EFEITO DAS RADIAES IONIZANTES SOBRE OS MICRORGANISMOS

Dr Leandro Francisco do Carmo drleandrocarmo@gmail.com

1. ASPECTOS GERAIS Na maioria dos casos, o objetivo em irradiar

alimentos afetar todo o sistema biolgico vivo. Sistemas biolgicos do alimento: microrganismos: deterioradores e patognicos;

parte

do prprio alimento: controle do amadurecimento e/ou senescncia. A radiao ionizante atua no sistema biolgico, a nvel celular. A absoro da radiao causa alteraes qumicas nos componentes celulares, podendo ter conseqncias para as atividades celulares.

As clulas so consideradas como unidade de vida e apresentam como principais caractersticas: alta organizao, com membrana contnua que define seus limites;

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permeabilidade da membrana para manter seu equilbrio; sistema enzimtico especfico (manuteno das funes).

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Alguns efeitos particulares da radiao sobre as clulas: - Alterao da membrana celular: afeta sua funo em transferir materiais crticos para a atividade celular; - Efeitos nas enzimas; - Efeitos nos processos de sntese (DNA/RNA); - Efeitos no metabolismo energtico (reduo da fosforilao); - Alteraes na composio do DNA, o que afeta as funes normais da clula, inclusive a reproduo. Dentre as alteraes, a mais importante so as que ocorrem com o DNA. DNA tamanho + complexidade vulnervel alterao pela irradiao.

EMecanismo Indireto H2O ----H + OH excitao ionizao Mecanismo Direto

DNADNA lesado

reparo corretoDNA restaurado clula normal

no reparoDNA mutado clula mutada vivel clula somtica

reparo errneo

morte celular clula germinativa

Diminuio da longevidade Envelhecimento precoce

Esterilidade

Embora

as alteraes causadas pela irradiao ocorram a nvel celular, as conseqncias destas alteraes variam com o organismo. Alguns efeitos no so facilmente perceptveis, pelo fato da resposta do organismo requerer a passagem atravs de uma ou mais fases do seu ciclo de vida. Alguns efeitos ocorrem em doses subletais, porm o uso de radiao suficiente sempre leva morte celular,o que contribui para a morte do organismo.

DOSES LETAIS ORGANISMOS

APROXIMADAS

PARA

VRIOS

ORGANISMOMamferosInsetos Bactrias vegetativas

DOSE (Gy)5 10 10 1000 500 10.000 10.000 50.000 10.000 200.000 2500 6000 4650 20000

Bactrias esporuladasVrus Fungos

Leveduras

2. OBJETIVOS DA RADIAO IONIZANTE EM ALIMENTOS- Assegurar a preservao dos alimentos atravs de: - Inativao de microrganismos deterioradores e/ou patognicos; - Retardamento do amadurecimento ou senescncia de frutos ou inibio do brotamento de bulbos, tubrculos e razes; - Descontaminao ou desinfeco em relao bactrias, fungos, leveduras e insetos; - Alterao qumica no alimento; - Reduo dos resduos qumicos.

3. IMPORTNCIA DOS MICRORGANISMOS EM ALIMENTOS-

Apodrecimento ou deteriorao de alimentos;Sade Pblica: doenas alimentares; Produo

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ConservaoAspecto econmico.

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4. ORGANISMOS ASSOCIADOS AOS ALIMENTOS VRUS = ncleo- protenas, no so organismos verdadeiros, uma vez que no apresentam estrutura celular e so incapazes de sobreviver dissociados de clulas vivas; BACTRIAS = organismos unicelulares, anucleados e formadores ou no de esporos; LEVEDURAS E FUNGOS - apresentam estrutura celular complexa e variada (contm ncleo); PARASITAS podem ser tanto organismos unicelulares (protozoas), como multicelulares (helmintos); INSETOS organismos multicelulares complexos (artrpodes).

desejvel utilizar a dose mnima que seja efetiva, com o objetivo de inativar os microrganismos contaminantes; MORTE REPRODUTIVA corresponde perda a habilidade de fungos, bactrias e leveduras em produzir prognie vivel (capacidade reprodutiva).

5. DOSES DE INATIVAO-

varivel com a caracterstica do organismo.5.1. Mtodos para determinao da dose de inativao A) Mtodo do ponto final METODOLOGIA: Um n de amostras de alimentos, cada uma contendo o mesmo n de organismos, irradiada de maneira que cada unidade receba uma dose diferente. - Examina-se todas as unidades para avaliar a presena/ausncia de sobreviventes. - DOSE DE INATIVAO = dose mais baixa que no mostre sobreviventes.

A) Mtodo do ponto final - Fornece informao sobre a sensibilidade do organismo irradiao. - LIMITAO: No pode ser utilizado para populaes diferentes daquelas utilizadas para estabelecer a dose de inativao. B) Mtodo da curva de sobrevivncia - Numa dada populao de organismos, quando a dose aumentada, a frao de sobreviventes torna-se menor.

- TEORIA DO ALVO: um evento induzido pela irradiao, tal como uma ionizao na ou nas proximidades do organismo, causa sua inativao.

B) Mtodo da curva de sobrevivncia - A efetividade da radiao em causar a morte do organismo consiste em se atingir o alvo. - DOSES BAIXAS: causa a morte em apenas alguns organismos. - Uso de doses cada vez maiores: inativao de um n maior de organismos, a qual proporcional dose aplicada. - Com o aumento da dose, alguns alvos sero novamente atingidos, levando reduo da eficincia do mtodo. - A resistncia (sobrevivncia) dos organismos representada pelo grfico dose versus log n sobreviventes.

Representao esquemtica de curvas de sobrevivncia 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7

N = sobreviventes da dose de radiaoNo = n original de microrganismos

2 1 3 Dose

Tipo 1: Curva exponencial de sobrevivncia, comum para os organismos mais sensveis radiao.Tipo 2: Curva caracterizada por uma salincia inicial, indicando que aumentos iguais da radiao so mais efetivos nas doses altas do que nas baixas. Esta salincia indica recuperao na dose mais baixa.

Tipo 3: Curva cncava com final resistente.

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A resistncia dos microrganismos radiao expressa pelo valor D10. Clculo do valor D10

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VALOR D10 Dose expressa em Gy ou kGy, necessria para reduzir a populao por um fator 10 ou um ciclo logartmico. - Curva Tipo 1: valor D10 pode ser lido no grfico. - Curva Tipo 2: valor D10 pode ser obtido da poro reta do grfico (parte exponencial) ou pela equao: - D10 = dose de radiao log N0 log N-

Onde: No= n de organismos sobreviventes radiao

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Curva Tipo 3: valor D10 melhor representado determinando-se uma dose de inativao.

Relao entre dose de radiao e frao sobrevivente de microrganismos.

BACTRIAS1. Aspectos gerais1.1. Tipos de bactrias - bactrias no esporuladas (vegetativas); - bactrias esporuladas. 1.2. Dano direto e indireto da radiao

- A radiao ionizante pode afetar o DNA de duas maneiras:- diretamente pela ao da radiao; - indiretamente pelos radicais primrios da gua .H, .OH e eaq;

BACTRIAS- .OH = radical mais importante no dano do DNA. - As bactrias esporuladas so mais resistentes radiao do que as vegetativas, devido ao baixo contedo de gua do protoplasto do esporo. Bactrias vegetativas resistentes radiaoMicrococcus radiodurans Moraxella acinetobacter Micrococcus roseus Micrococcus radiophillus Pseudomonas radiora carne

peixe

arroz

FUNGOS E LEVEDURAS- Produo de micotoxinas; - Morte reprodutiva;

- Mtodo do ponto final;- Resistncia radiao.

FATORES QUE AFETAM O VALOR D10 A) Composio do meio A1) Contedo de gua

- De maneira geral, os microrganismos so mais resistentes no estado seco do que em presena de gua. - No estado seco, a produo de radicais livres pela radiao menor menor dano indireto ao DNA. A2) Componentes dos alimentos- Interferem de maneira indireta na radiao sobre as bactrias;

A2) Componentes dos alimentos

- Competem com as bactrias pela interao com os produtos radiolticos ativos da gua; - pH: efeito na radilise da gua e efeito nos esporos do C.botulinum .- Esta competitividade altamente significativa no valor D10; - Aplicao de valores D10 obtidos em sistema mais simples, pode levar ao erro; - fundamental medir o valor D10 da bactria no alimento de interesse de maneira a definir o processo de irradiao.

A3) Oxignio - A eficincia da radiao aumenta com a presena de oxignio, pois aumenta a radiossensibilidade de sistemas biolgicos, causando quebras cromossmicas e desencadeia reaes nocivas devido aos radicais livres. A presena de CO2 , N2 e H2 produzem efeito protetor. B) Condies durante a irradiao B1) Temperatura - Em alimentos que apresentam um aprecivel contedo de gua, a temperatura afeta a sensibilidade da bactria que est presente. - Baixas temperaturas ou congelamento maior resistncia.

B2) Condies pr-irradiao

- Carga bacteriana inicial baixa.

6. TOXINAS BACTERIANAS

- Algumas bactrias de alimentos (Staphilococcus e Clostidium botulinum) produzem toxinas.- Essas toxinas so protenas e quando ocorrem nos sistemas complexos dos alimentos, requerem doses muito altas para inativao. - Valores D10, em soluo tampo para toxinas de C. botulinum tipos A e B: 6,1 a 31 kGy.

6. TOXINAS BACTERIANAS - Em caldo de carne 100 vezes mais; - Em queijo valores ainda maiores.

7. MTODOS DE APLICAO DA IRRADIAO NO CONTROLE DE MICRORGANISMOS DETERIORADORES E PATOGNICOS A. RADURIZAO

- RADURIZAO: Tratamento do alimento com uma dose de radiao ionizante suficiente para aumentar sua qualidade de conservao causando uma reduo substancial no nmero de microrganismos deterioradores especficos.

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MICRORGANISMOS: Acinetobacter, Vibrio, Aeromonas, Proteus.

Pseudomonas, Photobacterium,

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INTERVALO DE DOSE: 1,0 a 3,0 kGy refrigerao.

+

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PRODUTOS: carnes, pescados, aves, verduras, frutas, alimentos desidratados, condimentos.

TRATAMENTOS COMBINADOS NA RADURIZAO-

Armazenamento sob baixas temperaturas (0 a 3C); Desidratao e Baixa atividade de gua.

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B. RADICIDAO-

RADICIDAO: Tratamento do alimento com uma dose de radiao ionizante suficiente para reduzir o nmero de bactrias patognicas no formadoras de esporos, a um nvel que nenhuma seja detectada no alimento tratado quando este for examinado por algum mtodo biolgico reconhecido. MICRORGANISMOS: Salmonella, Shighella, Mycobacterium, Escherichia, Proteus, Streptococcus, Staphylococcus.

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Intervalo de dose: 2,0 a 6,5 kGy.Produtos: peixes, produtos marinhos, carnes em geral (sunos, bovinos, aves, etc.), ovos, leite e derivados. Tratamentos combinados

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Salga;Cura;

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Refrigerao (< 3 C);Aquecimento.

C. RADAPERTIZAO-

RADAPERTIZAO: Tratamento do alimento com uma dose de radiao ionizante suficiente para inibir totalmente a atividade dos microrganismos com capacidade para proliferar no alimento.

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MDR (Dose Mnima de Radiao)MDR = 12 D10 (dose necessria para reduzir por um fator de 1 x 1012 o nmero de esporos mais resistentes do gnero Clostridium).

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INTERVALO DE DOSE: 20 a 60 kGyMICRORGANISMOS: Clostridium, Moraxella, Acinetobacter, Micrococcus radiodurans. PRODUTOS: Produtos enlatados embutidos em geral (pH elevado). TRATAMENTOS COMBINADOS Irradiao a baixas temperaturas (-30 C); Aquecimento + Irradiao; Ausncia de O2. ou

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