Controle do Crescimento Microbiano

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1 Controle do Crescimento Microbiano

2 1. Introdução 1.1. Uso dos agentes de controle
- estudos com microrganismos ou sua aplicação - evitar ou controlar infecções - evitar ou minimizar a decomposição de materiais 1.2. Quais os principais fatores limitantes para o crescimento microbiano? Temperatura pH Disponibilidade de H2O Disponibilidade de O2

3 Condições que Afetam a Atividade de um Agente de Controle Microbiano
* tamanho da população * intensidade ou concentração do agente * tempo de exposição * temperatura do ambiente * natureza do meio: umidade, pH... * tipo de microrganismo**

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

5 Influência da concentração de Fenol sobre o crescimento de Escherichia coli
Fenol a 35 °C Cortesia da Universidade de Cambridge

6 Influência da temperatura no crescimento de Escherichia coli exposta a Fenol
Cortesia da Universidade de Cambridge

7 3. Tipos de Agentes de Controle e Mecanismos de ação
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos - Esterilização pelo calor - Esterilização por radiação - Esterilização por filtração 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos - Agentes químicos de uso externo (tópico) 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Fármacos antimicrobianos sintéticos Antibióticos Fármacos antifúngicos Fármacos antivirais

8 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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

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

10 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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 Baixas Temperaturas * preservação de alimentos, drogas * inibição das reações metabólicas * formação de cristais de gelo (congelamento) * redução da água disponível

11 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
Radiações * Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio a) ionizante: radiação eletromagnética com energia suficiente para produzir íons e outras espécies moleculares reativas, a partir das moléculas com as quais as partículas radioativas colidem

12 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
Radiações * Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio ionizante: raios gama, raios-X, feixes de elétrons: *ionização das moléculas: ex. H2O OH* (hidroxil) + e- + H* poderosos oxidantes * 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

13 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 O nome da unidade é em homenagem a Louis Harold Gray (1905–1965), um radiologista britânico.

14 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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

15 Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar

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

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

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

19 Agentes Químicos bactericida = mata os microrganismos presentes num meio bacteriostático = apenas inibe as atividades metabólicas dos microrganismos presentes num meio

20 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) H2C-CH2 + R-SH R-S-CH2CH2O-H O (inativação) b) Alquilantes (alquilação de proteínas: cross-link) – transferência de um grupo alquila - radical livre, etc. * -propionolactona * Glutaraldeído * Formaldeído (formol)

21 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
Desinfetantes a) Fenóis (ácido carbólico): primeiro agente químico usado para o controle microbiano - altera a estrutura de proteínas → coagulação Joseph Lister (1865): agente antisséptico efetivo em hospitais a) 0.5 – 1.0% - antisséptico b) 5% – desinfetante c) 89% – cauterizante Joseph Lister Fenol b) Álcoois * Etílico a 60-85%: mata células vegetativas * Metanol: mais eficiente porém muito tóxico * Desnaturam proteínas * Dissolvem os lipídeos da membrana

22 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. SH S enzima + HgCl2 enzima Hg + 2HCl

23 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
e) Detergentes * desnaturação das membranas - Aniônicos: [C9H19COO]-Na+ (sabão) - Catiônicos: Cloreto de amônio - Não iônicos: octoxinol (etileno)

24 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
f) Ozônio (desinfecção da água – O3) a) VANTAGEM: microbicida sem contaminantes b) DESVANTAGEM: custo oneroso, sem atividade residual

25 Agentes Antimicrobianos
Utilizados In vivo

26 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 Diferentes tipos de fármacos antimicrobianos são produzidos continuamente pela indústria farmacêutica - Os fármacos antimicrobianos são classificados de acordo com sua estrutura molecular, seu mecanismo de ação e seu espectro de atividade antimicrobiana - Categorias de fármacos antimicrobianos: Agentes sintéticos Antibióticos

27 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
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 Paul Erlich Salvarsan Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

28

29 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
Fármacos antimicrobianos sintéticos Sulfonamidas Jacques Tréfouël (Sulfanilamida): análogo estrutural do PABA (ác. p-aminobenzóico) – precursor da vitamina ácido fólico precursora de aminoácidos PABA: coenzima para formação de ác. tetrafólico (síntese de timidina e aminoácidos) Sulfas: bloqueiam a síntese do ácido fólico (efetivo somente contra bactérias) (c) Ácido fólico

30 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 Fleming Ernst B. Chain Sir Howard Florey

31 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
Antibióticos - Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina) * Baixo espectro (ex: Vancomicina)

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

33 Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas * 50% dos antibióticos produzidos mundialmente * Produtores: Penicillium chrysogenum: penicilina Acremonium spp.: cefalosporina * 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 β-lactamases

34 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

35 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 * Ativos contra bactérias Gram + e Gram - * Usado em substituição à penicilina para pacientes alérgicos Eritromicina Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock

36 Mecanismos de Ação de Alguns dos Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
Síntese Protéica (inibidores de 50S) Eritromicicina (macrolídeo) Síntese Protéica (inibidores de 30S) * Principais alvos: - Parede celular - Membrana plasmática - Processos biossintéticos: síntese de proteínas síntese de ác. nucléicos Fonte: Madigan et al., 2010

37 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 Alguns apresentam toxicidade seletiva: afetam estruturas ou processos metabólicos específicos dos fungos Principais representantes: Polienos (Streptomyces nodosus; S. nursei) Azóis (fármacos sintéticos) Alilaminas

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

39 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
Fármacos Antivirais Controle de vírus * a condição de parasita intracelular obrigatório - íntima ligação com as funções da célula hospedeira - dificuldade de controle pela rápida variação genética a) Análogos de Nucleosídeos * AZT (Zidovudine): análogo estrutural da timidina - bloqueia a síntese de DNA intermediário dos retrovírus (bloqueia a 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

40 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
Fármacos Antivirais Interferon (citocina): substâncias antivirais produzidas por células animais que impedem a multiplicação viral * 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

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

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

43 Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas
Neisseria gonorrhoaea 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

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

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