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Controle do Crescimento Microbiano. 1.2. Uso dos agentes de controle - estudos com microrganismos ou sua aplicação - evitar infecções - evitar a decomposição.

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1 Controle do Crescimento Microbiano

2 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 H 2 O -Disponibilidade de O 2

3 Fundamentos do controle de microrganismos - Morte de uma população microbiana * Conceito de morte em Microbiologia * Percepção da morte - Inibição do Crescimento * controle dos microrganismos, limitando o seu crescimento 2. Fundamentos e Conceitos do Controle Microbiano Alguns Conceitos Importantes - Esterilização – morte ou eliminação de todos os organismos viáveis presentes em um meio de cultura - Descontaminação – tratamento de um objeto ou superfície de modo a torná-los seguros à manipulação - Desinfecção – direcionada contra os patógenos, embora possa não eliminar todos os microrganismos

4 * 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

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

6 Influência da Concentração de Fenol sobre o Crescimento da Escherichia coli Cortesia da Universidade de Cambridge Fenol a 35 °C

7 Cortesia da Universidade de Cambridge Influência do Aumento da Temperatura Sobre o Crescimento da Escherichia coli Exposta a Fenol

8 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 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Fármacos antimicrobianos sintéticos Antibióticos Fármacos antifúngicos Fármacos antivirais

9 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) Pasteurização 1860: Louis Pasteur/vinho 62,8 ºC/30 min ou 72 ºC/15 s 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos

10 Efeito da temperatura na viabilidade de uma bactéria mesofílica Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Medida da Esterilização pelo Calor

11 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Relação Entre Temperatura e Tempo de Morte em Mesófilos e Termófilos Mesófilos Termófilos

12 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Autoclave

13 Ciclo Típico de Autoclavagem Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

14 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. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos Baixas Temperaturas * preservação de alimentos, drogas * inibição das reações metabólicas * formação de cristais de gelo (congelamento) * redução da água disponível

15 Tempo necessário para matar endósporos bacterianos pelo calor Calor úmidoCalor seco EspécieTemp ºCTempo Temp ºCTempo (min) (min) Bacillus anthracis > Clostrid. botulinum C. perfringens C. tetani

16 Radiações * Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio * Energia inversamente proporcional ao a) ionizante: raios gama, raios-X, feixes de elétrons: *ionização das moléculas ex. H 2 OOH* (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 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos

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18 Capela de fluxo laminar com uma fonte de radiação ultravioleta (lâmpada de vapor de mercúrio) utilizada para a descontaminação das superfícies internas

19 Sensibilidade de Microrganismos e de Funções Biológicas à Radiação Gray (Gy) é uma unidade do Sistema 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 ou 1 J kg -1 O nome da unidade é em homenagem a Louis Harold Gray (1905–1965), um radiologista britânico.

20 Filtração ** * Chamberland (1884): primeiro filtro bacteriológico de porcelana para água * Modernos: membranas de ésteres de celulose m de espessura - 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 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos

21 Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar

22 Fonte: Madigan et al., 2004, Microbiologia de Brock Unidades de Membranas Filtrantes Descartáveis, Pré-Esterilizadas e Montadas

23 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Filtro de profundidade (Fibras de papel ou de borossilicato) Filtros Microbiológicos Membrana Filtrante (Acetato de celulose, nitrocelulose ou polissulfona) Filtro Nucleoporo (Filmes de policarbonato)

24 Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e Algas Aquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

25 Agentes Químicos

26 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Esterilizantes a) 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) H 2 C-CH 2 + R-SH R-S-CH 2 CH 2 O-H O (inativação) b) Alquilantes (alquilação de proteínas: cross-link) * -propionolactona * Glutaraldeído * Formaldeído (formol)

27 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Desinfetantes a) Fenóis (ácido carbólico): primeiro agente químico usado para o controle * Joseph Lister (1865): efetivo agente antisséptico em hospitais * solução a 5% mata células vegetativas, mas não os endósporos *COEFICIENTE DE FENOL Joseph Lister Fenol

28 Série de diluições do desinfetante X Série de diluições de fenol 0,5 ml Suspensão bacteriana 5 min 10 min 15 min 5 min 10 min 15 min Meio de crescimento

29 Método do Coeficiente de Fenol para Testar Desinfetantes

30 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Desinfetantes a) Fenóis (ácido carbólico): primeiro agente químico usado para o controle * Joseph Lister (1865): efetivo agente antisséptico em hospitais * solução a 5% mata células vegetativas, mas não os endósporos *COEFICIENTE DE FENOL Joseph Lister b) Álcoois * Etílico a 60-85%: mata células vegetativas * Metanol: mais eficiente porém muito tóxico * Desnaturação de proteínas * Dissolvem os lipídeos da membrana Fenol

31 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos 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. SHS enzima+ HgCl 2 enzima Hg + 2HCl SHS

32 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos e) Detergentes * desnaturação das membranas - Aniônicos: [C 9 H 19 COO] - Na + [C 12 H 25 OSO 3 ]-Na + (sabão)(Dodecil sulfato de sódio) Cloreto de amônio - Catiônicos: Cloreto de amônio Cloreto de cetil piridinium - Não iônicos: octoxinol

33 Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo

34 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

35 Fármacos antimicrobianos sintéticos Salvarsan * uso do arsênico para tratamento da sífilis: até 1900 (muito tóxico) * estudos iniciais sobre coloração de microrganismos * corantes seletivos: não colorem células animais * primeiro agente quimioterápico: composto orgânico com arsênio * Paul Erlich - Prêmio Nobel 1908 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Salvarsan Paul Erlich

36 Fármacos antimicrobianos sintéticos Sulfonamidas * Gerhard Dogmagk da Bayer (1935): teste com corantes orgânicos sintéticos contra estreptococos: Prontosil *Jacques Tréfouël: Sulfanilamida: análogo estrutural do PABA (ác. p-aminobenzóico) - PABA: formação de ác. tetrafólico, coenzima (síntese de timidina e aminoácidos) - Seres humanos não usam PABA, sintetizam o THFA a partir do ác. fólico dos alimentos * 1945: milhares de derivados: SULFONAMIDAS 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo (c) Ácido fólico

37 Fatores de Crescimento e Análogos Antimicrobianos Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

38 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Antibióticos - 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 FlemingErnst B. ChainSir Howard Florey

39 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Antibióticos - Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina) * Baixo espectro (ex: Vancomicina)

40 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Produção e Utilização Anual de Antibióticos no Mundo * * * * * Antibióticos -lactâmicos

41 Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas * 50% dos antibióticos produzidos mundialmente * Produtores: Penicillium chrysogenum: penicilina Cephalosporium spp.: cefalosporina transpeptidação * Inibem a síntese de peptidoglicano (transpeptidação) * Provocam a liberação de autolisinas: digestão da parede já existente * Espectro: ativos contra bactérias Gram positivas * Aparecimento de resistência: produção de -lactamases Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos

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43 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 * Efeitos colaterais: afetam o sistema nervoso * Rápido aparecimento de cepas resistentes * Apenas 3% do total produzido * Antibióticos de reserva Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos

44 Eritromicina Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos Antibióticos 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, impedindo a polimerização * Ativos contra bactérias Gram + e Gram - * Usado em substituição à penicilina para pacientes alérgicos

45 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 proteínas síntese de ác. nucléicos Eritromicicina (macrolídeo) Síntese Protéica (inibidores de 50S) Síntese Protéica (inibidores de 50S)

46 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 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)

47 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Mecanismos de Ação de Agentes Quimioterápicos Antifúngicos

48 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. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Fármacos Antivirais

49 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 pelo vírus, pelo ácido nucleico viral ou pelo vírus inativado por radiação * substâncias antivirais produzidas por células animais 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Fármacos Antivirais

50 Drogas Antivirais Criadas por Computador Drogas antivirais geradas por computador. Inibidores de proteases virais Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

51 Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas em Alguns Patógenos Humanos Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock * Apresentam linhagens que não podem ser controladas com os fármacos atualmente conhecidos * * *

52 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 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Neisseria gonorrhoaea Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas

53 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Avaliação da Sensibilidade a Antibióticos por Métodos de Diluição

54 Fonte: Madigan et al., 2010 Teste de Difusão em Discos - Antibiograma Padrões definidos pelo Instituto de Padrões Clínicos e Laboratoriais (CLSI)


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