Antibióticos - 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)
9 Mais de 20.000 antibióticos descritos
9 Aproximadamente 100 - uso clínico
9 Combinação de síntese microbiana e modificação química:
penicilinas, cefalosporinas, dihidroestreptomicina, clindamicina,
tetraciclinas, rifamicina
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Características
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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
Ð
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 produtores
9 crescimento rápido em substrato econômico
9 produção das substâncias desejadas em quantidades e condições
econômicas Î aprimoramento da capacidade produtora
9 conservação das características biossintéticas, sem grandes riscos de
variação
9 baixa produção de substâncias que interfiram com a extração do antibiótico
9 ausência de patogenicidade, etc
BACTÉRIAS
Tirotricina; Gramicidina
Bacillus brevis
Bacillus licheniformis
Bacitracina
Polimixina
Bacillus polimixa
ACTINOMICETOS Streptomyces griseus
Estreptomicina
Streptomyces erytheus
Eritromicina
Kanamicina
Streptomyces kanamyceticus
Neomicina
Streptomyces fradiae
Anfotericina
Streptomyces nodosus
Streptomyces aureofaciens
Tetraciclina
BOLORES
Penicillium chrysogenum
Penicilina
Penicillium notatum
Ampicilina
Penicillium chrysogenum
Griseofulvina
Penicillium patulum
Fumagilina
Aspergillus fumigatus
Cephalosporium acremonium
Celafosporina
Variotina
Paecitomyces varioti
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Quantificação
Teste da Diluição em Tubos
Concentração Inibitória Mínima (MIC):
menor concentração que é capaz de prevenir o
crescimento do microrganismo ≥ 99%
menores valores de MIC Î 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
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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 Penicilina
Operação em Batelada Alimentada:
9 adição controlada de um açúcar facilmente metabolizável - mantém na fase de
produção uma atividade catabólica adequada à fermentação da penicilina
9 permite manter ao mesmo tempo as condições de fermentação em estado quaseestacionário 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 à
biossíntese (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 7.4
Velocidade de aeração = 0,5 e 1,0 m3 de ar / m3 de meio / min (vvm)
Agitação = 120-150 rpm
Morfologia de pellets pequenos e pouco compactos
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Produção de Penicilina
Penicillium chrysogenum
9 microrganismo estritamente aeróbio
9 fonte orgânica de carbono
9 fonte orgânica ou inorgânica de nitrogênio
9 mesofílico (24oC)
9 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
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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:
9 prevenção de mutantes (doses altas ou terapia combinada)
9 prevenção da disseminação de mutantes (Ð emprego)
9 eliminação de cepas resistentes durante o tratamento
(ex: penicilinas resistentes à beta-lactamase)
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Mecanismos de Resistência aos Antibióticos
9 Modificação no sítio alvo do fármaco
9 Perda da permeabilidade celular a um
fármaco
9 Produção enzima inibida / metabólito
antagonista do fármaco
9 Abertura de rota alternativa que contorna a
via inibida
9 Menor necessidade do produto gerado pelo
sistema inibido
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