Spore dosimetry: Bacillus subtilis TKJ6312 as biosensor of biologically effective solar radiation

Quim. Nova, Vol. 32, No. 2, 282-285, 2009 Artigo Dosimetria esporular: Bacillus subtilis TKJ6312 como biossensor de radiação solar biologicamente ativa Marcelo Barcellos da Rosa*, Pabulo Henrique Rampelotto e Nelson Jorge Schuch Laboratório de Exobiologia e Biosfera, Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, CP 5021, 97110-970 Santa Maria – RS, Brasil André Passaglia Schuch Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, 05508-900 São Paulo – SP, Brasil Nobuo Munakata Faculty of Science, Rikkyo University, 171-8501 Tokyo, Japan Recebido em 30/10/07; aceito em 28/8/08; publicado na web em 26/1/09 SPORE DOSIMETRY: Bacillus subtilis TKJ6312 AS BIOSENSOR OF BIOLOGICALLY EFFECTIVE SOLAR RADIATION. Since 2000, spore dosimetry and spectral photometry have been performed in parallel at the Southern Space Observatory, São Martinho da Serra (Southern Brazil). A comparative study involving data from Punta Arenas - Chile (53.2° S), São Martinho da Serra (29.5° S), Padang – Indonesia (0.9°S), Brussels – Belgium (50.9° N) and Kiyotake – Japan (31.9° N) from 2000 to 2006 is presented. The Spore Inactivation Doses presented the higher values in summer (973 ± 73 for Punta Arenas and 4,369 ± 202 for São Martinho da Serra, as well 1,402 ± 170 and 3,400 ± 1,674 for Brussels and Kiyotake, respectively). The simplicity, robustness and high resistance of bacterial spores makes the biosensor an potential biological tool for UV-B monitoring. Keywords: spore dosimetry; biosensor; UV-B radiation. INTRODUÇÃO A radiação solar é essencial para a vida na superfície da Terra, mas paradoxalmente é também um fator de estresse ambiental para os organismos vivos. Trabalhos têm mostrado que desde a década de 70 a concentração de ozônio estratosférico tem decrescido em média de 0,5% ao ano para quase todas as latitudes nas regiões extra-tropicais, devido a emissões antropogênicas de derivados de clorofluorcarbonos. Deste então, a média global de incidência de radiação UV-B (280- 320 nm) tem aumentado em torno de 5%.1 O ácido desoxirribonucléico (DNA), ou seja, o material genético das células é o principal alvo da radiação UV solar.² Portanto, danos causados em organismos vivos devido à exposição solar, incluindo riscos à saúde humana, a ecossistemas terrestres e aquáticos têm sido uma preocupação global.3,4 Conseqüentemente, o monitoramento da radiação UV solar tem sido realizado mundialmente. Esse monitoramento requer instrumentos de coleta de dados de alta sensibilidade, para que se possam dimensionar efetivamente os riscos causados pela radiação UV solar à saúde humana. Atualmente, um método comum para se ter acesso ao potencial dano biológico causado pela radiação solar é o cálculo da dose biologicamente ativa da radiação solar, que é obtida através da transformação de dados da radiação solar incidente com algum espectro de ação biológica de interesse, através do uso de espectrofotômetros. Um porém é que espectrofotômetros são aparelhos normalmente de grande porte, de alto custo operacional e requerem calibrações onerosas, uma vez que necessitam de jogos de lâmpadas e filtros especiais, além de necessitarem de um controle de tensão bastante refinado. No caso de dosímetros comercialmente disponíveis, que medem o efeito biológico da radiação, têm sido construídos com sensibilidade espectral próxima ao espectro de ação do eritema, definido pela Comissão Internacional de Radiação.5 Entretanto, utilizando *e-mail: estes instrumentos de banda larga, os quais fornecem a irradiância integral para toda a faixa espectral que medem para detectar tendências de longo tempo da radiação UV-B, dados controversos têm sido observados.6 Para complementar tais dosímetros físicos, diversos biossensores têm sido desenvolvidos, utilizando a vitamina D, uracil, DNA, bacteriófagos, esporos de bactérias, entre outros.7-11 Para aplicações em medidas de campo, os dosímetros biológicos devem ser robustos, ou seja, fisiologicamente estáveis por longo período de tempo, de fácil manuseio, fotossensíveis, seguros, de baixo custo e o efeito biológico avaliado deve ser afetado somente pela radiação e não por fatores ambientais e climáticos.12 Entre os métodos biológicos citados e propostos na literatura, o uso de biossensor baseado na inativação de esporos de Bacillus subtilis apresenta várias propriedades adequadas para sua utilização como dosímetro solar biológico, incluindo sua simplicidade, facilidade de manuseio e transporte para o local de teste, possibilidade de armazenamento prolongado estável antes e depois da exposição, bem como uma reprodutibilidade da resposta de inativação. Tentativas de aplicar este dosímetro sob várias condições têm sido bastante estudadas na última década e comparações com dosímetros físicos têm sido realizadas geralmente com a taxa de dose sendo determinada em minutos.13,14 Entretanto, para aplicação de longo período, sob diversas condições climáticas, alguns problemas surgem e serão discutidos posteriormente. Neste trabalho são apresentados os resultados de monitoramentos mensais contínuos da radiação biologicamente ativa usando dosimetria esporular no sul do Brasil, bem como comparações com outras localidades espalhadas em diversas latitudes e continentes. PARTE EXPERIMENTAL Medidas físicas de radiação podem ser realizadas com espectrofotômetros Brewer capazes de medir além da radiação na faixa de UV-B e UV-A, O3, NO2, SO2 e espalhamento rayleigh. Os modelos MKII Vol. 32, No. 2 Dosimetria esporular: Bacillus subtilis TKJ6312 como biossensor de radiação solar 056 (2000-2002) e MKIII 167 (2002-atual) medem a radiação UV na faixa espectral de 286,5 a 363,0 nm, com uma resolução de 0,5 nm. Neste estudo, as medidas de radiação UV-B obtidas pelos Brewer’s foram ponderadas com o espectro de ação dos esporos utilizando o software UV-Brewer versão 2.1 e seguindo uma calibração quinzenal utilizando-se lâmpadas padrões externas. As medidas de radiação biologicamente ativa, empregando a dosimetria esporular, consistem na utilização de esporos de Bacillus subtilis TKJ6312. Devido à deficiência, ou modificação de ambos mecanismos de reparo do DNA esporular, NER e liase SP, estes se tornam sensíveis à radiação solar UV, o que possibilita a sua utilização como um dosímetro solar biológico para monitorar a fração da radiação solar UV que é biologicamente ativa. O dosímetro de esporos tem sido preparado no Laboratório de Ciência da Vida da Faculdade de Ciências da Universidade Rikkyo, Tóquio, Japão, onde os esporos da cepa mutante de Bacillus subtilis TKJ6312 são misturados com 0,6% (m/v) de agarose.15 Quatro alíquotas de 5 µL dessa suspensão, cada uma contendo aproximadamente 106 esporos são adicionadas sobre um filtro de membrana e dispostos em slides. Em seguida, uma amostra é coberta com cartão (controle). Por último, as três amostras que serão expostas à radiação solar local são cobertas uma lâmina de polietileno azul de 0,04 mm (modelo BPS04) d (...truncated)