células de Listeria monocytogenes NCTC e hemácias de carneiro, respectivamente. SCHULZ, D.; PEREIRA, M. A.; BATISTA, C. R. V. Obtaintment of one crude extract from Bacillus amyloliquefaciens and its hemolytic and antimicrobial activity. Alim. Nutr., Araraquara, v.16, n.3, p , jul./set ABSTRACT: The objective of the present study was to obtain a crude extract from Bacillus amyloliquefaciens, standardized by measure of proteins, and to quantify its antimicrobial and hemolitic activities by the inhibition of the growth of Listeria monocytogenes NCTC and hemolysis zones. The results showed that the concentration responsible for 50% of the maximum antimicrobial and hemolytic activity was 3,04 and 4,19 g of protein, respectively, suggesting that antimicrobial substance present in the crude extract is also responsible for the hemolytic activity. KEYWORDS: Antimicrobial activity; hemolytic activity; Bacillus amyloliquefaciens; Listeria monocytogenes. Referências bibliográficas 1. BATISTA, C. R. V. Studies on the cultural properties of smooth and rough forms of Listeria monocytogenes and on anthagonistic interaction with Bacillus amyloliquefaciens f. Tese (Doutorado) - University of Strathclyde, Glasgow, BHUNIA, A. K. et al. Antigenic property of pediocin AcH produced by Pediococcus acidilactici H. J. Appl. Bacteriol., v. 69, p , BILLINGTON, S. J.; JOST, B. H.; SONGER, J. G. Thiolactivated cytolysins: structure, function and role in

5 237 pathogenesis. FEMS Microbiol. Lett., v. 182, p , CLEVELAND, J. et al. Bacteriocins: safe, natural antimicrobials for food preservation. Int. J. Food Microbiol., v. 71, p. 1-20, CORDOVILLA, P. et al. Antagonistic action of the bacterium Bacillus licheniformis M-4 toward the amoeba Naegleria fowleri. J. Eucaryotic Microbiol., v. 40, n. 3, p , DAWSON, R. M. C. et al. Data for biochemical research. 2 nd ed. London: Oxford, p FARMACOPÉIA brasileira: generalidades e métodos de análise. 4. ed. São Paulo: Atheneu, p. 8. FERMANIAN, C. F.; WONG, A. C. L. Improved in vitro detection of hemolysin BL from Bacillus cereus. Int. J. Food Microbiol., v. 57, n. 2, p. 1-8, FURMANEK, T. et al. Identification, characterization and purification of the lantibiotic staphylococcin T, a natural gallidermin variant. J. Appl. Microbiol., v. 87, n. 6, p , JACK, R. W.; TAGG, J. R.; RAY, B. Bacteriocins of gram-positive bacteria. Microbiol. Rev., v. 39, n. 2, p , JAY, J. M. Modern food microbiology. 6 th ed. London : Aspen Publ., p. 12. KAISER, A. L.; MONTVILLE, T. J. Purification of the bacteriocin bavaricin MN and characterization of its mode of action againt Listeria monocitogenes Scott A cells and lipid vesicles. Appl. Environ. Microbiol., v. 62, n. 12, p , LEBBADI, M. et al. Fungicin M4: a narrow spectrum peptide antibiotic from Bacillus licheniformis M-4. J. Appl. Bacteriol., v. 77, n. 1, p , OHNO-IWASHITA, Y. et al. Protease-nicked theta-toxin of Clostridium perfringens, a new membrane probe with no cytolytic effect, reveals two classes of cholesterol as toxin-binding sites on sheep erythrocytes. Eur. J. Biochem., v. 176, p , OSCÁRIZ, J. C.; LASA, I.; PISABARRO, A. G. Detection and characterization of cerein 7, a new bacteriocin produced by Bacillus cereus with a broad spectrum of activity. FEMS Microbiol. Lett., v. 178, n. 2, p , PEDERSEN, P. B. et al. Cytotoxic potencial of industrial strains of Bacillus sp. Regul. Toxicol. Pharmacol., v. 36, p , PERO J.; SLOMA, A. Proteases. In: SONENSHEIN, A. L.; HOCHE, J. A.; LOSICK, R. (Ed.). Bacillus subtilis and other gram-positive bacteria. Washington, D.C.: ASM Press, p PIARD, J. C. et al. Purification and parcial characterization of lacticin 481, a lanthioninecontaining bacteriocin produced by Lactococcus lactis subsp lactis CNR 481. Appl. Environ. Microbiol., v. 58, p , SCHULZ, D. Caracterização parcial do extrato bruto produzido por Bacillus amyloliquefaciens e ensaios preliminares de citotoxicidade f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SHEPARD, L. A. et al. Identification of a membranespanning domain of the thiol-activated pore forming toxin Clostridium perfringens perfringolysin O: an alpha-helical to beta-sheet transition identified by fluorescence spectroscopy. Biochemistry, v. 37, p , 1998.

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