1 IMPACTOS DA PRESENÇA DO FUNGO Penicillium sp NA INDÚSTRIA Resumo: Os fungos pertencem ao Reino Fungi e suas características são que não sintetizam clorofila, sua parede celular não possui celulose e não armazenam amido como substância de reserva. O fungo em estudo, Penicillium sp, apresentam colônias de crescimento rápido e seus tons variam de verde ou branco. A era dos antibióticos começou em 1929 quando o microbiologista Alexander Fleming verificou a contaminação da placa era devido a um fungo. Ao isolar e identificar o fungo, estudando sua ação notou-se que era um fungo da espécie de Penicillium, classificando a susbtância antimicrobiana sintetizada pelo fungo de penicilina. Algumas espécies do gênero Penicillium sp podem ser aplicadas no biocontrole, micoparasitismo, empregar os seus metabólitos secundários para diversas indústrias, são origens de enzimas de interesse industrial e novos fármacos para a indústria farmacêutica. São geradoras de micotoxina, podem prejudicar a comercialização de frutas cítricas, útil na fabricação de queijo e salames. O presente trabalho tem como objetivo relatar os impactos positivos e negativos do fungo Penicillium sp na indústria, através de revisões bibliográficas em artigos científicos do Scielo,sites com fonte científica e livros. Palavras-chave: Impactos na indústria, Penicillium sp, Fungos. 2 Introdução Os fungos foram classificados pertencentes ao Reino Plantae por muito tempo, somente a partir de 1969, foram classificados em um grupo à parte denominado Reino Fungi. Para diferenciar os fungos das plantas as suas características são essenciais, tais são: não sintetizam clorofila, sua parede celular não possui celulose (com exceção de alguns fungos aquáticos) e não armazenam amido como substância de reserva. Os fungos possuem substância quitinosa na parede e como fonte de reserva armazena glicogênio por isso os assemelham às células animais. (TRABULSI, 2004) O fungo em estudo, Penicillium sp, suas colônias possui crescimento rápido, seus tons variam de verde ou branco (Figura 1), em sua maioria composta por uma densa sentido de conidióforos. O gênero Penicillium foi classificado ao Reino Fungi como pertencente ao filo Ascomycota, classe Eurotomycete, ordem Eurotialese pertencentes à família Trichocomanaceae. (MYCOLOGY ONLINE, 2001.) Figura 1: Cultura de Penicillium sp Fonte: MYCOLOGY ONLINE, 2001 Por não apresentar reprodução sexuada, o Penicillium produz esporos assexuais ou conídios, que se desenvolvem em micélios septados. Sua forma de reprodução é de esporulação, em que os corpos de frutificação sintetizam por mitose células abundantes e leves, que são disseminadas pelo meio. Cada célula é um esporo chamado de conídio, que possui capacidade de dar origem a um novo mofo ou bolor ao cair em um material apropriado. (PELCZAR,1997) 3 O fungo em estudo foi denominado de Penicillium devido ao conídio que é sua estrutura produtora de esporos, parecer com um pincel. (OLIVEIRA, 2012) Os fungos do gênero Penicillium sp. são encontrados no solo, na vegetação em decomposição e compostagem ou em madeira, alimentos secos, especiarias, cereais secos, frutas e vegetais frescos, crescendo em materiais de construção em ambientes de água danificadas, bem como no ar interior e pó da casa. São fungos mesófilos que necessitam crescer em temperatura entre 5-37°C (ótima, 20 - 30°C ) a um pH de 3-4,5. O crescimento máximo é obtida in vitro a 23°C a pH 3 a 4,5. (MYCOLOGY ONLINE, 2001). Algumas espécies podem contaminar alimentos em baixas temperaturas, pois estas espécies tem capacidade de crescer em temperatura próxima ou igual a 0ºC. (DONATI, 2008) Alguns fungos desse gênero tem a capacidade de causar a podridão em diversos vegetais, mas outros fungos têm importância fundamental na indústria, como a produção industrial de antibióticos e enzimas, além de serem utilizados na indústria alimentar, na maturação de queijos tipo gorgonzola, roquefort, cramberi dentre outros. (DONATI, 2008) Diante do exposto, o presente trabalho de revisão bibliográfica tem como objetivo relatar os impactos positivos e negativos do fungo Penicillium sp. na indústria, através de revisões bibliográficas em artigos científicos do Scielo, sites com fonte científica e livros. Os fungos Os penicilios são fungos que se desenvolvem em diversos substratos, como grãos, frutas, couros entre outros. São sapróbios oportunistas e de importância na indústria por sua produção de metabólitos secundários e enzimas, como a pectinases. (CARDOSO, 2007) A característica desse gênero se caracteriza por ramificações de conídios, chamadas de fiálides, conforme Figura 2. 4 Figura 2: O corpo de frutificação do Penicillium sp. Os conídios que surgem do conidióforo Fonte: (PELCZAR, 1997) O tamanho máximo das fiálides é de 3mm de comprimento (Figura 3). Os conídios produzidos são esféricos, unicelular, hialinos podendo ser verdes ou cinzas, a parede pode ser lisa ou áspera dependendo da espécie. (CARDOSO, 2007) Figura 3: Fiálides e conídios de Penicillium marneffei Fonte: http://www.mycology.adelaide.edu.au/Fungal_Descriptions/Hyphomycetes_%28hyaline%29/Pe nicillium/marneffei.html Fleming e a Descoberta da Penicilina A era dos antibióticos começou em 1929 quando o microbiologista Alexander Fleming verificou um fenômeno estranho em uma placa de ágar inoculada com Staphylococcus aureus. A contaminação desta placa era devido a um fungo e Fleming notou que havia uma grande zona clara ao redor da colônia do fungo (Figura 4), demonstrando que este fungo tinha sintetizado uma substância que paralizou o crescimento do Staphylococcus aureus. 5 Fleming ao isolar e identificar o fungo, estudando sua ação notou-se que era um fungo da espécie de Penicillium, classificando a susbtância antimicrobiana sintetizada pelo fungo de penicilina. (ANVISA, 2007) Figura 4: Cultura de Fleming (foto original) Fonte: ANVISA 2007 Porém nas culturas do fungo eram sintetizadas ma pequena quantidade de penicilina,além do mais alguns problemas foram identificados ao isolar e purificar a penicilina. (ANVISA, 2007) A penicilina de Fleming teve seu reconhecimento somente durante a Segunda Guerra Mundial, quando houve a necessidade urgente de curar soldados infeccionados devido ao ferimento contaminado. Muitos microbiologistas da Inglaterra e dos Estados Unidos começaram a estudar a penicilina de Fleming e produzi-la em grande escala e assim se fez, a substândia que o fungo sintetizava para inibir o crescimento das bactérias foi produzida em grande quantidade e tornou-se uma “droga milagrosa”, que salvou inúmeras vidas. Em 1945, Fleming, Ernest Chain e Howard W. Florey ganharam o Prêmio Nobel por seus trabalhos com a penicilina. (PELCZAR, 1997). A penicilina (Figura 5) está classificada na categoria das ᵝ - lactêmicos, juntamente com as cefalosporinas, os monobactâmicos e as carbapenemas. Contém em comum um núcleo básico, o anel ᵝ - lactâmico sendo composto por três átomos de carbono e um átomo de nitrogênio. (PELCZAR, 1997) 6 Figura 5: A estrutura principal da penicilina (ácido 6-aminopenicilânico) comum a todas as penicilinas. Fonte: (PELCZAR, 1997) O radical R ligado ao ácido 6-amino-pencilânico confere a diferença química que há entre as várias penicilinas. A maioria dos antibióticos é total ou parcialmente produzida pelo fungo, posteriormente será “finalizado” em laboratório. As penicilinas produzidas integralmente são a G e V., já as outras são produzidas a partir do ácido 6-amino-pencilânico, previamente produzido pelo fungo. (PELCZAR, 1997) As penicilinas podem ser inativadas pelas enzimas penicilinases (βlactamases), que rompem o anelβ-lactâmico tornando o produto (ácido pencilinóico) inativo do ponto de vista antibacteriano. Porém a associação com substâncias como ácido clavulânico e a sulbactama, torna-se o medicamento mais efetivo no combate às bactérias produtoras desta enzima, pois em sua estrutura contêm o anel β-lactâmico de baixa atividade antimicrobiana e alta afinidade pelas β-lactamases. (PAZIAN, 2007) O mecanismo de ação da penicilina nas bactérias é através da inibição da síntese da parede celular e da ativação do sistema autolítico endógeno da bactéria. A penicilina inibe as enzimas que fazem a ligação entre as cadeias peptídicas, impedindo, portanto, o desenvolvimento da estrutura normal do peptidoglicano. A alta pressão osmótica no interior das células bacterianas e a falta da barreira normal (parede celular) há a entrada de água na célula bacteriana, ocorrendo a morte da bactéria por lise osmótica. (TRABULSI, 2004) 7 Impactos positivos Em estudos básicos, as espécies pertencentes ao gênero Penicillium, tem sido utilizadas como modelo. Porém muitas pesquisas aplicadas têm confirmado o seu amplo potencial biotecnológico. Algumas espécies podem ser aplicadas no biocontrole, micoparasitismo, empregar os seus metabólitos secundários para diversas indústrias, são origens de enzimas de interesse industrial e novos fármacos para a indústria farmacêutica. (MONTEIRO, 2013). As espécies mais conhecidas, que possui um valor particular, na indústria farmacêutica são Penicillium notatum, gerador do antibiótico – penicilina. (CHAVEZ et al., 2006). As penicilinas permanecem até hoje como excelente classe de antimicrobianos. São divididas em: Penicilinas naturais ou Benzilpenicilinas. Neste grupo estão: Penicilina cristalina ou aquosa, Penicilina G, Penicilina V. São eficazes no combate a estreptococos dos grupos A e B, contra sífilis e outras doenças; Aminopenicilinas: As aminopenicilinas foram às primeiras penicilinas com atividade contra bactérias Gram-negativas. São penicilinas semi-sintéticas após a adição de um grupo amino na cadeia lateral, e de espectro de ação mais amplo, em relação às benzilpenicilinas. Apresentam boa absorção, tanto oral como parenteral. Pertencem a esta classificação a amoxicilina e ampicilina; Penicilinas resistentes à penicilinase: Nesta categoria as penicilinas são modificadas quimicamente e possuem uma cadeia lateral para inibir a ação da penicilinase. Como exemplo, pode-se citar a oxacilina, cloxacilina e dicloxacilina são resistentes às β-lactamases estafilocócicas, embora não tenham ação contra os bacilos Gram-negativos, com espectro de ação em Staphylococcus aureus sensíveis; Penicilinas de amplo espectro, as quais foram desenvolvidas na tentativa de evitar a aquisição de resistência das bactérias (Amoxacilina – Ácido Clavulânico, Ticarcilina – Ácido Clavulânico, Ampicilina – Sulbactam, Pipercilina - Tazobactam). São estáveis em meio ácido e tem efeito sobre cocos e bacilos Gram-positivos e Gram-negativos, inativados pelas β-lactamases. Ação contra as seguintes bactérias Enterococos, Listeria spp e Haemophilus influenzae (não produtor de β-lactamase). A amoxicilina 8 disponível em apresentação oral e a ampicilina parenteral e oral. (ANVISA, 2007) As indicações clínicas da penicilina são pneumonias, otites e sinusites, faringites e epiglotites, infecções cutâneas, meningites bacterianas, infecções do aparelho reprodutor, endocardites bacterianas e profilaxia (febre reumática, endocardite e H. influenzae e S. pneumoniae). (ANVISA, 2007) Na indústria de laticínios destacam-se Penicillium camemberti e Penicillium roqueforti, essas estão associadas na fabricação de determinados tipos de queijos como mostra a Figura 6 (CHAVEZ et al., 2006). Figura 6: Penicillium roquefortii Fonte: (http://www.uoguelph.ca/~gbarron/MISCELLANEOUS/penicill.htm) O queijo Brie, em um dos artigos estudados, foi utilizado como biofertilizante, o qual possui um conteúdo macio e uma casca mais adensada, sendo essa composta por um fungo chamado de Penicillium candida, em que este fungo está presente no bolor do pão, que proliferam rapidamente em tempo úmido, encontra-se principalmente nos solos e em materiais de origem orgânica. (BASSO, 2011) O fungo Penicillium camembertii (Figura 7) que é habitualmente utilizado na indústria de queijos, foi proposto como "starter" para cárneos fermentados, mas a sua aplicação foi paralizada em consequência de que em temperatura elevada o fungo tem a capacidade de fabricar ácido ciclopiazônico. Na produção de queijos, temperaturas de 10°C ou menores devem ser empregadas para evitar a produção desta toxina. (CASTRO et al., 2000). 9 Figura 7: Penicillium camembertii Fonte: https://www.diomedia.com.br/public/;jsessionid=1B193AE0B0C0CC0CA0EACD73FF04A9C0.w orker1pt/8760405/imageDetails.html O queijo camembert é original da França onde é fabricado, na vila de mesmo nome, desde 1791. É um queijo semi-macio, pesando 110g no mínimo. Sua fabricação envolve leite de vaca não-pasteurizado e sua maturação dura entre 12 e 14 dias. Ele é coberto com camada branca, devido aos Penicillium camemberti e P. candidum. Acredita-se que tenha sido fabricado pela primeira vez por Madame Marie Harel, em cuja homenagem foi esculpida uma estátua que ainda hoje pode ser vista na praça de Camembert. (PERRY, 2004) Já o queijo roquefort é obtido a partir de leite cru de ovelhas, é um queijo semiduro, não prensado. Tem consistência esfarelenta e sua textura é fechada, com poucas e pequenas olhaduras. Possui odor próprio e sabor salgado e picante. Sua cor é branco-creme, com formações características, bem distribuídas, verde-azuladas, devido ao Penicillium roqueforti. Possui formato cilíndrico e pesa entre 2 e 2,2Kg. Deve ser comercializado envolto em papel metalizado. (PERRY, 2004) Quanto ao Penicillium nalgiovense é classificado com atoxigênicos e é utilizado na produção de salames. Desenvolvimento de P. Nalgiovense na superfície de salames defumados mostrou-se efetivo no bio-controle de fungos filamentosos de contaminação natural, apresentando expansão rápida e colonização quase completa das peças de salame, já os níveis de NNP (nitrogênio não proteico) e AGL (ácidos graxos livres) obteve um pequeno aumento desses conteúdos, sem diferenciar os aspectos organolépticos de 10 sabor, aroma e coloração entre peças inoculadas e não inoculadas com o mofo "starter". (CASTRO et al.,2000) Como um fungo do tipo levedura o Penicillium marneffei possui dimorfismo térmico em desenvolvimento em cultura a 37ºC ou em tecido vivo, e como molde a temperaturas abaixo de 30ºC. (MICOLOGY, 2001) Impactos negativos Algumas espécies do gênero Penicillium sp são geradoras de micotoxinas. Os fatores ecológicos e biológicos reagem com cada espécie variando a importância desses compostos tóxicos. As espécies Penicillium citrionigrum e Penicillium islandicum sintetizam toxinas potentes, mas como ambas são escassas na natureza, as toxinas geradas por essas espécies não são consideradas pertinentes. (MONTEIRO, 2013) O Penicillium verrucosum produz uma toxina conhecida como ocratoxina A, que é encontrada nas indústrias de grãos, esses podem ser: cevada, trigo e outros produtos. Ela é considerada como nefrotóxica e associada a nefropatias endêmicas e tumores de trato urinário. Devido sua ação carcinogênia ter sido comprovada em animais de laboratório, suspeita-se causar esta ação em seres humanos. (DONATI, 2008) O fungo Penicillium chysogenum produz micotoxinas como roquefortina C e PR toxina que já foram detectadas em queijos, também sintetiza crisogina, ácido emódico e penicilina. (MONTEIRO, 2012) Um dos principais fatores que podem prejudicar a comercialização de frutas cítricas, perdas econômicas na produção de citrus é a presença desses fungos e podem significar um prejuízo enorme. Grande quantidade de recursos financeiros são gastos a indústria de citrus no mundo todo, a presença de fungos é um fator que pode adulterar a produção de citrus, sendo a existência de fungos uma das mais relevantes. Em específico a presença de fungos como Penicillium italicum (Figura 8) e Penicillium digitatum. Os frutos que são infectados se tornam flácidos, diminuem a produção de suco e são totalmente cobertos pelos esporos. (DONATI, 2008) 11 Figura 8: Penicillium italicum Fonte: (DONATI, 2008) O fungo Penicillium italicum, como dito anteriormente, vive de forma sapróbia em restos alimentares presentes em embalagens, nas linhas de produção de câmaras frigoríficas e nas paredes das células. Os esporos são disseminados e causando contaminação pelo movimento do ar nos armazéns (Figura 9) e através dos frutos. (DONATI, 2008) Figura 9: Armazenamento com alta umidade e temperatura superior à 4ºC Fonte: (DONATI, 2008) O sorbato de potássio que é utilizado para a preservação do produto, de uso comum no trato com alimentos e possui efeito fungistático, é utilizado no controle do bolor verde em pós-colheita de citros combatendo o fungo 12 Penicillium digitatum demonstrando uma redução de 67,6% quando aplicados em frutos de laranja “Pera”. (VIANA et al., 2012) Seu uso em Agricultura é muito limitado, devido ao elevado preço e por que a eficiência dos fungicidas usuais que são mais baratos é maior do que a eficiência de controle. Entretanto tem sido usado comercialmente no Japão para controle de Sclerotinea mali Takah. e Mycosphaerella melonis. (VIANA et al., 2012) Os patógenos do gênero Penicillium sp podem provocar a podridão de sementes e a grãos (Figura 10). Ao sobreviver no solo ou no interior das sementes e grãos, estes patógenos podem gerar problemas e intoxicações em seres humanos e animais. (DONATI, 2008) Figura 10: Penicillium em sementes de milho. Fonte: (http://www.uesb.br/utilitarios/modelos/monta.asp?site=fitopatologia&tex=Teste4.html) As culturas de importância econômica, como algodão, amendoim, arroz, café, cebola, cevada, citros, ervilha, feijão, milho, soja, sorgo e trigo podem ser afetadas pelo fungo do gênero Penicillium causando assim danos, tais como: acarretam descolorações nas sementes, restrição na germinação, dano da matéria seca, geração de micotoxinas e modificação do valor nutricional. (DONATI, 2008) Para obter um maior controle é recomendado não permitir que o prazo de colheita passe do tempo e essa operação deve ser realizada assim que o teor de umidade dos grãos permitir. Para evitar danos mecânicos os 13 equipamentos de colheita devem estar regulados, e as instalações, silos e graneleiros devem ser sempre limpos. (MONTEIRO, 2012) Conclusão O fungo Penicillium, foi descrito em 1809 na Alemanha e pertence ao Reino Fungi e existem registrados cerca de 1107 (mil cento e sete) espécies pertencentes ao gênero Penicillium sp. presentes e descritos em literatura. A descoberta deste fungo foi essencial, pois ele sintetizava uma substância antimicrobiana conhecida por penicilina que é um antibiótico agindo nas bactérias. Os fungos Penicillium apresentam impactos negativos e positivos, quando negativo algumas espécies deste é relatado como patógeno oportunista causando o apodrecimento de laranja, milho, inhame, casca da goiaba, arroz, maça, entre outros. Porém ao realizar estudos constatou que, por exemplo, o sorbato possui efeito fungistático e é utilizado no controle do bolor verde em pós-colheita, combatendo o fungo Penicillium. Além disso, o fungo produz toxinas que são prejudiciais ao organismo humano. Em relação à impactos positivos, são úteis em diversos processos na indústria de alimentos como na produção de queijos como o Brie, Camembert e o Roquefort, na fabricação de bebidas, detergentes e papel. Mesmo que o fungo Penicillium sp possua efeitos indesejados, é necessário a sua presença em diversos setores industriais, para a fabricação dos produtos citados nesse trabalho e assim sejam consumidos pelas pessoas. 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ANVISA, 2007 Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/servicosaude/controle/rede_rm/cursos/rm_controle/op as_web/modulo1/penicilinas.htm Acesso em 03 de Ago de 2013 BASSO, Ana Letycia. 12624-Produção de mudas de Urucum (Bixa orellana L.) em cultivo orgânico utilizando queijo brie como biofertilizante. Cadernos de Agroecologia–ISSN, v. 6, n. 2, p. 1, 2011. CASTRO, Luís César; LUCHESE, Rosa Helena; MARTINS, José Francisco P.. 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