O alumínio está presente na maioria dos solos brasileiros (PRADO, 2007) no estado insolúvel, mas com uso de adubação incorreta e utilização de calcário para preparo da terra, a exposição do metal frente aos cultivares acaba aflorando na forma de Al3+ sua forma mais solúvel e tóxica, contudo, essa toxidez acaba afetando diversas
culturas de clima tropical, sendo tóxico também para peixes, acidificando o meio em que se encontram. Em humanos, o Al está caracterizado em três efeitos tóxicos: a. efeito no trato gastrointestinal, b. um potencial que causa dano pulmonar se inalado e c. uma capacidade de exercer toxicidade sistêmica se absorvido (ALFREY, 1986). No homem é normal a concentração de alumínio no plasma sanguíneo cerca de 5 µg/L. Sendo esse metal abundante em nosso meio, estamos continuamente expostos a ele, e mesmo em concentrações baixas absorvemos ou retemos o elemento. Métodos indiretos de quantificação de alterações na urina tentando estimar o alumínio excretado e utilização de tecidos para fins de entendimento de ação do elemento em órgãos humanos vêm sendo estudados, mas não bem demonstrados na literatura.
A toxicidade do alumínio também foi relacionada a diversos estados patológicos em humanos, incluindo o distúrbio neurológico como o mal de Alzheimer (HOUELAND, 1990) e síndromes associadas ao tratamento de hemodiálises prolongadas (ARIEFF, 1990) tendo em vista que a água utilizada nesses tratamentos teria alta quantidade do metal em questão. Portanto a citotoxicidade do alumínio parece ser um fenômeno bastante generalizado, conforme sugeriram MacDiarmid e Gardner (1996).
Segundo Miller (1958) em um de seus estudos envolvendo microrganismos e concentrações de alumínio, observou que existiam evidências de que o metal afetaria o crescimento de fungos e leveduras.
Um ramo moderno que cresce a cada ano se diz respeito a utensílios utilizados nos preparos de alimentos, visto que grande maioria tem em sua composição metais, entretanto, pouco se fala sobre o efeito, quer positiva ou negativo que esses utensílios podem exercer nos alimentos que consumimos. Sendo assim, esses elementos
indesejáveis contidos em determinados utensílios, como o alumínio entre outros, podem migrar para os alimentos durante o processo de cocção (QUINTAES, 2000).
É sabido que as leveduras acumulam metais em seu interior, indústrias de alimentos que confeccionam suplementos animais e humanos, estão utilizando leveduras para enriquecer alimentos devido à grande fonte de proteínas vindo desses microrganismos, atualmente esta prática vem crescendo a cada dia, sendo denominada como alimentos advindos de “single cell protein”. Contudo, se faz necessário estudar intensivamente para obter informações cada vez mais esclarecedoras sobre o mecanismo de ação tóxica do íon alumínio nos sistemas biológicos.
2.2.1 Interação levedura-Al
Hamilton et al. (2001) investigaram uma enzima denominada H+ATPase vacuolar que é ativada por um stress ao alumínio em um cultivar de trigo com Al-resistente, sugerindo que a indução dessa enzima pode ser uma adaptação característica envolvido com Al resistente. Este estudo sugere que a ativação da H+ATPase vacuolar
esta envolvida com Al resistente, pois essa enzima esta relacionada com transporte de membrana em leveduras, fazendo com que haja um desequilíbrio de potenciais eletroquímico da levedura levando a um acúmulo de prótons e diminuição do pH citoplasmático. Sabe-se que a atividade da enzima H+ATPase vacuolar pode contribuir com a energização do tonoplasma da membrana, possibilitando a manutenção do mesmo que regula o potencial eletroquímico que está relacionado com processo atividade de transporte secundário envolvido em Al resistente. Indicando que a levedura foi excelente modelo de microrganismo para investigar o efeito do Al sobre a ATPase em plantas.
Segundo Yoshino et al. (1992) investigaram o efeito inibitório in vitro do íon alumínio sobre a desidrogenase isocítrica da levedura, e constataram que esse efeito poderia reduzir a produção de energia aeróbica pela levedura, podendo assim contribuir
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¹BASSO, L. C. Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”.
para a toxicidade do alumínio nos ecossistemas e em humanos. Na literatura nacional temos poucos trabalhos relatando efeitos do alumínio sobre a fermentação alcoólica e tais relatos são raros na literatura estrangeira. Neste contexto Basso (1989) e seus colaboradores verificaram os possíveis efeitos tóxicos do alumínio sobre a fermentação alcoólica utilizando fermento prensado Fleischmann em três diferentes tipos de mosto (melaço, xarope e mosto sintético), acrescido de diferentes concentrações de Al, com 6 ciclos fermentativos e concluíram que as leveduras em condições industriais podem estar expostas a doses tóxicas de alumínio e que esses efeitos tóxicos acabavam prejudicando no sentido de diminuição da viabilidade celular e consumo excessivo das reservas de carboidratos. Os efeitos mesmo em doses pequenas, 10 ppm de Al, já apresentavam toxicidade para as leveduras, não acontecendo o mesmo com doses de até 100 ppm de Al em mosto de melaço, sugerindo a possibilidade de agentes complexantes do Al como ácidos orgânicos e aminoácidos, atenuando tal toxidez.
O que muito se estuda atualmente é identificação e caracterização de leveduras ácidos tolerantes ao alumínio Al3+, segundo Kanazawa (2005), que estudou a tal fato para utilizar esses microrganismos como bio e fito-remediação em solos ácidos com alta concentração de Al presente. Outros estudos se baseiam em identificação de genes de leveduras que conferem resistência a competição do íon Al pelo sistema de transporte de Mg para o interior do microrganismo MacDiarmid e Gardner(1998).
O mecanismo de ação do Al sobre as leveduras não é muito conhecido pelos pesquisadores, o modelo que se tem, aborda a ligação do íon Al3+ ao sistema ATP-Mg
tomando o lugar do Mg se tornando ATP-Al, acabando por esgotar com fonte de energia do complexo ATP-Mg não conseguindo a levedura excretar os H+ para fora da célula, conseqüentemente deixando de promover reações bioquímicas necessárias para a manutenção da integridade da levedura (BASSO1).
Basso (1997) demonstrou em trabalho com ação tóxica do alumínio sobre leveduras industriais, que tal efeito estressante era causado pela redução do crescimento, diminuição da formação de glicerol, viabilidade celular e também
diminuição dos teores de carboidratos de reserva trealose e glicogênio, neste experimento o autor relata que houve um aumento da produção de etanol nos primeiros ciclos, desviando mais açúcar para produzir álcool e menos para formação de biomassa, glicerol e formação dos carboidratos de reserva, concluindo que esse aumento de produção não tem vantagem alguma para processos industriais frente aos estresses impostos a levedura nos reciclos subseqüentes praticados nas indústrias de produção de etanol combustível.
Em uma dissertação de mestrado (ARANHA, 2002) mostrou o efeito do alumínio sobre a fermentação alcoólica utilizando duas leveduras, uma de panificação (Fleishmann) e outra selecionada e utilizada amplamente no processo de produção de etanol combustível. Para isso, cultivou as leveduras empregando-se mosto semi- sintético composto de extrato de levedura, e constatou que a ação tóxica do alumínio, embora discreta, foi caracterizada pela redução da formação da biomassa e diminuição da viabilidade celular. A diminuição da viabilidade ocorre possivelmente devido as reduções de trealose e glicogênio. O acúmulo do alumínio nas células é promovido pelo teor do elemento no mosto industrial e esse acúmulo é mais acentuado na levedura Fleischmann, quando comparada com uma levedura selecionada denominada PE-2.
Vários estudos vêm nos mostrar o quão importante é a utilização de leveduras em processos biotecnológicos, pois esses microrganismos eucarióticos são de fácil manipulação, sua facilidade de cultivo em laboratório e o principal fato de o seu genoma estar mapeado. Sendo assim percebem-se que tais microrganismos seriam adequados para estudos que poderiam estar relacionados com um enfoque clínico (toxidez do Al em humanos) e também problemas relacionados com fitotoxicidade. Embora a levedura sempre fosse estudada em processos biotecnológicos como panificação, vinho, cervejas, destilarias e produção de etanol combustível, constatam-se poucos trabalhos publicados sobre toxicidade do alumínio em leveduras em processos industriais.
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² CAMPOS, D. C. Fermentec: Assistência Técnica em Fermentação Alcoólica.