Universidade Estadual do Rio Grande do Sul Bacharelado em Gestão Ambiental
Componente curricular: Microbiologia Ambiental Aula 5
Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
Princípios gerais. O controle de microrganismos por agentes químicos, desinfetantes e antibióticos. Imunizações e vacinas.
Trabalho em grupo:
1. Escolher um antibiótico e descrever: grupo de antibiótico a
que pertence; período de descoberta ou síntese; ação geral e espectro de controle; existência de resistência; princípio da resistência se exisitir.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos. •1. Princípios gerais.
• Quais os tipos de de microorganismos estão presentes num dado ambiente?
• Por exemplo: há presença de Escherichia coli na água potável? • Ou ainda: como separar bactérias patogênicas daquelas saprófitas que vivem no hospedeiro humano?
• Para isto há necessidade de métodos de isolamento e caracterização especiais.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
•1. Culturas puras.
• O primeiro passo é reduzir as populações de microorganismos em meio de cultura, buscando uma cultura pura.
• Para isto, há um grande número de receitas, ou fórmulas de preparo de meios de cultura que visam o isolamento.
• Um grande avanço no isolamento de bactérias e fungos principalmente, foi a disponibilização comercial de uma gelatina especial chamada de ágar (ou ágar-ágar). É esta gelatina que, geralmente enriquecida com outros ingredientes, permite o crescimento bacteriano na superfície de placas de Petry , tubos ou garrafas (inclinados). Mas o que é o ágar?
• É uma substância gelatinosa derivada de algas marinhas macroscópicas, por exemplo da espécie Gelidium amansii.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
•1. Culturas puras.
• A gelatina em questão é um polissacarídio de galactose. Usado de forma isolada, é de fato um meio pobre. A incorporação de vários nutrientes ao ágar é rotineira portanto nas várias receitas de meios de isolamento.
• Por exemplo o ágar nutriente (comercial), conterá ágar, peptona, cloreto de sódio e extrato de cerveja.
• Entre as variações de meios de cultura com ágar, estão as adições de bile, sangue, maltose, etc., para a bacteriologia básica.
• Ainda é muito importante o ágar Saboraud, onde adiciona-se dextrose, para a micologia básica, usado por exemplo para o isolamento de Candida albicans e a maioria dos fungos cutâneos causadores das tinhas (ou dermatofitoses).
•1. Culturas puras.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
•1. Culturas puras.
• Uma aspecto fundamental na preparação de meios de cultura em microbiologia é que estejam estéreis no momento de semeadura do material.
• Para isto é usado o princípio do aquecimento da água sob pressão. Isto é atingido com o autoclave.
• Um autoclave é um recipiente pressurizado destinado a aquecer a água acima do ponto de ebulição, 100°C sob pressão
normal. Foi inventado por Charles Chamberland em 1879.
• O aparelho permite a saída do ar seco, pobre no aspecto esterilizante e o preenchimento da câmara onde está o meio de cultura com vapor super-aquecido.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
•1. Culturas puras.
• Dois esquemas são normalmente utilizados. Após a saída do ar, sob pressão de 10 libras por polegada quadrada, são atingidos 115°C, a serem mantidos por 15 minutos, geralmente. Uma pressão de 15 lpq atingirá 121°C.
• É muito importante que o autoclave somente seja aberto com pressão zero, ou os meios entrarão em fervura e podem danificar, ou quebrar a vidraria.
• I. Culturas, isolamento e controle dos microorganismos.
• 2. Semeadura no meio de cultura.
• Três técnicas são comuns para a semeadura, ou inoculação
• O mais comum em placas é o uso de alça de platina que leva o inóculo à superfície do meio com ágar. O objetivo é esgotar o inóculo na superfície, de forma que células isoladas produzirão colônias separadas que podem ser observadas e trabalhadas.
• A vantagem da alça de platina é que pode ser esterilizada sem dificuldade na chama, com o uso do bico de Busen.
• As outras técnicas são a semeadura em superfície com alça de vidro e a pour-plate, onde o inóculo é misturado ao meio, quando este esfria a 45°C.
• A partir de colônias isoladas as amostras podem ser transferidas para meios identificadores.
• As placas iniciais podem ser armazenadas a 4°C por algum tempo.
• 2. Semeadura no meio de cultura.
• Culturas isoladas são geralmente conservadas por
congelamento profundo, a -196°C no nitrogênio líquido, ou liofilizadas. Ver esquema da liofilização a seguir.
• 3. Controle de microorganismos por agentes biológicos e
químicos.
•3.1 Antibióticos, desinfetantes, antissépticos.
• Denomina-se de antibióticos os agentes destinados a controlar ou eliminar os microorganismos (ou germicidas) que estão presentes em situação de infecção no hospedeiro.
• Desinfetantes são agentes germicidas destinados a atuar no ambiente externo.
• Antissépticos são agentes germicidas que devem atuar na pele do hospedeiro.
• 3. Controle de microorganismos por agentes biológicos e
químicos. 3.2 Antibióticos: história e classes.
• O termo antibiótico, de origem grega (anti-condições de vida) foi cunhado por Selman Waksman em 1942 para descrever as substâncias produzidas pelos microorganismos que fossem
antagonistas de outros microrganismos, especialmente os
patógenos. É sinônimo de antimicrobiano.
• O termo originalmente excluía os quimioterápicos (químicos sintéticos), como as sulfonamidas. Atualmente o termo tem uma compreensão mais ampla e envolve qualquer agente controlador que age sobre microorganismos, principalmente bactérias. Neste sentido é quase um sinônimo de bactericida. É usado também para indicar agentes contra fungos e protozoários, embora para
estes últimos se utilizem termos como antimicóticos e
protozoocidas.
• Por convenção, no caso dos vírus prefere-se a denominação antivirais.
• 3. Controle de microorganismos por agentes biológicos e
químicos.
•3.2 Antibióticos: história e classes.
• A maioria dos antibióticos é derivada de compostos produzidos
por fungos como o Penicilium (penicilinas) ou bactérias como
Streptomyces. (estreptomicinas). As chamadas novas gerações
de antibióicos são modificações sintéticas sucessivas das fórmulas naturais. Isto é necessário em função da resistência aos antibióticos.
• Porque as bactérias ficam resistentes?
• Os antibióticos destinados a controlar bactérias são geralmente categorizados em restritos e de amplo espectro. Os primeiros têm a sua função restrita a determinados grupos de bactérias, frequentemente das categorias Gram-negativas e Gram-positivas, que é uma classificação advinda da resposta a corantes. Os antibióticos de amplo espectro agem sobre vários grupos.
• 3. Controle de microorganismos por agentes biológicos e
químicos.
•3.2 Antibióticos: história e classes.
• Os antibióticos podem ainda ser separados em bactericidas (a maioria) e bacteriostáticos, conforme eliminem ou estabilizem o
crescimento bacteriano, sendo que neste caso a função
eliminadora é do sistema imune do hospedeiro. Quanto ao efeito terapêutico ambos têm a mesma função.
• As vias de administração dos antibióticos podem ser: oral, intravenosa ou tópica, neste caso cutânea, em colírios, etc.
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • Primeiros quimioterápicos e antibióticos.
• A quinina é conhecida desde o século XVII para tratamento da malária. Era extraída da casca da cinchona no Peru antigo (ver figura).
• •
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• O mercúrio era usado desde 1495 para o tratamento da sífilis. O problema deste e outros quimioterápicos era a toxicidade para o hospedeiro da infecção.
• Somente no início do século XX a quimioterapia avançou junto a tradição microbiana da época.
• Paul Ehrlich descobriu o tratamento da sífilis com pouco risco para o paciente, com a substituição do arsênico puro até então usado, por uma mistura com compostos orgânicos. A toxicidade ficava muito reduzida. Denominou o composto de Ehrlich 606 e depois de salvarsan, para a sífilis e outros espiroquetas (Nobel de 1908).
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• Nos 30 e início dos anos 40 Domagk e depois Trefouel
descobriram primeiro que um derivado de corante, o Prontosil
controlava estreptococcias de camundongos. Depois ficou
estabelecido que era um derivado, a sulfonamida que agia contra as bactérias. As sulfonamidas passaram a ser os primeiros antibióticos usados em larga escala.
• A ação das sulfonamidas consiste em esgotar as enzimas bacterianas envolvidas na síntese de THFA, co-enzima essencial na síntese de aminoácidos e timidina, componente do DNA. Este esgotamento decorre na composição das sulfonamidas em que há um similar do PABA, precursor da THFA.
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• Por outro lado o conhecimento de alguns microorganismos inibiam outros era antigo. Somente em 1929 no entanto, Alexander Fleming comprovou a ação de um composto produzido por um fungo do gênero Penicillium, (P. notatum). Vsobre culturas de Staphylococcus aureus, a penicilina.
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• Na década de 30, no Reino Unido, os antibióticos começaram a ser produzidos, seguindo a descoberta de Fleming. Chain e Florey purificaram a penicilina que passou a ser usada em larga escala especialmente durante a 2ª Guerra. No período ainda, Dubos isolou a gramicidina, usada em feridas e úlceras (para
Gram-positivos) e Waksman descobriu a estreptomicina,
produzida pela bactéria Streptomyces griseus. •
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• 3.1 Tipos de antibióticos baseados na estrutura química. • 3.1.1 Beta-lactâmicos.
• Incluem as penicilinas, monobactâmicos, cefalosporinas e carapenens. Contém um núcleo básico, o anel B-lactâmico, composto de 3 átomos de carbono e 1 de nitrogênio (ver na referência).
• As penicilinas e os derivados serão comentados.
• As penicilinas próximas das naturais são a penicilina G e V. A penicilina G é a benzilpenicilina. É administrada por via
parenteral. Seus usos incluíam endocardite, gonorréia,
pneumonia, sífilis, etc.
• A penicilina V é a fenoximetilpenicilina, a ser administrada por via oral, originalmente para afecções da boca, garganta e dentes.
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • 3.1.1 Beta-lactâmicos.
• As amoxilina e ampicilina foram desenvolvidas depois como penicilinas orais e são ainda muito usadas.
• O advento de resistência às penicilinas deriva da produção de penicilinase pelas bactérias. Inibidores da penicilinase como o ácido clavulânico são geralmente componentes das atuais penicilinas. As penicilinas semi-sintéticas como a feneticilina e meticilina são usadas também em caso de resistência.
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • 3.1.1 Beta-lactâmicos.
• Mais recentemente um outro grupo de beta-lactâmicos, as cefalosporinas, em várias gerações, foram desenvolvidas. Estas têm largo espectro e derivam de compostos produzidos pelo fungo marinho Acremonium.
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • 3.1.2 Macrolídeos
• Categoria da eritromicina, derivada do Streptomyces erythreus. São semelhantes às penicilinas mas com largo espectro. A
eritromicina é a 1° opção da terapêutica específica da
coqueluche, difteria, legioneloses e infecções por micoplasma. Excelente eficácia nas infecções genitais e pélvicas (uretrites, colpites, anexites, prostatites) por clamidias e ureaplasma. A eritromicina é indicada nas infecções em que se utiliza a
penicilina. É o ATB de escolha em pacientes com
hipersensibilidade à penicilina. Empregada com bons resultados
nas infecções estreptocócicas da faringe, pele e PN
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • 3.1.2 Macrolídeos
• Têm sido indicada na sífilis sem envolvimento neurológico; porém, na sífilis da gestante, não oferece segurança no tratamento da infecção fetal. Utilizada como droga alternativa
(alérgicos e penicilina) para profilaxia da MR – febre reumática e
endocardite em pacientes que vão se submeter a procedimentos dentais.
• Outros macrolídeos recentes são a azitromicina e claritromicina. • 3.1.3 Aminoglicosídeos
• Categoria da estreptomicina, usada para Gram-negativos e para tuberculose. Atualmente a TB é tratada com isoniazida, um quimioterápico, combinada com rifampicina, antibiótico também produzido por Streptomyces.
• Outro aminoglicosídeo é a neomicina, usada em preparações
• 3.2 Antibióticos: história e classes. • 3.1.4 Tetraciclinas
• Divididas em tetraciclina, clortetraciclina, oxitetraciclina,
doxiciclina e minociclina, que as divide em tetraciclinas de curta e longa duração. São produzidas também por bactérias do gênero
Streptomyces. São antibióticos de amplo-espectro, usados para
brucelose, infecções urinárias, micoplasmas riquétsias, clamídias e complementares na malária.
• 3.2 Antibióticos: história e classes. •3.1.5 Outros: cloranfenicol, quinolonas.
• O cloranfenicol é produzido por Streptomyces venezuelae ou é sintetizado, por ser simples. Tem largo espectro, mas causa reações adversas como a anemia aplástica. É usado por exemplo contra a febre tifóide.
• 3.1.6 Quinolonas.
• São quimioterápicos inibidores do DNA em bactérias Gram-negativas (primeira geração), ou têm amplo espectro (segunda e terceira geração). A inibição do DNA bacteriano resulta da inibição da DNA girase, uma enzima necessária para a conformação ou enrolamento correto do filamento. Um derivado das quinolonas muito conhecido é a ciprofloxacina.
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
• 3.2 Mecanismos de ação.
• O mecanismo de ação dos quimioterápicos e antibióticos naturais, embora complexo, geralmente situa-se nas categorias: • Inibição da síntese da parede celular bacteriana;
• Lesão da membrana celular bacteriana ou fúngica;
• Inibição da síntese dos ácidos nucléicos, formação do DNA ou outras síntese protéicas.
• 3.3 Exercício:
• Escolher um grupo de antibióticos e descrever os produtos e modo de ação.
• 3.2 Antibióticos: história e classes.
+
• 3.2 Antibióticos: história e classes. Cloranfenicol Polipeptídeos Colistina (Polimixina E) Bacitracina Vancomicina Viomicina Rifamicina Antimicóticos Polienos Nistatina Anfotericina B Griseofulvina
