Surfactina

A surfactina, o principal e mais efetivo surfactante produzido por linhagens de

Bacillus subtilis, tem sido alvo de diversas pesquisas que exploram sua excepcional

atividade surfactante (BARROS et al., 2007).

Esse lipopeptídeo foi inicialmente descrito em 1968, por ARIMA, KAKINUMA e TAMURA, e foi assim denominado devido seu caráter tensoativo bastante evidente, no entanto, só começou a ser explorado a partir de 1980 (PEYPOUX et al., 1999). A surfactina é capaz de reduzir a tensão superficial da água e interfacial do sistema água/n-hexadecano de 72 para 27 mN.m-1, e de 43 para 1 mN.m-1, respectivamente (NITSCHKE e PASTORE, 2006).

Embora tenha sido descoberta há 43 anos, pesquisas à respeito desta molécula e dos micro-organismos produtores ainda são bastante intensas. Isto se deve, especialmente, à demanda crescente por biossurfactantes efetivos, economicamente viáveis, que possam ser utilizados em substituição aos surfactantes químicos (BANAT et al., 2010). Após a descoberta da surfactina, o gênero Bacillus passou a ser bastante visado em pesquisas relacionadas à produção de biossurfactantes, sendo crescente a procura por novas fontes dessas biomoléculas que apresentem alta eficácia e rendimento, aliado a um baixo custo de produção.

Segundo HSIEH e colaboradores (2004), apenas 20 linhagens de Bacillus, de bancos públicos e privados, têm sido registradas como produtoras de surfactina. Para fins científicos, a surfactina padrão é comercializada por R$ 88,00 o miligrama (SIGMA). O valor elevado torna urgente a busca por substratos alternativos e novas cepas produtoras desses e de

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outros lipopeptídeos, os quais, embora ainda não sejam comercializados, certamente possuem aplicações relevantes (BARRETO, 2011).

A surfactina, produzida por várias cepas de Bacillus subtilis (ARIMA et al., 1968; COSTA, 2005; KOWALL et al., 1998) apresenta estrutura geral conforme Figura 3. É composta por um peptídeo cíclico de sete aminoácidos ligados a uma cadeia de ácido graxo β-hidróxi, sendo que esta cadeia pode variar de 13 a 15 átomos de carbono, permitindo a existência de diferentes compostos homólogos e isômeros (LANG, 2002; KOWALL et al., 1998; KLUGE et al., 1988), sendo o ácido 3 hidroxi-13-metil- tetradecanóico (KOWALL et al., 1998; KLUGE et al., 1988) ligado por ligação lactona, o principal componente (BARROS et al., 2007).

Figura 3 – Estrutura química da molécula de surfactina (Nitschke e Pastore , 2002).

A atividade biológica da surfactina depende tanto da composição de aminoácidos e da sequência do peptídeo, como da natureza da sua parte lipídica (KOWALL et al., 1998). As substituições dos aminoácidos são responsáveis pelas mudanças significativas em suas propriedades causadas pela modificação da distribuição polar/apolar e/ou da acessibilidade de grupos carboxílicos a cátions. Estas modificações acarretam em diferenças na capacidade hemolítica, quelação de metais, concentração micelar crítica (CMC) e atividade superficial (LANG, 2002; PEYPOUX et al., 1999).

Pesquisas demonstram que a surfactina é bastante estável quando submetida a diversas condições, o que considera-se um importante atributo, já que processos industriais estão frequentemente associados a condições extremas de pH, temperatura, força iônica, pressão e presença de solventes orgânicos (CAMEOTRA e MAKKAR, 1998). Diversos estudos têm avaliado a estabilidade dos biossurfactantes frente a essas condições. Isto ocorre em função da necessidade de uma avaliação do comportamento destes compostos para que sua utilização seja viabilizada (CAMEOTRA e MAKKAR, 1998; MAKKAR e CAMEOTRA,

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1999; COSTA, 2005; BARROS et al., 2007).

A surfactina apresenta baixa CMC, alto poder de redução da tensão superficial (ARIMA et al., 1968; COSTA, 2005; COOPER et al., 1981; KIM et al., 1997; NITSCHKE, 2004), além de diversas funções biológicas, o que a caracteriza como molécula biologicamente ativa. Apesar dos mecanismos de ação da surfactina não estarem plenamente elucidados, parece claro que essas propriedades da surfactina estão principalmente relacionadas à sua capacidade de alterar a integridade membranal, como consequência do estabelecimento de fortes interações com os constituintes fosfolipídicos da membrana celular (HUSSAIN, et al., 2004).

Essas propriedades apresentadas pela surfactina servem como base para explicação de diversas atividades exercidas por ela, como seguem:

ação anticarcinogênica (BARROS, et al., 2007); atividade antitumoral (NITSCHKE, et al., 2004);

inibição da formação de biofilmes de outras bactéria com sua ação antimicrobiana e antifúngica (STEIN, 2005);

ação antibiótica (NITSCHKE, et al., 2004);

agente facilitador na absorção de fármacos (BARROS, et al., 2007); atividade antiviral (BARROS, et al., 2007).

Devido o vasto campo de atuação da surfactina, sua aplicação é plausível em demandas advindas de diversos setores industriais.

Embora a surfactina seja muito citada como agente surfactante em processos de biorremediação, a ampliação da utilização deste biossurfactante em processos de remediação de águas e solos contaminados com poluentes orgânicos hidrofóbicos tem sido limitada pela falta de conhecimento sobre o destino desses compostos no ambiente, quanto à biodegradação das moléculas e dos metabólitos intermediários e, também, sobre sua toxicidade quando aplicados in situ (HAIGH, 1996; DI GIOIA et al., 2004).

Em análises comparativas, os tensoativos biológicos geralmente apresentam toxicidade inferior à dos sintéticos (POREMBA et al., 1991; MAKKAR e ROCKNE, 2003; MULLIGAN, 2005). Essa baixa toxicidade dos tensoativos biológicos às bactérias e a outros organismos unicelulares é uma das principais características que levam os biossurfactantes a estimularem a decomposição bacteriana de substâncias orgânicas hidrofóbicas (MORAN et al., 2000; HUA et al., 2003).

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Os biossurfactantes distinguem-se dos surfactantes sintéticos pelas suas propriedades tensoativas extremamente suaves. Isso significa que apresentam uma alta compatibilidade com as membranas biológicas. Essa característica é atribuída geralmente à sua estrutura polimérica e ao seu conteúdo de grupos polifuncionais, que fazem com que essas substâncias apresentem, em regra, uma menor polaridade que os surfactantes sintéticos. Uma das consequências dessas características estruturais é o fato dos tensoativos biológicos formarem agregados, as micelas, com uma menor carga eletrostática. Como resultado dessa propriedade, os biossurfactantes apresentam uma maior compatibilidade com membranas biológicas quando comparados com muitos dos tensoativos sintéticos utilizados para tratamento de ambientes contaminados com compostos orgânicos hidrofóbicos (AL- TAHHAN et al., 2000; HUA et al., 2003). Nesses processos, a presença de biossurfactantes propicia uma interação entre os compostos orgânicos hidrofóbicos e a superfície celular dos micro-organismos. Este fato não surpreende, dado que muitos dos surfactantes sintetizados pelas bactérias, mesmo sob condições naturais, têm como função a de regular a adesão de células bacterianas às superfícies de substratos lipofílicos (VAN HAMME et al., 2006).

A toxicidade de uma substância depende, além de sua própria natureza, de fatores físico-químicos (pH, temperatura e salinidade), do organismo-teste, da concentração da substância e das condições impostas para o teste (KOZLOVA et al., 2004).

A proposta geral dos testes de toxicidade é estabelecer o impacto potencial de substâncias químicas sobre a biota de um dado ambiente. A informação adquirida pode ser usada para se administrar o tratamento ou para a liberação do uso de substâncias químicas. Testes de ecotoxicidade são bastante úteis, pois podem ser avaliados em um curto tempo (VAN BEELEN e DOELMAN, 1997).

Dentre os bioensaios, encontrasse a toxicidade sobre Artemia salina, que é um microcrustáceo de água salgada comumente usada como alimento para peixes. A simplicidade com que pode ser manuseado, a rapidez dos ensaios e o baixo custo favorece a sua utilização rotineira em diversos estudos, além do que, tais ensaios de letalidade são muito utilizados em análises preliminares de toxicidade geral (LUNA et al., 2005).

Outro bioensaio realizado é o de fitotoxicidade sobre Lactuca sativa (semente de alface), chamado de Teste de alongamento das raízes, onde é levado em consideração o comprimento das raízes e o número de sementes que germinam (SILVA et al., 2010).

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A germinação é um fenômeno biológico que, para os tecnologistas de sementes, é definida como a emergência e o desenvolvimento das estruturas essenciais do embrião, manifestando a sua capacidade para dar origem a uma planta normal, sob condições ambientais favoráveis (NASSIF et al., 1998).

Os problemas de toxicidade em uma planta surgem quando certos constituintes (íons tóxicos) do solo ou da água são absorvidos e acumulados em seus tecidos em concentrações suficientemente altas para provocar danos e reduzir seus rendimentos (AYERS e WESTCOT, 1999).

As vantagens do teste de germinação são devido ao seu baixo custo e pela sua simplicidade, contribuindo para que estes sejam muito utilizados em bioensaios de toxicidade. Nas últimas décadas, dezenas de publicações têm sido dedicadas à explicação das razões por que as sementes de alface não germinam em determinadas condições e, ou, quais tratamentos permitem a germinação (ANDRADE, 2009).

A falta de maior compreensão dos mecanismos que envolvem a interação de surfactantes com poluentes orgânicos hidrofóbicos, organismos e componentes do solo, leva a muitas controvérsias com respeito à aplicação de surfactantes em biorremediação de solos contaminados com compostos orgânicos hidrofóbicos (OU, 2000). Isto também é indicativo da necessidade de pesquisas sobre biodegradabilidade e toxicidade de surfactantes antes da sua aplicação em processo de biorremediação de ambientes contaminados. Idealmente, os surfactantes não devem causar uma poluição secundária, como resultado de sua aplicação em processo de remediação.