Investigação de diferenças na suscetibilidade de cepas de Campylobacter jejuni à luz ultravioleta

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9459 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Campylobacter jejuni continua sendo uma alta prioridade na saúde pública em todo o mundo. A tecnologia de diodo emissor de luz ultravioleta (UV-LED) está sendo explorada atualmente para reduzir os níveis de Campylobacter em alimentos. No entanto, surgiram desafios como diferenças nas suscetibilidades de espécies e cepas, efeitos de repetidos tratamentos com UV no genoma bacteriano e o potencial para promover proteção cruzada antimicrobiana ou induzir a formação de biofilme. Nós investigamos a suscetibilidade de oito isolados clínicos e de fazenda de C. jejuni à exposição ao UV-LED. A luz UV a 280 nm induziu diferentes cinéticas de inativação entre as cepas, das quais três apresentaram reduções superiores a 1,62 log UFC/mL, enquanto uma cepa foi particularmente resistente à luz UV com redução máxima de 0,39 log UFC/mL. No entanto, a inativação foi reduzida em 0,46–1,03 log UFC/mL nessas três cepas e aumentou para 1,20 log UFC/mL no isolado resistente após dois ciclos repetidos de UV. Alterações genômicas relacionadas à exposição à luz ultravioleta foram analisadas usando WGS. Cepas de C. jejuni com respostas fenotípicas alteradas após a exposição aos raios UV também apresentaram alterações na formação de biofilme e suscetibilidade ao etanol e aos limpadores de superfície.

Campylobacter spp. são atualmente alguns dos patógenos alimentares mais comuns e estima-se que estejam associados a aproximadamente 500 milhões de casos de campilobacteriose a cada ano em todo o mundo. Campylobacter jejuni foi relatado como o agente causador na maioria dos casos1. A carne de aves é frequentemente contaminada (60-80%) com Campylobacter spp. e é considerada a principal fonte de infecção em humanos. A produção em larga escala de aves contribuiu para a disseminação de C. jejuni entre os rebanhos, resultando em altos níveis dessa bactéria na carne de aves no varejo. Conseqüentemente, esforços têm sido feitos nas fazendas e nos níveis de processamento para reduzir o número de C. jejuni na carne de aves. Várias intervenções, como agentes antimicrobianos, vacinas, água quente e tratamento de carcaças com vapor, têm sido estudadas como possíveis intervenções na cadeia produtiva avícola2.

A luz ultravioleta (UV) surgiu como uma potencial tecnologia de desinfecção devido à sua eficácia na descontaminação microbiana de superfícies, água e ar. A aplicação desta tecnologia não térmica em alimentos líquidos e superfícies alimentares também tem sido avaliada no setor agroalimentar, com o objetivo de futura implementação na cadeia alimentar3. A luz UV está situada em uma faixa específica de comprimento de onda de 100 a 400 nm no espectro eletromagnético, onde a região de 200 a 280 nm, também conhecida como UV-C, demonstrou ter o efeito máximo de inativação para uma ampla gama de microrganismos . Os mecanismos de ação da UV-C estão bem descritos na literatura4,5 e envolvem a formação de dímeros no DNA, como dímeros de ciclobutano pirimidina (CPDs) e fotoprodutos pirimidina 6–4 pirimidona (6-4PPs) que resultam em lesões. Essas lesões interferem na transcrição do RNA e na replicação do DNA, interrompendo a função normal da célula, resultando em morte celular3,4.

Para a geração de luz ultravioleta, os dispositivos de lâmpadas de mercúrio são amplamente utilizados na indústria. No entanto, o mercúrio representa uma ameaça tóxica, que pode ter impacto nos seres humanos e no meio ambiente. Portanto, outras alternativas, como a tecnologia de diodo emissor de luz UV (UV-LED) surgiram nos últimos anos para superar esse problema. Os dispositivos UV-LED apresentam outras vantagens em relação às lâmpadas de mercúrio, como baixo custo, alta durabilidade, baixa emissão de calor e energia e flexibilidade, entre outras. Apesar disso, esses novos dispositivos requerem mais investigação para sua possível implementação como estratégias de desinfecção no setor agroalimentar5,6.

Segundo Alvarez-Ordonez et al.7, novas tecnologias de processamento empregadas para descontaminação de alimentos, como a luz ultravioleta, podem desencadear uma resposta adaptativa em algumas bactérias e levar a células mais persistentes devido à subletalidade característica do estresse. Assim, a eficácia da desinfecção pode ser reduzida após vários tratamentos com a mesma tecnologia7. Em particular, foi documentado que os tratamentos com luz UV são afetados pela taxa de crescimento microbiano, propriedades ópticas da matriz e variedade microbiana e diferenças entre espécies. Este último pode ser relevante ao avaliar a eficácia da luz ultravioleta, onde uma alta variabilidade na resistência aos raios ultravioleta foi demonstrada em cepas da mesma espécie8. Por exemplo, Haughton et al.9 observaram variação considerável na cinética de inativação de 10 cepas de Campylobacter quando uma lâmpada UV e dispositivos UV-LED foram aplicados. Outro estudo também identificou diferentes suscetibilidades entre cepas de Listeria monocytogenes expostas à luz ultravioleta, mas a fase de crescimento não influenciou a suscetibilidade10. A evidência da variabilidade específica da cepa para resistir à luz UV sugere que mais informações são necessárias para entender esse fenômeno para apoiar perspectivas futuras para a implementação de UV-LED11. Existem outros desafios em relação ao uso dessa tecnologia, incluindo os efeitos do tratamento UV repetido na suscetibilidade das células bacterianas, formação de biofilme e/ou co-seleção para diminuição da suscetibilidade a desinfetantes. Embora a associação entre a formação de biofilme e a resistência aos raios ultravioleta em células bacterianas após a exposição aos raios ultravioleta seja pouco explorada, a resistência à luz ultravioleta demonstrou ter efeitos de proteção cruzada contra estressores como etanol, ácido, calor e peróxido de hidrogênio. No entanto, estudos avaliando esse fenômeno de proteção cruzada não são suficientes para tirar conclusões firmes7,10,11,12.