3731_11 - controle do crescimento microbiano 2011.1

Controle do Crescimento Microbiano

1.2. Uso dos agentes de controle

- estudos com microrganismos ou sua aplicação

- evitar infecções

- evitar a decomposição de materiais

1. Introdução

1.1. Quais os principais fatores limitantes para o crescimento microbiano?

- Temperatura- pH- Disponibilidade de H2O- Disponibilidade de O2

* tamanho da população

* intensidade ou concentração do agente

* tempo de exposição

* temperatura do ambiente

* natureza do meio: umidade, pH...

* tipo de microrganismo**

Condições que Afetam a Atividade de um Agente de Controle Microbiano

Influência do Tamanho Inicial da População sobre a Efetividade de um Agente de Controle

Influência da concentração de Fenol sobre o crescimento de Escherichia coli

Cortesia da Universidade de Cambridge

Fenol a 35 °C

Cortesia da Universidade de Cambridge

Influência da temperatura no crescimento de Escherichia coli exposta a Fenol

3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos

- Esterilização pelo calor

- Esterilização por radiação

- Esterilização por filtração

3. Tipos de Agentes de Controle e Mecanismos de ação

3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos

- Agentes químicos de uso externo (tópico)3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo

3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticos

3.3.2. Antibióticos

3.3.3. Fármacos antifúngicos

3.3.4. Fármacos antivirais

3.1.1. Calor Úmido * desnaturação de proteínas e enzimas

a) Água fervente (100 ºC)- células vegetativas x esporos

b) Sob pressão (autoclavagem) – 121 °C a 1,1 kg cm-2

- rápido aquecimento- grande penetração

c) Pasteurização1860: Louis Pasteur/vinho62,8 ºC/30 min ou 72 ºC/15 s


Efeito da temperatura naviabilidade de uma bactéria mesofílica

Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

Medida da Esterilização pelo Calor


Relação Entre Temperatura e Tempo de Morte em Mesófilos e Termófilos

Mesófilos

Termófilos

3.1.2. Calor Seco* Oxidação dos constituintes orgânicos* Menor eficiência que o calor úmido

a) incineração: eliminação de contaminantes e cadáveres, esterilização da alça de platina

b) forno de Pasteur* 160 ºC durante 2 h


3.1.3. Baixas Temperaturas* preservação de alimentos, drogas* inibição das reações metabólicas* formação de cristais de gelo (congelamento)* redução da água disponível

Tempo necessário para matar endósporos bacterianos pelo calor

Calor úmido Calor secoEspécie Temp ºC Tempo Temp ºC Tempo

(min) (min)

Bacillus anthracis 100 8-15 140 >180105 5-10 160 9-90

180 3

Clostrid. botulinum 100 300-530 120 50110 32-90 130 15-35115 10-40 140 5

C. perfringens 100 5-45 120 50105 5-27 130 15-35115 4 140 5120 1

C. tetani 100 5-90 130 20-40105 5-25 140 5-15

160 12

3.1.4. Radiações* Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio

a) ionizante: raios gama


Gamma radiation, also known as gamma rays (denoted as γ), is electromagnetic radiation of high frequency (very short wavelength). They are produced by high energy sub-atomic particle interactions in natural processes and man made mechanisms. These include electron-positron annihilation, neutral pion decay, fusion, fission, lightning strike, inverse Compton scattering and synchrotron radiation. Gamma ray production events range from production of a single gamma photon to explosive bursts that are the most powerful observed in the visible universe. Because gamma rays are a form of ionizing radiation, they pose a health hazard when absorbed by living tissue.

3.1.4. Radiações* Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio

a) ionizante: raios gama, raios-X, feixes de elétrons: *ionização das moléculas

ex. H2O OH* (hidroxil) + e- + H+

Poderoso oxidante* alto poder de penetração

b) não ionizante: * luz ultravioleta: 136 a 400 nm (** 260 nm)* excita os elétrons produzindo vários tipos de reação:

DNA (mais afetado) - dímeros de pirimidina* baixo poder de penetração


Capela de fluxo laminar com uma fonte de radiação ultravioleta utilizada para a descontaminação das superfícies internas

Sensibilidade de Microrganismos e de Funções Biológicas à Radiação

Gray (Gy) é uma unidade doSistema Internacional de medidas,

que representa a quantidade de energia de radiação

ionizante absorvida (ou dose) por unidade de massa,

onde:1 Gy = 1kg.m-2 s-2

O nome da unidade é em homenagem

a Louis Harold Gray (1905–1965), um radiologista britânico.

3.1.5. Filtração

* Chamberland (1884): primeiro filtro bacteriológico de porcelana para água* Modernos: membranas de ésteres de celulose

- poros uniformes- diâmetro variável - descartáveis

* ex. filtros HEPA (high efficiency particulate air): acetato de celulose dobrado ao redor de folhas de alumínio - retém 99% da matéria particulada


Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar

Fonte: Madigan et al., 2004, 2010. Microbiologia de Brock

Unidades de Membranas Filtrantes Descartáveis, Pré-Esterilizadas e Montadas


Filtro de profundidade(Fibras de papel ou de borossilicato)

Filtros Microbiológicos

Filtro Nucleoporo(Filmes de policarbonato)

Membrana Filtrante(Acetato de celulose, nitrocelulose ou polissulfona)

Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e Algas Aquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore


Agentes Químicos


3.2.1. Esterilizantesa) Óxido de etileno* ativo contra células vegetativas e endósporos* alta penetração, mas necessita longa exposição* líquido abaixo de 10,8ºC, acima disso é um gás

* inativação das proteínas com H lábil (-SH, -NH)

H2C-CH2 + R-SH R-S-CH2CH2O-H

O (inativação)

b) Alquilantes (alquilação de proteínas: cross-link) – radical livre, carbeno, etc.* -propionolactona* Glutaraldeído* Formaldeído (formol)


3.2.2. Desinfetantes

a) Fenóis (ácido carbólico): primeiro agente químico usado para o controle microbiano* Joseph Lister (1865): efetivo agente antisséptico em hospitais* solução a 5% mata células vegetativas, mas não os endósporos

Joseph Lister

Fenol

b) Álcoois* Etílico a 60-85%: mata células vegetativas* Metanol: mais eficiente porém muito tóxico* Desnaturação de proteínas* Dissolvem os lipídeos da membrana


c) Halogênios: iodo, cloro, bromo* iodo e compostos relacionados: agente oxidante, combina-se com a tirosina, inativando proteínas* cloro: formação de ácido hipocloroso liberando radicais de oxigênio

d) Metais pesados: chumbo, zinco, prata, cobre, mercúrio* combinam-se com proteínas, provocando sua inativação

ex. SH S

enzima + HgCl2 enzima Hg + 2HClSH S

3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicose) Detergentes

* desnaturação das membranas

- Aniônicos: [C9H19COO]-Na+

(sabão)

- Catiônicos: Cloreto de amônioCloreto de amônio

- Não iônicos: octoxinol (etileno)

Agentes AntimicrobianosUtilizados In vivo

3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo

- A maioria dos agentes físicos é muito drástica e a maioria dos agentes químicos é muito tóxica para uso interno em humanos

- Mesmo antissépticos moderados podem ser aplicados somente sobre a pele

- Os fármacos antimicrobianos são classificados de acordo com sua estrutura molecular, seu mecanismo de ação e seu espectro de atividade antimicrobiana

- Diferentes tipos de fármacos antimicrobianos são produzidos continuamente pela indústria farmacêutica

- Categorias de fármacos antimicrobianos: Agentes sintéticos Antibióticos

3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticos

Salvarsan

•primeiro agente quimioterápico: composto orgânico com

arsênio

•uso do arsênico para tratamento da sífilis: até 1900 (muito

tóxico)

•Paul Erlich - Prêmio Nobel 1908



SalvarsanPaul ErlichPaul Erlich

3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticosSulfonamidas* Gerhard Dogmagk da Bayer (1935) - teste com corantes orgânicos sintéticos contra estreptococos: Prontosil

* Jacques Tréfouël (Sulfanilamida): análogo estrutural do PABA (ác. p-aminobenzóico)

- PABA: coenzima para formação de ác. tetrafólico (síntese de timidina e aminoácidos)

- Seres humanos não usam PABA, sintetizam viatmina B9 a partir do ác. fólico dos alimentos

* 1945: milhares de derivados (SULFONAMIDAS)


(c) Ácido fólico



- Definição: Agentes antimicrobianos produzidos por microrganismos (bactérias e fungos) exibindo função de inibir ou matar outros microrganismos

Ganhadores do Premio Nobel em Fisiologia e Medicina de 1945“Descoberta da Penicilina e seus efeitos curativos em várias

doenças infeciosas"

Sir Alexander Fleming Ernst B. Chain Sir Howard Florey



- Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina)* Baixo espectro (ex: Vancomicina)


Produção e Utilização Anual de Antibióticos no Mundo

*

*

*

*

* Antibióticos β-lactâmicos

Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas* 50% dos antibióticos produzidos mundialmente* Produtores: Penicillium chrysogenum: penicilina

Acremonium spp.: cefalosporina* Inibem a síntese de peptidoglicano (transpeptidaçãotranspeptidação)* Provocam a liberação de autolisinas: digestão da

parede já existente* Espectro: ativos contra bactérias Gram positivas* Aparecimento de resistência: produção de β-lactamases

Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos

Antibióticos Aminoglicosídeos:

* Aminoaçúcares unidos por ligações glicosídicas* Principal representante: Estreptomicina (produzida por

Streptomyces griseus)

* Ação: inibição da síntese de proteínas (ligação com a subunidade 30S)

* Espectro: ativos contra G- e G+, usados clinicamente contra Gram negativos

* Rápido aparecimento de cepas resistentes

* Apenas 3% do total de antibióticos produzidos

Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos

Eritromicina


Principais Agentes Antimicrobianos de ProcariotosAntibióticos Macrolídeos:

* Grande anel lactona conectado com açúcares* Principal representante: Eritromicina (produzida por

Streptomyces erythreus)

* Ação: inibição da síntese de proteínas - combina-se com a subunidade 50S ribossomal

* Ativos contra bactérias Gram + e Gram -

* Usado em substituição à penicilina para pacientes alérgicos

Fonte: Madigan et al., 2010

Mecanismos de Ação de Alguns dos Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos

* Principais alvos:- Parede celular- Membrana plasmática- Processos biossintéticos:

síntese de proteínassíntese de ác. nucléicos

Eritromicicina (macrolídeo)

Síntese Protéica(inibidores de 50S)

Síntese Protéica(inibidores de 30S)

3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo3.3.3. Fármacos Antifúngicos* Apresentam problemas para o desenvolvimento de quimioterápicos* Muitos fármacos antifúngicos podem ser utilizados apenas em aplicações tópicas (superfície)* Alguns apresentam toxicidade seletiva: afetam estruturas ou processos metabólicos específicos dos fungos* Principais representantes: Polienos (Streptomyces nodosus; S. nursei)

Azóis (fármacos sintéticos)


Mecanismos de Ação de Agentes Quimioterápicos Antifúngicos

Controle de vírus* a condição de parasita intracelular obrigatório

- íntima ligação com as funções da célula hospedeira- dificuldade de controle

a) Análogos de Nucleosídeos* AZT (Zidovudine): análogo estrutural da timidina - bloqueia a síntese de DNA intermediário dos retrovírus (transcriptase reversa)

* Aciclovir: inibe o alongamento do ácido nucleico viral

b) Neviparina: liga-se à transcriptase reversa, inibindo sua ação

c) Rifamicina: inibe a RNA polimerase


3.3.3. Fármacos Antivirais

Interferon:

* proteínas de baixo PM

* inibem a multiplicação dos vírus por estimular a produção de proteínas antivirais

* ligação a receptores de células não infectadas

* específicos para cada tipo de célula e não de vírus

* eficientes para vírus de baixa virulência

* sua produção é induzida pela presença do vírus, pelo ácido nucleico viral ou pelo vírus inativado por radiação

* substâncias antivirais produzidas por células animais


3.3.3. Fármacos Antivirais

Drogas Antivirais Criadas por Computador

Drogas antivirais geradas por computador. Inibidores de proteases virais


Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas em Alguns Patógenos Humanos


* Apresentam linhagens que não podem ser controladas com os fármacos atualmente conhecidos

*

*

*

Surgimento de bactérias resistentes às drogas antimicrobianas. (a) relação entre o uso do antibiótico e a porcentagem de bactérias resistentes (b) porcentagem de casos relatados de gonorréia causada por linhagens

resistente às drogas


Neisseria gonorrhoaea

Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas


Avaliação da Sensibilidade a Antibióticos por Métodos de Diluição

Fonte: Madigan et al., 2010

Teste de Difusão em Discos - Antibiograma

Padrões definidos pelo Instituto de Padrões Clínicos e Laboratoriais (CLSI)

3731_11 - controle do crescimento microbiano 2011.1

Documents