Microrganismos na Indústria

Os microrganismos tem sido explorados ao máximo e estão cada dia mais, presentes na indústria e na economia do mundo. Esse processo de utilização de organismos vivos na indústria para modificação do ambiente humano pode ser chamado de Biotecnologia. Como exemplos podemos citar a utilização de microrganismos nos produtos farmaceuticos (antibióticos, esteróides, insulina), produtos químicos (solventes, acetonas), bebidas alcoólicas (cerveja, vinho), vinagre, vacinas, suplementos alimentares, laticínios (queijo, iorgurte), na mineração e na indústria do petróleo.

A seguir comentaremos sobre antibióticos e laticínios para exemplificar como os microrganismos fazem parte da biotecnologia.

ANTIBIÓTICOS

HARAGUCHI define antibióticos como substâncias químicas derivadas de organismos vivos ou produzidos por eles, capazes de inibir processos vitais de outros organismos. Esses organismos em sua maioria são bactérias.

Observado que há muita variação quanto à classificação dos antibióticos, dispomos os que consideramos de maior interesse para um melhor entendimento de como os microorganismos fazem parte dos antibióticos.

1. Origem - Segundo CASAL em Prospecção de bactérias produtoras de antibióticos os microorganismos produtores de antibióticos distribuem-se por três grupos de organismos formadores de esporos: fungos filamentosos (ex. Penicillium chrysogenum), bactérias formadoras de endósporos (ex. Bacillus subtillis) e bactérias actinomicetas ( ex. Streptomyces griseus).

* BFE – Bactéria formadora por endósporos; F – fungo; A – actomiceto.

2. Toxicidade Seletiva - É a capacidade de atuar num determinado microrganismo seletivamente, não atingindo ao hospedeiro.

3. Espectro de ação - Pode ser amplo ou pequeno, diferenciando-se pela diversidade de organismos afetados

4. Síntese - Microbiana - tem origem geralmente por uma ou poucas bactérias (actinomicetos) e vários tipos de fungos filamentosos. Química - Sulfonamidas, Trimetoprim, Cloranfenicol, Isoniazida além de outros antivirais e antiprotozoários.Semi-sintética - são antibióticos naturais modificados pela adição de

grupamentosquímicos.

5. Tipos de ação - O antibiótico pode agir de forma eliminatória (bactericidas) ou por inibição de crescimento(bacteriostáticos) do organismo.

Os principais antibióticos que são considerados bactericidas, são: Amoxicilina, ampicilina, bacitracina, canamicina, carbenicilina, cefalosporinas, estreptomicina, gentamicina, oxacilina, penicilina, polimixina, rifampicina. E os considerados

bacteriostáticos são: Ácido nalidíxico, eritromicina, lincomicina, nitrofuranos e tetraciclina.

6. Ação predominanteDe acordo com HARAGUCHI:

Ação sobre germes gram-positivos: bacitracina, eritromicina, penicilina; Ação sobre germes gram-negativos: canamicina, colistina, neomicina; Ação sobre micobactérias: canamicina, cicloserina, estreptomicina; Ampla ação: cloranfenicol, tetraciclina; Ação antimicótica: anfotericina, fungicidina, griseofulvina; Ação antiprotozoária: fumagilina, paromomicina.

7. Estrutura químicaSegundo a estrutura química, HARAGUCHI classifica os antibióticos em:

derivados de monopeptídios: cicloserina, azaserina; derivados do ácido; aminopenicilânico e análogos: penicilinas, cefalosporinas; derivados de propanodiol: cloranfenicol; derivados de hidrocarbonetos aromáticos: tetraciclinas, rifamicinas; derivados macrolídicos: estreptomicina, neomicina, vancomicina; antibióticos poliênicos: anfotericina, nistatina; antibióticos polipeptídios: bacitracina, polimixina.

8. Mecanismos de ação Conforme o artigo da UNIVERSO DA SAÚDE (2010), os mecanismos de ação

do antibiótico e suas devidas explicações são as seguintes:

a. Inibição da síntese da Parede CelularEstes agentes antimicrobianos correspondem aos mais seletivos, apresentando

um elevado índice terapêutico. β-lactâmicos - Penicilinas, ampicilina ecefalosporinas: contém em sua estrutura

um anel β-lactâmico, que interage com proteínas denominadas PBPs (Penicillin Binding Protein), inibindo a enzima envolvida na transpeptidação, responsável pela ligação entre as cadeias de tetrapeptídeos do peptideoglicano. Com isso, há o impedimento da formação das ligações entre os tetrapeptídeos de cadeias adjacentes de peptideoglicano, ocasionando uma perda na rigidez da parede celular. Acredita-se também que tais drogas podem atuar promovendo a ativação de enzimas autolíticas, resultando na degradação da parede.

Bacitracina -  Interfere com a ação do carreador lipídico que transporta os precursores da parede pela mebrana. Resulta na não formação das ligações entre o NAM e NAG.

Vancomicina - Liga-se diretamente à porção tetrapeptídica do peptideoglicano. É ainda a droga de escolha para linhagens resistentes de S. aureus.

b. Ligação à Membrana CitoplasmáticaSão agentes antimicrobianos que muitas vezes exibem menor grau de toxicidade

seletiva.Polimixinas -  Ligam-se à membrana, entre os fosfolipídeos, alterando sua

permeabilidade (detergentes). São extremamente eficientes contra Gram negativos, pois afetam tanto a membrana citoplasmática como a membrana externa.

Ionóforos -  Moléculas hidrofóbicas que se imiscuem na Membrana citoplasmática, permitindo a difusão passiva de compostos ionizados para dentro ou fora da célula.

c. Inibição da síntese de ácidos nucléicosPossuem uma seletividade variável.Novobiocina -  Se liga a DNA girase, afetando o desenvolvimento do DNA,

impedindo sua replicação.Quinolonas - Inibem a DNA girase, afetando a replicação, transcrição e reparo.Rifampicina - Ligação à RNA polimerase DNA-dependente, bloqueando a

transcrição.

d. Inibição da tradução (Síntese protéica)São geralmente bastante seletivos. Correspondem a um dos principais grupos de

agentes antimicrobianos, uma vez que a síntese protéica corresponde a processo altamente complexo, envolvendo várias etapas e diversas moléculas e estruturas.

Estreptomicina e gentamicina -  Liga-se à subunidade ribossomal 30S, bloqueando-a e promovendo erros na leitura do mRNA. Interferem com a formação do complexo de iniciação.

Tetraciclina - Liga-se à subunidade ribossomal 30S (sítio A), impedindo a ligação do aminoacil-tRNA.

Cloranfenicol -  Liga-se à subunidade ribossomal 50S e inibe a ligação do tRNA e da peptidil transferase, inibindo a elongação.

Eritromicina -  Liga-se à subunidade ribossomal 50S e inibe a elongação.

e. Antagonismo metabólico Geralmente ocorre por um mecanismo de inibição competitiva.Sulfas e derivados - Inibição da síntese do ácido fólico, pela competição com o

PABA. Trimetoprim -  Bloqueio da síntese do tetrahidrofolato, inibindo a dihidrofolato

redutase.Isoniazida -  Afeta o metabolismo do NAD ou piridoxal, inibe a síntese do ácido

micólico - "fator corda".

Isolamento e Identificação de bactérias produtoras de antibióticos

Para explicar o processo de utilização dos microrganismo nos antibióticos vamos considerar documento de CASAL: Prospecção de bactérias produtoras de antibióticos.

CASAL dá ênfase às bactérias actomicetas do gênero Streptomyces, por considerar a mais utilizada para esse fim. As bactérias actomicetas do gênero Streptomyces são produtoras por exemplo dos antibióticos tetraciclina e nistatina entre outros. E tem como mecanismo de ação a interferência nos mecanismos de síntese proteica

Os meios de cultura e sua composição são: Meio Amido-Caseína (AC ) ou agar de Mueller-Hinton(extrato de carne, caseína hidrolisada , amido, agar, água destilada. Ph 7,4) e Meio Nutriente Agar (NA) (extrato de carne, peptona, agar, água destilada)

Para o isolamento da bactéria, é obtida uma amostra de solo arenoso, onde são encontradas mais facilmente. Dessa amostra mistura-se 1g com 1g CaCO3 numa caixa Petri. Incuba-se à temperatura ambiente (±25°C) durante uma semana. Adiciona-se 0,1g

dessa mistura a 100ml de H2O desmineralizada esterilizada. Agita-se vigorosamente. Após deve-se inocular utilizando a técnica de espalhamento em superfície, 100 μl da suspensão anterior numa placa de meio Amido-Caseína (AC). Essas placas devem ficar incubadas durante 6 a 7 dias a 28°C. Então identifica-se as colônias de bactérias actinomicetas através da sua morfologia típica, ou seja, suas características.

Na identificação de estirpes produtoras de antibióticos, são transferidas 3 colônias distintas de actonomicetas isoladas para 2 placas com meio Nutrient Agar (NA). Incuba-se as placas a 25°C durante 4 ou 5 dias. Nessas placas, é pipetado uma suspensão de microrganismos teste (Escherichia coli ou Bacillus subtilis) com água. Faz-se então mais algunas procedimentos e deixa solidificar para encubar as placas durante uma noite por 37°C. Daí regista-se a presença de halos de inibição do crescimento de E. coli e B. subtilis, na vizinhança das massas celulares das bactérias actinomicetas selecionadas.

O teste de Kirby-Bauer ou antibiograma é um dos métodos utilizados com este objetivo. Este método consiste na colocação de discos com concentrações conhecidas de determinado antibiótico, na superfície de uma placa contendo um meio sólido apropriado e previamente inoculada com o microrganismo cuja suscetibilidade se pretende testar. O antibiótico difunde-se a partir do disco para o meio circundante, formando um gradiente de concentração que decresce desde o perímetro do disco até distâncias mais elevadas. A eficácia de um antibiótico é determinada preliminarmente pelo diâmetro do halo de inibição de crescimento observado.

Método de produção dos antibióticos

Para cada tipo de antibiótico há um método de produção, que em sua maioria é realizada por meio da fermentação.

Como exemplo podemos citar a penicilina que é produzida utilizando processos submersos em tanques fermentadores de 40 a 200 mil litros. Utiliza-se fermentadores aeroelevados. Trata-se de um processo aeróbico em que o microrganismo Penicillium chrysogenum cresce num meio orgânico complexo contendo açúcares e em regime de adição de substrato (para manter o microrganismo a crescer durante mais tempo). A penicilina, como a maior parte dos antibióticos, é um produto do metabolismo secundário. Na fase inicial da fermentação assegura-se o crescimento rápido do microrganismo e em seguida, numa segunda fase, otimiza-se a produção de penicilina.

Durante a fase de produção fornece-se continuamente glucose sendo necessário regular a sua concentração a um certo nível para evitar efeitos de repressão catabólica originados a concentrações de açúcar maiores.

Na fermentação típica de penicilina há uma fase de crescimento de aproximadamente 40 horas, com um tempo de duplicação de 6 horas, durante o qual se forma a maior parte da massa celular. Alimentando o meio com diferentes componentes, a fase de produção pode estender-se até 120-160 h. 

Aproximadamente 65% da fonte de carbono metabolizada é utilizada para os gastos energéticos, 25% para crescimento e somente 10% para a produção de penicilina.

Meio de cultivo típico da penicilina –Melaco, gorduras animais, água de milhofarinha de soja, extrato de levedura, soro de leite e lactose.