Engenharia Gen

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Graduação em Biotecnologia Disciplina de
Biotecnologia Microbiana II
Antibióticos uma procura constante
Michele Pepe Cerqueira micpepe2_at_yahoo.com.br
24 de abril de 2012
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Antibióticos

• São produtos do metabolismo secundário de
  microrganismos, que, em pequenas quantidades,
  inibem o processo de crescimento de outros
  microrganismos

Ano N antibióticos
1961 513
1972 4.076
1985 7.650
Atualmente 8.000
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Importância econômica

• Produção mundial 100.000 toneladas/ano
• Venda bruta anual (EUA) US 1 bilhão
• Cefalosporina
• Ampicilina
• Tetraciclinas
• Antibióticos como aditivos de alimentos US 100
  milhões

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(No Transcript)
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Tipos de antibióticos
Antibiótico Exemplo
Anti-bacterianos Penicilina, tetraciclina
Anti-fúngicos Miconazol, anfotericina B
Anti-virais Aciclovir, AZT
Anti-parasitários Quinina, ivermectina
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História da quimioterapia moderna

• Paul Erlich (início do século XX) bala mágica
• Destruição seletiva do patógeno sem danificar o
  tecido
• Alexander Fleming (1928) Staphylococcus aureus x
  Penicilium (penicilina)
• Florey e Chain (1940) 1 teste clínico da
  penicilina com sucesso

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Descoberta da penicilina
Colônia de Penicillium
Área de inibição de crescimento bacteriano
Colônias bacterianas normais
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História da quimioterapia moderna

• 2ª Guerra Mundial (1939-1945) grande demanda de
  quimioterápicos Era dos antibióticos

Declínio da incidência e da conseqüência de
numerosas infecções bacterianas (gonorréia,
meningites, endocartites, sepse...)
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(No Transcript)
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Aplicação dos antimicrobianos

• Agentes terapêuticos
• Drogas anti-tumorais
• controle de dose
• Contra doenças de plantas
• Desinfecção de sementes

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Aplicação dos antimicrobianos

• Preservantes de alimentos
• Nisina contra clostridius indústria de conserva
• Estimulante de crescimento animal
• Ração como aditivo em concentrações
  sub-terapêuticas
• Ferramenta de bioquímica e biologia molecular

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Microrganismo Antibiótico
Bacilos Gram-Positivos
Bacillus subtilis Bacitracina
Bacillus polymyxa Polimixina

Actinomicetos
Streptomices nodosus Anfotecinia B
Streptomices venezuelae Cloranfenicol
Streptomices aureofaciens Clortetraciclina e tetraciclina
Streptomices erythraues Eritromicina
Streptomices fradie Neomicina
Streptomices griseus Estreptomicina
Micromonospora purpurea Gentamicina

Fungos
Cephalosporium spp. Cefalotina
Penicillium griseofulvum Griseofulvina
Penicillium notatum Penicilina
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Características do antimicrobiano

• Espectro de ação
• Vias de administração
• Vias de eliminação
• Mecanismo de ação
• Toxicidade
• Eficiência
• Custo x benefício

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Toxicidade seletiva

• Toxicidade seletiva significa que o fármaco é
  prejudicial para o agente patogênico, mas não
  para seu hospedeiro
• Possui numerosos alvos ? de acordo com o
  microrganismo
• Drogas anti-bacterianas desenvolvimento mais
  fácil
• MO eucariotos ou virais ? semelhança com células
  humanas/animais

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Espectro de atividade microbiana

• Indica o número de tipos microbianos diferentes
  as drogas afetam
• Antibióticos de amplo espectro afetam um número
  grande de bactérias gram-positivas ou
  gram-negativas
• Vantagem quando o patógeno é desconhecido,
  ganha-se tempo
• Desvantagem destruição de grande parte da
  microbiota normal

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Classificação dos antimicrobianos

• Diferem entre si quanto
• Propriedades físicas e químicas
• Mecanismo de ação
• Espectro de atividade microbiana (ex
  antibióticos de amplo espectro)

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Classificação de acordo com a estrutura química
Característica química Exemplo
Contém carboidratos Estreptomicina
Lactonas macrociclinas Eritromicina
Quinonas Tetraciclinas
Aa e peptídeos Penicilina
Heterocíclicos com azoto Polioxinas
Heterocíclicos com oxigênio Monensina
Derivados de alicíclicos Ciclohexamide
Aromáticos Cloranfenicol
Alifáticos Fosfomicina
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Classificação de acordo com mecanismo de ação

• Bactericidas matam o microrganismo diretamente
  Bacteriostáticas impedem o crescimento do
  microrganismo
• Mecanismos
• Inibição da síntese de parede celular
• Inibição da síntese de proteínas
• Inibição de replicação de ácidos nucléicos e
  replicação
• Lesão da membrana plasmática
• Inibição da síntese de metabólicos essenciais

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Mecanismo de ação dos antimicrobianos
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Inibição da síntese da parede celular

• Impedem a síntese completa dos peptoglicanos
• Parede celular frágil
• Lise da célula
• Ex Beta-Lactâmicos (Penicilina)
• Como células humanas não tem parede celular
  possui baixa toxicidade

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Inibição da síntese da protéica

• A diferença na estrutura do ribossomos dos
  procariotos é responsável pela toxicidade
  seletiva
• Ribossomos 70S (50 e 30S)
• Mitocôndria unidade ribossomal 70S
• Podem apresentar efeitos adversos na célula do
  hospedeiro
• Ex cloranfenicol, eritromicina, estroptomicina,
  tetraciclinas

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(No Transcript)
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Inibição por dano à membrana plasmática

• Diferentes mecanismos
• Promovem alteração na permeabilidade da membrana
  plasmática perda de metabólicos
• Combinam-se com esteróides da membrana ruptura
  da membrana
• Mais eficaz contra fungos (ergosterol na
  membrana)
• Ineficaz para bactérias

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Dano a membrana plasmática
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Inibição da síntese de ácidos nucléicos

• Interfere nos processos de replicação e
  transcrição do DNA
• Uso limitado interferência com DNA e RNA do
  hospedeiro
• Rifampina e quinolonas maior grau de toxicidade
  seletiva

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Inibição da síntese de metabólicos essenciais

• Inibição competitiva por uma substância
  (antimetabólico) que se assemelha muito ao
  substrato normal de uma enzima
• Ex sulfanilamida e ácido paraminobenzóico (PABA)
• PABA substrato para síntese de ácido fólico
• Impede o crescimento do microrganismo

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Produção de antibióticos

• Atualmente
• 123 produzidos por fermentação
• 50 produzidos como compostos semi-sintéticos
• 3 completamente sintéticos (cloranfenicol)
• Ex Beta-Lactâmicos (penicilina e cefalosporinas)
• Mais eficazes de todos os agentes terapeuticos
  para controle da enfermidade infeciosas
• Pacientes alérgicos 0,5 a 2

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Beta-lactâmicos - Penicilina

• Descrita por Fleming - 1929
• Estudos clínicos em 1940
• Aplicação clínica em 1941
• Produzidas por vários fungos Penicillium spp. E
  Aspergillius spp.

Aspergillus
Penicillium
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Estrutura química

• Naturais Penicilina G e V
• Biossintéticas
• Semi-sintéticas

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Produção de penicilina
Cepa Fleming 2 UI/mL Cepas atuais 85.000
UI/mL SELEÇÃO DE CEPAS
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Principais características

• Fermentadores de 40.000 a 200.000 L
• Fermentação alimentada
• Processo aeróbico com 0,5-1 VVM de ar
• Agitação de 120 a 150 RPM
• Temperatura entre 25-27oC
• pH constante de 6,5 (adição de ácido
  fenil-acético)
• Meio de cultivo lactose (C) farinha de soja ou
  soro do leite (N) tampões (sais)
• Separação do micélio por filtração
• Extração contínua em contracorrente
• Acetato de amila ou butila
• 0-3oC
• pH 2,5-3,0

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Resistência as drogas

• Mecanismos principais de resistência a agentes
  quimioterápicos
• Destruição ou inativação da droga
• Prevenção da penetração no sítios-alvo dentro do
  microrganismo
• Alteração dos sítios alvo da droga (troca de 1
  aa)
• Efluxo rápido (ejeção), que bombeia a droga para
  fora da célula antes que possa se tornar efetiva
• Uso indiscriminado
• Combinação de duas ou drogas sinergismo

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(No Transcript)
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Segurança dos antibióticos

• Efeitos colaterais avaliação de riscos e
  benefícios
• Efeito do antibiótico pode neutralizar o efeito
  de outra droga
• Uso de antibióticos na alimentação animal
  pressão seletiva na microbiota normal e nos
  patógenos ? desenvolvimento de resistência
• Uso de antibióticos em produtos de higiene

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(No Transcript)