Frontiers in Microbiology
Editorial sobre o Tópico de Pesquisa
Recent Discoveries in Human Serious Foodborne Pathogenic Bacteria: Ressurgimento, Patogénese e Estratégias de Controlo
Bilhões de pessoas no mundo estão em risco de alimentos inseguros. Muitos milhões adoecem enquanto centenas de milhares morrem anualmente devido ao consumo de alimentos contaminados (Fung et al., 2018). Os surtos e a prevalência de doenças transmitidas pelos alimentos não são apenas um grande fardo para os sistemas globais de saúde, mas também resultam em enorme impacto negativo no crescimento econômico e na estabilidade social. Juntamente com o rápido desenvolvimento do comércio eletrônico baseado na web e no celular, o rápido comércio nacional e internacional de alimentos em todo o mundo apresenta novos desafios para os sistemas de segurança alimentar, particularmente nas nações em desenvolvimento. As bactérias patogênicas contaminam os alimentos em qualquer etapa de toda a cadeia alimentar, desde a fazenda até a mesa de jantar. As bactérias patogénicas mais conhecidas associadas às doenças de origem alimentar a nível mundial são a Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Cronobacter sakazakii, Vibrio cholerae e Vibrio parahaemolyticus. Este tópico de pesquisa relatou descobertas recentes no ressurgimento, patogénese e estratégias de controlo destes patogénios alimentares.
A monitorização contínua dos contaminantes alimentares e identificação dos factores de risco são cruciais para garantir a segurança alimentar. Muitos artigos originais de pesquisa incluídos neste tópico de pesquisa abordaram questões relacionadas à diversidade genética, prevalência, resistência e novos vetores de transmissão de bactérias patogênicas. Por exemplo, C. jejuni, uma das principais causas de gastroenterite em humanos, pode residir em reservatórios de alimentos de animais, como frangos, suínos e bovinos. A diversidade genética e a freqüência da resistência antimicrobiana da C. jejuni recuperada de 214 bovinos em três rebanhos de Michigan nos EUA foram examinadas e determinadas em um estudo transversal (Cha et al.). Cronobacter spp. pode causar enterocolite necrosante, bacteremia e meningite em neonatos e bebês, com uma taxa de 40-80% de mortalidade (Holy e Forsythe, 2014). A fórmula em pó para lactentes (PIF) é a fonte mais significativa de Cronobacter spp. resultando nas infecções. Foi determinada a resistência antimicrobiana e de dessecação de 70 Cronobacter sakazakii e Cronobacter malonaticus isolados de PIF e ambientes de processamento na China (Fei et al.). A Salmonela não-tipóide (NTS) pode infectar uma grande variedade de hospedeiros, incluindo humanos, aves, gado e outros animais domesticados e selvagens em todo o mundo. Estima-se que 93,8 milhões de pessoas sofrem de salmonelose anualmente, com quase 155.000 mortes (Majowicz et al., 2010). O perfil de virulência potencial, a relação genética e a adaptação do hospedeiro de isolados de NTS de aves e mamíferos com base nos antígenos bacterianos FimA (adhesin) e IroN (receptor) foram investigados em um grande número de isolados de NTS de diferentes origens hospedeiras (Alshalchi et al.). Os autores revelaram a possível influência de mutações pontuais não-sinônimas dentro da aderência de FimA dos isolados da SNT na adaptação do hospedeiro (Alshalchi et al.). A Escherichia coli enteroagregante (EAEC) é uma causa comum de doença de origem alimentar. As cepas da CEAE expressam uma gama heterogênea de fatores de virulência putativos; portanto, o reconhecimento de fatores patogênicos específicos permanece desafiador. Jønsson et al. monitoraram uma coleção de 162 cepas clínicas dinamarquesas de CEAA e identificaram um novo plasmídeo codificador de toxinas de virulência pAA e duas variantes distintas das fimbriae de CEAA. O Enterococcus faecalis é frequentemente detectado em água mineral e de nascente e pode causar infecções do tracto urinário humano, endocardite e septicemia neonatal. A prevalência, genes potenciais de virulência, resistência antimicrobiana e diversidade genética de E. faecalis isolados de 314 amostras de água mineral e água de nascente pesquisadas na China também foram investigadas (Wei et al.). Coletivamente, estes estudos destacaram uma alta prevalência de bactérias patogênicas antimicrobianas ou resistentes à dessecação associadas a diversos genótipos.
Décadas de pesquisa identificaram uma série de determinantes de virulência produzidos e secretados por bactérias patogênicas (Martinović et al., 2016). Para estabelecer infecções em humanos, os patógenos devem sentir e responder a ambientes hospedeiros recentemente encontrados para regular a expressão de fatores críticos de virulência que permitam a adaptação a nichos de mercado e a colonização bem sucedida (Bäumler e Sperandio, 2016; Lustri et al., 2017). Neste tópico de pesquisa, os mecanismos moleculares recentemente descritos subjacentes à microbiota residente outcompetente dentro do trato gastrintestinal por serovares não-tipóides de S. enterica foram extensivamente revisados por Anderson e Kendall. A bactéria, como o serovar Typhimurium (S. Tm) elimina diretamente os competidores próximos através do contato entre células bacterianas, assim como estimulando uma resposta imunológica do hospedeiro para eliminar membros específicos da microbiota. Além disso, o S. Tm regula firmemente a expressão dos principais factores de virulência que permitem ao S. Tm resistir às defesas imunitárias do hospedeiro dentro dos macrófagos. Neste contexto, os autores também destacaram sinais químicos e físicos que o S. Tm sente como sinais para se adaptar a cada um destes ambientes hospedeiros (Anderson e Kendall).
alguns outros artigos originais incluídos neste tópico de pesquisa também relataram novos achados na patogênese bacteriana. Por exemplo, as funções detalhadas de um gene relacionado à biossíntese da celulose (bcsR) de C. sakazakii foi investigado usando uma técnica de eliminação de genes, e os resultados demonstraram que o bcsR é um regulador negativo da biossíntese da celulose, mas regula positivamente a formação do biofilme e a capacidade de adesão/invasão de C. sakazakii (Gao et al.). O RpoS é um fator sigma chave de estresse induzível que regula os genes de resistência ao estresse na E. coli. Foi identificada uma nova mutação do ponto de falha no resíduo RpoS 128 em um isolado de E. coli (STEC) produtor de toxina Shiga clínica. A hidrofobicidade do aminoácido no resíduo 128 é crítica para a atividade de RpoS e, consequentemente, é importante para a sobrevivência bacteriana à temperatura fria e tensões oxidativas (Iwase et al.). As cepas STEC também diferem na resistência aos ácidos. Quando cultivada em meio mínimo a pH 3,3, a cepa STEC B201 exibindo floculação era mais sensível a ácido, enquanto a cepa STEC B241 era planctônica e resistente a ácido. Dados transcriptômicos e de expressão de genes alvo mostraram que a expressão de curli e genes chaperone induzidos por ácido csg e hde se correlacionaram positivamente com as diferenças fenotípicas (Kay et al.). Bacillus cereus é cada vez mais relatado como sendo um agente causador de doença gastrointestinal humana. Jeßberger et al. investigaram a produção de enterotoxinas, secreção e citotoxicidade em um conjunto de 19 cepas enteropatogênicas e não patogênicas de B. cereus de diversas origens, usando meio de cultura celular pré-incubado com a linha de células epiteliais de cólon humano CaCo-2. Os autores sugeriram que os métodos atualmente utilizados no diagnóstico de B. cereus baseado no meio de cultura padrão deveriam ser complementados por procedimentos de cultivo simulando condições de hospedeiro intestinal (Jeßberger et al.).
A inovação biológica e não biológica em tecnologias tem surgido para melhor controle de patógenos de origem alimentar. Os avanços contemporâneos nas tecnologias de sequenciamento de DNA não só permitiram uma caracterização mais fina dos genomas bacterianos, mas também proporcionaram uma identificação taxonómica mais profunda dos microbiomas complexos que habitam um ambiente, tais como um econiche corporal particular (por exemplo, o conteúdo do intestino humano) e um econiche de uma instalação de fabrico de alimentos (por exemplo, drenagem do solo) (revisto por Cao et al.). Nos últimos anos, a descoberta de pequenos RNAs não codificadores (sRNAs) desvendou um novo mundo de redes reguladoras pós-transcripcionais, que cooperam com Ribonucleases (RNases) no controle da expressão gênica. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, muitas moléculas de sRNA foram identificadas e mostraram ser atores importantes na virulência bacteriana. O metabolismo do RNA tem sido recentemente explorado para o desenvolvimento de novas aplicações terapêuticas (revisto por Matos et al.). Durante o processamento e conservação de alimentos, muitos patógenos alimentares podem ser induzidos a entrar num estado viável mas não cultivável (VBNC), limitando condições ambientais como temperaturas extremas, secagem, irradiação, campo eléctrico pulsado e stress de alta pressão, bem como a adição de conservantes e desinfectantes. Após entrar no estado VBNC, os patógenos de origem alimentar não podem ser detectados usando técnicas convencionais de contagem de placas e introduzem grandes desafios à segurança alimentar. Várias características do estado VBNC foram extensivamente revistas por Zhao et al. incluindo características biológicas, fatores de indução e ressuscitação, mecanismos de formação e ressuscitação, métodos de detecção e relação com a segurança alimentar.
Novos compostos e estratégias de tratamento foram explorados para o controle de patógenos bacterianos. Por exemplo, Shi et al. analisaram os efeitos da timmoquinona, um ingrediente ativo principal no óleo volátil das sementes de Nigella sativa, na supressão dos traços relacionados à virulência do C. sakazakii ATCC 29544, e testes in vitro mostraram que concentrações sub-inibitórias de timmoquinona diminuíram significativamente a motilidade, a detecção do quórum e a produção de endotoxinas da bactéria. Além disso, a timoquinona reduziu substancialmente a adesão e invasão de C. sakazakii ATCC 29544 às células humanas da linha de células cólicas HT-29 e diminuiu o número de células bacterianas intracelulares dentro das células macrofágicas RAW264.7. V. cólera pode causar cólera, uma doença diarréica grave que pode ser rapidamente fatal se não tratada e é tipicamente transmitida através de água contaminada e contato de pessoa para pessoa (Baker-Austin et al., 2018). Surtos de cólera são relatados todos os anos em nações em desenvolvimento (Organização Mundial de Saúde, http://www.who.int/). Os efeitos dos minerais dietéticos zinco, selênio e manganês nos atributos de virulência de V. cholerae foram estudados (Bhattaram et al.), e testes in vitro indicaram que todos os três minerais reduziram significativamente a motilidade de V. cholerae, a adesão às células epiteliais intestinais (Caco-2), e a produção de toxinas da cólera (ctxAB, fliA, e toxR) in vitro, e diminuíram a adesão e produção de toxinas no intestino de camundongos ex vivo. Entretanto, estudos in vivo em um modelo animal são necessários para validar estes resultados.
Patógenos bacterianos persistem nas instalações de processamento de alimentos através do crescimento predominantemente como biofilmes e não no modo planctônico (Bae et al., 2012). Os biofilmes são comunidades microbianas complexas embutidas nas substâncias protetoras extracelulares poliméricas (EPS). A eficiência da água ácida eletrolítica (AEW) para remover biofilmes foi avaliada para patógenos bacterianos de origem alimentar, incluindo E. coli, V. parahaemolyticus, e L. monocytogenes. V. parahaemolyticus (ou seja, vibriose) são normalmente adquiridas através da exposição à água do mar ou através do consumo de frutos do mar crus ou mal cozidos (Baker-Austin et al., 2018), enquanto que L. monocytogenes (um patógeno que pode crescer a temperaturas de refrigeração) infecções (ou seja, listeriose) são frequentemente associadas com produtos lácteos não pasteurizados e vários alimentos prontos para consumo (Fung et al., 2018). Experiências in vitro mostraram que a AEW desencadeou a ruptura do EPS pela deformação da ligação C-O-C dos carboidratos e anéis aromáticos nos aminoácidos tirosina e fenilalanina. Os autores sugeriram que a AEW poderia ser uma alternativa ecologicamente correta aos higienizadores tradicionalmente utilizados na indústria alimentícia. Além disso, a sobrevivência diferencial do C. jejuni hiper-aerotolerante sob diferentes condições gasosas também foi estudada, e os dados resultantes sugeriram que a embalagem de atmosfera modificada usando CO2 pode ajudar a controlar a contaminação das aves com C. jejuni hiper-aerotolerante (Oh et al.).
Em resumo, este Tópico de Pesquisa de Fronteiras inclui 21 artigos, e 146 autores da Áustria, Canadá, China, Dinamarca, Alemanha, Irlanda, Japão, Portugal, Coréia do Sul, Reino Unido, e Estados Unidos. Ele fornece uma visão geral das recentes descobertas em ressurgimento, patogênese e estratégias de controle das bactérias patogênicas graves transmitidas pelos alimentos, e apóia a necessidade urgente de melhorar a segurança alimentar e a saúde pública, particularmente no contexto da globalização. As informações apresentadas nos artigos não só sublinham futuras áreas de pesquisa e necessidades dos cientistas, mas também beneficiam governos, produtores de alimentos, fornecedores e consumidores de alimentos a trabalharem juntos para eliminar e controlar a persistência de patógenos nos alimentos e infecções resistentes em humanos.
Contribuições dos autores
LC redigiu o editorial. WA contribuiu para a revisão editorial. Todos os autores aprovaram o artigo final para publicação.
Conflict of Interest Statement
Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
Acknowledgments
LC e WA agradece a todos os autores que contribuíram para este Tópico de Pesquisa. LC é apoiado por subsídios da Comissão Municipal de Ciência e Tecnologia de Shangai (No. 17050502200) e da National Nature Science Foundation of China (No. 31671946).