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Controle do Crescimento Microbiano
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1.2. Quais os principais fatores limitantes para o crescimento microbiano?
1. Introdução
1.1. Uso dos agentes de controle
- Temperatura- pH- Disponibilidade de H2O- Disponibilidade de O2
- estudos com microrganismos ou sua aplicação
- evitar ou controlar infecções
- evitar ou minimizar a decomposição de materiais
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* 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
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Influência do Tamanho Inicial da População sobre a Efetividade de um Agente de Controle
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Influência da concentração de Fenol sobre o crescimento de Escherichia coli
Cortesia da Universidade de Cambridge
Fenol a 35 °C
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Cortesia da Universidade de Cambridge
Influência da temperatura no crescimento de Escherichia coli exposta a Fenol
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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 (tópico)3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticos
3.3.2. Antibióticos
3.3.3. Fármacos antifúngicos
3.3.4. Fármacos antivirais
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3.1.1. 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) Pasteurização1860: Louis Pasteur/vinho62,8 ºC/30 min ou 72 ºC/15 s
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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Efeito da temperatura naviabilidade de uma bactéria mesofílica
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Medida da Esterilização pelo Calor
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3.1.2. 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
3.1.3. Baixas Temperaturas* preservação de alimentos, drogas* inibição das reações metabólicas* formação de cristais de gelo (congelamento)* redução da água disponível
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3.1.4. 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
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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3.1.4. Radiações* Energia eletromagnética: raios cósmicos a ondas de rádio
a)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
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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Sensibilidade de Microrganismos e de Funções Biológicas à Radiação
Gray (Gy) é uma unidade doSistema 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.
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3.1.5. 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
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
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Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar
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Fonte: Madigan et al., 2004, 2010. Microbiologia de Brock
Unidades de Membranas Filtrantes Descartáveis, Pré-Esterilizadas e Montadas
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Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Filtro de profundidade(Fibras de papel ou de borossilicato)
Filtros Microbiológicos
Filtro Nucleoporo(Filmes de policarbonato)
Membrana Filtrante(Acetato de celulose, nitrocelulose ou polissulfona)
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Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e Algas Aquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
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Agentes Químicos
bactericida = mata os microrganismos presentes num meio
bacteriostático = apenas inibe as atividades metabólicas dosmicrorganismos presentes num meio
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3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
3.2.1. Esterilizantesa) 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)
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3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
3.2.2. 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% - antissépticob) 5% – desinfetantec) 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
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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 + 2HClSH S
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3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicose) Detergentes
* desnaturação das membranas
- Aniônicos: [C9H19COO]-Na+
(sabão)
- Catiônicos: Cloreto de amônioCloreto de amônio
- Não iônicos: octoxinol (etileno)
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3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicosf) Ozônio (desinfecção da água – O3)
a) VANTAGEM: microbicida sem contaminantesb) DESVANTAGEM: custo oneroso, sem atividade residual
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Agentes AntimicrobianosUtilizados In vivo
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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
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3.3.1. 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
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
SalvarsanPaul ErlichPaul Erlich
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3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticosSulfonamidas
•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)
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
(c) Ácido fólico
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3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.2. 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
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3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.2. Antibióticos
- Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina)* Baixo espectro (ex: Vancomicina)
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Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Produção e Utilização Anual de Antibióticos no Mundo
*
*
*
*
* Antibióticos β-lactâmicos
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Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas* 50% dos antibióticos produzidos mundialmente* Produtores: Penicillium chrysogenum: penicilina
Acremonium spp.: cefalosporina* Inibem a síntese de peptidoglicano (transpeptidaçãotranspeptidação)* Provocam a liberação de autolisinas: digestão da
parede já existente* Espectro: ativos contra bactérias Gram positivas* Aparecimento de resistência: produção de β-lactamases
Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
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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
Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
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Eritromicina
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Principais Agentes Antimicrobianos de ProcariotosAntibióticos 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
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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 proteínassíntese de ác. nucléicos
Eritromicicina (macrolídeo)
Síntese Protéica(inibidores de 50S)
Síntese Protéica(inibidores de 30S)
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3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo3.3.3. 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
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Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Mecanismos de Ação de Agentes Quimioterápicos Antifúngicos
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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
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.3. Fármacos Antivirais
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Interferon (citocina):
* 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
• substâncias antivirais produzidas por células animais que impedem a multiplicação viral
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.3. Fármacos Antivirais
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Drogas Antivirais Criadas por Computador
Drogas antivirais geradas por computador. Inibidores de proteases virais
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
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Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas em Alguns Patógenos Humanos
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
* Apresentam linhagens que não podem ser controladas com os fármacos atualmente conhecidos
*
*
*
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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., 2010. Microbiologia de Brock
Neisseria gonorrhoaea
Aparecimento de Resistência a Drogas Antimicrobianas
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Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Avaliação da Sensibilidade a Antibióticos por Métodos de Diluição
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Fonte: Madigan et al., 2010
Teste de Difusão em Discos - Antibiograma
Padrões definidos pelo Instituto de Padrões Clínicos e Laboratoriais (CLSI)