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Micotoxinas: o papel da biotecnologia na segurança alimentar

Micotoxinas em alimentos: como fungos comuns como Fusarium, Penicillium e Aspergillus ameaçam a segurança alimentar global. Descubra mais!

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O que são Micotoxinas?

 Os fungos são decompositores eucarióticos com alta capacidade enzimática. Ao entrarem em contato com um substrato adequado, geram novas estruturas vegetativas e reprodutivas, denominadas esporos ou conídios.

Os fungos por serem responsáveis pela decomposição de alimentos liberam micotoxinas relacionadas a degradação da matéria orgânica. Estas substâncias são geralmente secundárias e produzidas como consequência do metabolismo fúngico ou para ação de metabolismo dos fungos filamentosos. As espécies Fusarium, Penicillium e Aspergillus são apontadas como agentes altamente sintetizadores de toxinas carcinogênicas pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC), sendo espécies chaves no processo de vigilância, diagnóstico e tratamento aplicando biotecnologia enquanto campo emergente  de conhecimento.

A contaminação alimentar e de produtos agrícolas é um grande problema econômico atual e mundial, e espécies de trigo, soja, milho e aveia estão particularmente em risco. Atualmente, estima-se que 25% dos produtos agrícolas estejam contaminados por alguma micotoxina em um contexto de produção global.

Considerando que alguns fungos podem produzir múltiplas micotoxinas, a biotecnologia pode ser aplicada para detectar essas toxinas, e também tratar os efeitos delas na saúde das populações.

Micotoxinas e contaminação dos alimentos

No contexto de produção de alimentos, o uso de grãos se destaca por ser o principal ingrediente presente na dieta de humanos e animais.

Todavia, quando há a presença dos fungos filamentosos na matéria-prima, eventualmente as alterações nas condições de temperatura, umidade, aeração do ambiente podem favorecer a sua proliferação. A produção das micotoxinas (metabólitos secundários) que contaminam os grãos é resultado do crescimento desses microrganismos que estabelecem uma vantagem competitiva contra outras espécies de fungos e bactérias, dispersando essas moléculas no ambiente.

Nas tabelas a seguir é possível observar os efeitos das Micotoxinas em humanos e animais com mais detalhes

Observando os Efeitos das Micotoxinas em Humanos
MicotoxinaEspécie que produzOnde é encontradaEfeitos TóxicosSinais Clínicos
Aflatoxina B1Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus.Substratos vegetais.Absorvida por difusão passiva no trato gastrointestinal, sendo biotransformada no fígado após a ingestão e metabolizada através dos processos de hidroxilação, hidratação, metilação e epoxidação. Assim, a AFB1 consegue alterar o metabolismo das proteínas, carboidratos e lipídios.Icterícia, perda de peso, comprometimento hepático com aumento do fígado, risco de câncer hepático e edema em membros.
Fumonisina B1Fusarium verticillioides, Fusarium proliferatum Milho. 
Inibe a ceramida sintetase, causando acúmulo de esfinganina e depleção de esfingolipídeos essenciais.Tóxica para o sistema cardiovascular, causando insuficiência cardíaca e problemas pulmonares.Inapetência, icterícia, colesterol elevado, falha cardíaca, aumento da permeabilidade pulmonar.
Ocratoxina AAspergillus ochraceus, Penicillium verrucosumMúltiplos cereais podem ser contaminados.
Teratogênica, mutagênica e carcinogênica. Afeta a função renal. 
Poliúria, sede intensa, urina sanguinolenta, queda na qualidade do sêmen, falência renal.
TricotecenosFusarium graminearum, Fusarium sporotrichioidesMúltiplos grãos podem ser contaminadosLesões orais, vômitos, problemas digestivos, e em casos mais graves, comprometimento do sistema nervoso e digestivo.Náuseas, Vômitos, Diarreia, Imunossupressão, Hemorragias.

Elaborado pelos autores com base em: PÉRICAS, B. R. et al., 2021; BULGARU, C. V., 2021; FREIRE et al., 2007; HUSSEIN e BRASEL, 2001; OBAFEMI, B. A. et al., 2023; KRUGER, 2006; 

Observando os Efeitos das Micotoxinas em Animais
MicotoxinaEspécie que produzOnde é encontradaEfeitos Tóxicos Sinais Clínicos
Ocratoxina AAspergillus ochraceus, Penicillium verrucosum Cereais contaminadosApós a ingestão, são rapidamente absorvidos, devido à afinidade com proteínas plasmáticas. Afetam os rins, prejudicando a filtração glomerular, com ação mediada por transportadores OATs e OATPs. Possuem efeitos teratogênicos, mutagênicos, carcinogênicos e reduzem a fertilidade.Causa redução do crescimento, diminuição do ganho de peso e lesões renais em animais.
Zearalenona

Fusarium graminearum, Fusarium culmorumGrãos contaminadosAtua como xenoestrogênio, ligando-se aos receptores de estrogênio, o que causa distúrbios reprodutivos, principalmente em fêmeas suínas. Afeta a fertilidade por alterar os níveis de progesterona e estradiol.Distúrbios reprodutivos de animais de fazenda, infertilidade, aborto e outros problemas de reprodução, principalmente em suínos 
 Fumonisina B1Fusarium verticillioides, Fusarium proliferatum MilhoInibe a ceramida sintetase, resultando em acúmulo de esfingosina e redução de esfingolipídeos essenciais.Ruminantes: tendem a ter menor ganho de peso, sistema imunológico pode ficar ineficiente.Equinos: podem desenvolver leucoencefalomalácia equina (LEME), leva a aturdimento, coceira, convulsões e a morte.
Tricotecenos Fusarium graminearum, Fusarium sporotrichioides Grãos contaminadosPossuem um anel epóxido que inibe a síntese de proteínas, DNA e RNA, ou que os torna potencialmente mutagênicos e carcinogênicos. Afetam os sistemas nervoso, digestivo, sanguíneo e da pele.Causa perda de vontade em ingerir alimentos e desenvolvimento de distúrbios gástricos em suínos.

Elaborado pelos autores com base em: PÉRICAS, B. R. et al., 2021; BULGARU, C. V., 2021; FREIRE et al., 2007; HUSSEIN e BRASEL, 2001; OBAFEMI, B. A. et al., 2023; KRUGER, 2006; 

Dentro do contexto de produção de alimentos, o uso de grãos se destaca por ser o principal ingrediente presente na dieta de humanos e animais, nele ocorre a transformação desses grãos oriundos da agricultura em produtos direcionados ao consumo. Todavia, quando há a presença dos fungos filamentosos na matéria-prima, eventualmente as alterações nas condições de temperatura, umidade e aeração do ambiente favorecem a sua proliferação e a produção das micotoxinas que irão contaminar os grãos, seja durante a colheita, transporte ou armazenamento.

 Dentre micotoxinas de maior impacto agroeconômico se destacam as aflatoxinas, ocratoxinas, fumonisinas, as toxinas termogênicas e alcaloides do ergot, a zearalenona e os tricotecenos. A ingestão dessas substâncias por meio do alimento contaminado gera intoxicações denominadas micotoxicoses, cujos efeitos tóxicos e os sintomas observados são impactantes na saúde humana e animal devido a estrutura química da molécula de cada micotoxina. Em geral, essas substâncias causam imunossupressão, hepatotoxicidade, nefrotoxicidade, teratogenicidade, hematotoxicidade e outras patologias.

Efeito das Micotoxinas em Animais.
Figura: Efeito das Micotoxinas em Animais. Elaborado pelos autores com base em: PÉRICAS, B. R. et al., 2021; BULGARU, C. V., 2021; FREIRE et al., 2007; HUSSEIN e BRASEL, 2001; OBAFEMI, B. A. et al., 2023; KRUGER, 2006; – #ParaTodosVerem: magem em tons de azul claro, com cícrculo cinza ao centro onde se lê os efeitos em animais, ao seu redor lê-se: imunossupressão, lesões hepáticas, problemas reprodutivos, abortos, redução da eficiencia alimentar, diminuição de leite e ovos, alterações no metabolismo proteico e lipídico, redução de crescimento em balões azuis. Também é possível observar ao final da imagem um porco, uma galinha e um cavalo sendo estes animais os mais afetados por alimentos contaminados com micotoxinas.
Efeito das Micotoxinas em Humanos
Figura: Efeito das Micotoxinas em Humanos. Elaborado pelos autores com base em: PÉRICAS, B. R. et al., 2021; BULGARU, C. V., 2021; FREIRE et al., 2007; HUSSEIN e BRASEL, 2001; OBAFEMI, B. A. et al., 2023; KRUGER, 2006; 
#ParaTodosVerem: imagem com fundo em azul escuro e balões em tons de azul, com círculo azul claro ao centro onde se lê os efeitos em humanos, ao seu redor lê-se: câncer (Ex: câncer de fígado causado por aflatoxinas), alergias e reações alérgicas, danos ao sistema nervoso central, doenças cardiovasculares, imunossupressão,danos renais, toxicidade hepática e gastroenterite. Também é possível observar ao final da imagem um ícone de pessoa.

Biotecnologia e as micotoxinas

A biotecnologia é um campo do conhecimento que tem oferecido ferramentas e abordagens inovadoras que controlam espécies fúngicas produtoras de micotoxinas. Dessa forma, o setor agropecuário pode se desenvolver com maior segurança e ótima produtividade, safras cada vez maiores e alimentos cada vez mais seguros. 

Existem algumas técnicas biotecnológicas direcionadas à compreensão dos mecanismos de produção das micotoxinas. A técnica CRISPR/CaS9 é importante devido à sua capacidade de editar o genoma dos Aspergillus sp., Fusarium sp. e Penicillium sp., permitindo a modificação ou interrupção dos genes específicos envolvidos na biossíntese de micotoxinas. Mediante o uso do CRISPR/Cas9 é possível criar cepas de fungos que produzem níveis reduzidos ou nulos de toxinas – sendo uma abordagem para maior segurança alimentar. 

Outra abordagem relevante é a utilização do RNA de Interferência (RNAi), que tem sido aplicado no silenciamento gênico de fungos como Fusarium sp. e Aspergillus sp. interferindo na expressão dos genes chaves para a produção de fumonisinas e aflatoxinas respectivamente. O RNAi oferece uma poderosa ferramenta com potencial para limitar a contaminação de culturas agrícolas por essas substâncias nocivas

Além disso, a transformação genética mediada por Agrobacterium e outras técnicas de engenharia genética em fungos filamentosos são abordadas como uma tecnologia que possibilita a introdução de genes que codificam enzimas capazes de degradar as micotoxinas. Esta é uma promissora solução biotecnológica para a descontaminação dos alimentos! 

As técnicas de Análise Transcriptômica (RNA-Seq) também têm sido usadas para identificação de vias regulatórias e genes expressos durante a produção de micotoxinas.

Por fim, a biologia sintética e a engenharia metabólica emergem como áreas de grande potencial permitindo a concepção de novos caminhos metabólicos em organismos fúngicos, tanto com o intuito de reduzir a incidência das micotoxinas quanto de eliminá-las. 

Técnicas Biotecnológicas e suas aplicações
Figura: Técnicas Biotecnológicas e suas aplicações. Elaborado pelos autores com base em: YANG, C.,2021;CHAYTOR, A. C. et al,2011;TAHEUR, Fadia Ben et al,2019;WANG, B. et al,2022;GAJ, Thomas et al, 2022;FRISVAD, et al, 2006; ABDİN, et al.2012. – #ParaTodosVerem: imagem com fundo em bege e balões em tons de verde,laranja, vermelho, rosa, laranja claro, lilás, ciano e azul, com círculo amarelo claro ao centro onde se lê Aspergillus spp, Fusarium spp, Penicillium spp, ao seu redor lê-se: crispr/cas: edição gênica para interromper a produção de micotoxinas, criação de cepas com baixa virulência.RNA de interferência (RNA): silenciamento de genes responsáveis pela biossíntese de micotoxinas como a fumonisina e a aflatoxina. Expressão Heteróloga: produção de enzimas ou metabólitos em sistemas heterólogos para análise funcional. Transformação genética: introdução de genes que codificam enzimas de degradação de micotoxinas. Transformação genética:Introdução de genes que codificam enzimas de degradação de micotoxinas. Edição gênica via Talens ou ZFNs:modificação precisa de genes envolvidos na síntese de micotoxinas para criar cepas seguras. Biologia Sintética: Projeto de novos caminhos metabólicos para reduzir a produção de micotoxinas ou produzir compostos alternativos. Proteômica:Estudo da expressão proteica em resposta a condições que influenciam a produção de micotoxinas. Análise de metabolômica: identificação e quantificação de micotoxinas e outros metabólitos associados à patogenicidade. 

O futuro da segurança alimentar

A luta contra as micotoxinas nos alimentos ganhou um aliado poderoso: a biotecnologia. Com suas ferramentas inovadoras, ela está transformando a forma como detectamos e combatemos essas substâncias tóxicas produzidas por fungos em diferentes alimentos como frutas e cereais.

Nanoestruturas eletroquímicas,biossensores, aptâmeros e nanomateriais vêm sendo estudados para desenvolvimento de abordagens de alta sensibilidade e especificidade para controle e também detecção de micotoxinas em alimentos, ajudando em um enfrentamento eficiente dessas moléculas .

Essas inovações têm um objetivo essencial de garantir que nossos alimentos sejam mais seguros. A biotecnologia está trabalhando nos bastidores, para que possamos desfrutar de nossas refeições sem preocupações, protegendo nossa saúde através de cada grão ou alimento.

Autores:

Ana Alice Lopes:
Instagram: @lopesana_mrts
Linkedin: https://www.linkedin.com/in/ana-alice-lopes-97bb3a34a/ 

Gabriel Eduardo Ribeiro Mendes:
Instagram: @gabsgabs1011
Linkedin: https://www.linkedin.com/in/gabriel-eduardo

Lorena Gabrielly da Silva Moreira:
Instagram: @lorenagsm_
Linkedin: www.linkedin.com/in/lorenagsmoreira

Referências:

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