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_________________________________________________________________________________ EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ Antibióticos Antibiótico – droga com capacidade de interagir com microorganismos mono ou pluricelulares que causam infecções no organismo Bactericida - quando elimina a bactéria Bacteriostático - quando interrompe a reprodução da bactéria, deixando ao sistema imunitário a tarefa de eliminar a infecção Quimioterápico – substância química produzida por síntese capaz de inibir o crescimento de microrganismos (ex.: sulfas) Mais de 20.000 antibióticos descritos Aproximadamente 100 - uso clínico Combinação de síntese microbiana e modificação química: penicilinas, cefalosporinas, dihidroestreptomicina, clindamicina, tetraciclinas, rifamicina

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_________________________________________________________________________________EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ

AntibióticosAntibiótico – droga com capacidade de interagir com microorganismos mono ou pluricelulares que causam infecções no organismo

Bactericida - quando elimina a bactéria Bacteriostático - quando interrompe a reprodução da

bactéria, deixando ao sistema imunitário a tarefade eliminar a infecção

Quimioterápico – substância química produzida por síntese capaz de inibir o crescimento de microrganismos (ex.: sulfas)

Mais de 20.000 antibióticos descritos Aproximadamente 100 - uso clínicoCombinação de síntese microbiana e modificação química:penicilinas, cefalosporinas, dihidroestreptomicina, clindamicina,

tetraciclinas, rifamicina

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Características • ser ativo frente ao patógeno in vivo;• não deve produzir reações indesejáveis, ou seja, deve ser relativamente atóxico para

fagócitos, células, tecidos e órgãos do corpo;• não deve hemolisar o sangue;• não deve precipitar as proteínas do soro;• deve ser solúvel em água ou soro fisiólogico;• ser relativamente estável.

Atividade – capacidade de um antibiótico de inibir o crescimento dos microrganismos

Potência – atividade relacionada com a massa

Nível Sérico – A via de absorção pelo organismo varia com o antibiótico: muscular, venosa e oral. Estas substâncias concentram-se no sangue e sua dose deve ser suficiente para atingir uma concentração mínima inibidora

O antibiótico deve ser ingerido periodicamente de modo a manter a concentração mínima letal ao patógeno

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Classes Químicas

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Antibióticos β-lactâmicos

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Penicilinas

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Penicilinas

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Mecanismos de Ação

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Mecanismos de Ação

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Mecanismos de Ação

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Efeitos de Antibióticos β-lactâmicos

Enterobacter aerogenes: [A] morfologia normal (cultivo 8h)[B] morfologia em cultivo contendo 2 µg/mL de amdinocilina (penicilinas)

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Efeitos de Antibióticos β-lactâmicos

Escherichia coli: [C] morfologia normal [D] morfologia após 30 min contato com ceftazidima (celafosporinas)

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Pesquisa de Antibióticos

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Características de microrganismos produtorescrescimento rápido em substrato econômicoprodução das substâncias desejadas em quantidades e condições econômicas aprimoramento da capacidade produtoraconservação das características biossintéticas, sem grandes riscos de variaçãobaixa produção de substâncias que interfiram com a extração do antibióticoausência de patogenicidade, etc

Bacillus brevis Tirotricina; Gramicidina Bacillus licheniformis Bacitracina

BACTÉRIAS

Bacillus polimixa Polimixina Streptomyces griseus Estreptomicina Streptomyces erytheus Eritromicina Streptomyces kanamyceticus Kanamicina Streptomyces fradiae Neomicina Streptomyces nodosus Anfotericina

ACTINOMICETOS

Streptomyces aureofaciens Tetraciclina Penicillium chrysogenum Penicillium notatum

Penicilina

Penicillium chrysogenum Ampicilina Penicillium patulum Griseofulvina Aspergillus fumigatus Fumagilina Cephalosporium acremonium Celafosporina

BOLORES

Paecitomyces varioti Variotina

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QuantificaçãoTeste da Diluição em Tubos

Concentração Inibitória Mínima (MIC):menor concentração que é capaz de prevenir o crescimento do microrganismo ≥ 99%

menores valores de MIC maior atividade anticrobiana

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Quantificação

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Quantificação

Técnica do Halo de Inibição

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Características da Produção• Processos aeróbios• Esterilização de meio e de equipamentos - etapa importante:

menos de 2 % das bateladas devem ser perdidas como resultado de infecções por microrganismos

resistentes ao antibiótico ou com fagos• Inóculos de 10% do volume a fermentar• Controle de Temperatura e pH• Contínua adição de nutrientes e precursores• Quantidades relativamente elevadas de carbono

síntese de componentes celulares

respiração celular

produção de substâncias aparentemente não são necessárias à atividade metabólica normal a célula

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Meios de Produção

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Produção de PenicilinaOperação em Batelada Alimentada:

adição controlada de um açúcar facilmente metabolizável - mantém na fase de produção uma atividade catabólica adequada à fermentação da penicilinapermite manter ao mesmo tempo as condições de fermentação em estado quase-estacionário e a cultura em estado transiente (i.e., viável), indispensável a uma boa produção de antibiótico:

1. operar o fermentador entre os limites superior e inferior de atividade catabólica (e.g., evitando a repressão catabólica)

2. operar abaixo dos níveis de inibição/toxicidade por substâncias essenciais àbiossíntese (e.g., fonte-N e precursor)

3. reduzir a duração da fase de crescimento (acelerando o crescimento)4. prolongar a duração da fermentação (manter a biomassa viável mais tempo)5. operar em concentrações de biomassa elevadas e constantes (i.e., utilizar

eficientemente a biomassa produzida)6. repôr a água evaporada com a aeração do cultivo (contrariando o aumento de

viscosidade do meio e a co-limitação pelo O2)

Curto período de operação descontínua (ca. 12 h)Adições ao longo da fermentação (ca. 180 a 220 h)T = 25-27ºC ; pH ótimo de crescimento = 4.5 a 4.7 ; pH ótimo de produção = 6.8 a 7.4Velocidade de aeração = 0,5 e 1,0 m3 de ar / m3 de meio / min (vvm)Agitação = 120-150 rpmMorfologia de pellets pequenos e pouco compactos

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Produção de PenicilinaPenicillium chrysogenum

microrganismo estritamente aeróbiofonte orgânica de carbonofonte orgânica ou inorgânica de nitrogêniomesofílico (24oC)pH entre 4.5 e 4.7 (suportam até 3.5)

Os fungos produtores são caracterizados por variações constantes: Em geral, quanto maior a produtividade da cepa,

maior a sua instabilidade

Conservação:1. repiques sucessivos: só se for para meios diferentes, de modo a diminuir a

possibilidade de adaptação ou selecionamento fisiológico; corir a superfície do meio contendo os repiques com óleo mineral (retarda a dessecação bem como diminui as trocas gasosas com o meio ambiente, diminuindo a atividade metabólica do microrganismo)

2. em solo ou areia estéril (mantidos a 2-4oC)3. liofilização (esporos)4. congelamento

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Produção de Penicilina

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Produção de Penicilina

precursor

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Cinética de Produção

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Produção de Penicilina

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Resistência aos Antibióticos

• Intrínseca ou adquirida• Emprego generalizado e indiscriminado de antibióticos• Originada por mutação ou transferência genética• MUTAÇÕES: mutações pontuais, transposição de segmentos de genes,

inserções, deleções, inversões• TRANSFERÊNCIA GENÉTICA: plasmídeos, bacteriófagos, transposição de

genes (do plasmídeo para o cromossomo)

Controle:prevenção de mutantes (doses altas ou terapia combinada)prevenção da disseminação de mutantes ( emprego)eliminação de cepas resistentes durante o tratamento(ex: penicilinas resistentes à beta-lactamase)

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Mecanismos de Resistência aos Antibióticos

Modificação no sítio alvo do fármacoPerda da permeabilidade celular a um fármacoProdução enzima inibida / metabólitoantagonista do fármacoAbertura de rota alternativa que contorna a via inibidaMenor necessidade do produto gerado pelo sistema inibido