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Controle do Crescimento Microbiano

Controle do Crescimento Microbiano. 1. Introdução. 1.1. Quais os principais fatores limitantes para o crescimento microbiano?. Temperatura pH Disponibilidade de H 2 O Disponibilidade de O 2. 1.2. Uso dos agentes de controle. - estudos com microrganismos ou sua aplicação.

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Controle do Crescimento Microbiano

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  1. Controle do Crescimento Microbiano

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

  3. 2. Fundamentos e Conceitos do Controle Microbiano 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 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. 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**

  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 Fenol a 35 °C Cortesia da Universidade de Cambridge

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

  8. 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 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

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

  10. Medida da Esterilização pelo Calor Efeito da temperatura na viabilidade de uma bactéria mesofílica Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  11. Relação Entre Temperatura e Tempo de Morte em Mesófilos e Termófilos Termófilos Mesófilos Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  12. Autoclave Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  13. Ciclo Típico de Autoclavagem Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  14. 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 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 3.1.3. 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 úmido Calor seco Espécie Temp ºC Tempo Temp ºC Tempo (min) (min) Bacillus anthracis 100 2-15 140 >180 105 5-10 160 9-90 180 3 Clostrid. botulinum 100 300-530 120 50 110 32-90 130 15-35 115 10-40 140 5 C. perfringens 100 5-45 120 50 105 5-27 130 15-35 115 4 140 5 120 1 C. tetani 100 5-90 130 20-40 105 5-25 140 5-15 160 12

  16. 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 3.1.4. Radiações * Energia eletromagnética: raios cósmicos aondas de rádio * Energia inversamente proporcional ao  a) ionizante: raios gama, raios-X, feixes de elétrons: *ionização das moléculas ex. H2O OH* (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

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

  18. 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.

  19. 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 3.1.5. Filtração ** * Chamberland (1884): primeiro filtro bacteriológico de porcelana para água * Modernos: membranas de ésteres de celulose - 150 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

  20. Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar

  21. Unidades de Membranas Filtrantes Descartáveis, Pré-Esterilizadas e Montadas Fonte: Madigan et al., 2004, 2010. Microbiologia de Brock

  22. Filtros Microbiológicos Filtro Nucleoporo (Filmes de policarbonato) Filtro de profundidade (Fibras de papel ou de borossilicato) Membrana Filtrante (Acetato de celulose, nitrocelulose ou polissulfona) Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  23. Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e Algas Aquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  24. Agentes Químicos

  25. 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos 3.2.1. 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) * -propionolactona * Glutaraldeído * Formaldeído (formol)

  26. 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos 3.2.2. 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

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

  28. Método do Coeficiente de Fenol para Testar Desinfetantes

  29. 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos 3.2.2. 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

  30. 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 SH S

  31. 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos e) Detergentes * desnaturação das membranas - Aniônicos: [C9H19COO]-Na+ [C12H25OSO3]-Na+ (sabão) (Dodecil sulfato de sódio) - Catiônicos: Cloreto de amônio Cloreto de cetilpiridinium - Não iônicos: octoxinol

  32. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo

  33. 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

  34. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.1. 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 Paul Erlich Salvarsan Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  35. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.1. 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 (c) Ácido fólico

  36. Fatores de Crescimento e Análogos Antimicrobianos Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock

  37. 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

  38. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.2. Antibióticos - Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina) * Baixo espectro (ex: Vancomicina)

  39. Produção e Utilização Anual de Antibióticos no Mundo * * * * * Antibióticos B-lactâmicos Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

  40. Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas * 50% dos antibióticos produzidos mundialmente * Produtores: Penicilliumchrysogenum: penicilina Cephalosporium 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 B-lactamases

  41. 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 * Efeitos colaterais: afetam o sistema nervoso * Rápido aparecimento de cepas resistentes * Apenas 3% do total produzido * Antibióticos de reserva

  42. 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 Eritromicina Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock

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

  44. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.3. 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 (Streptomycesnodosus; S. nursei) Azóis (fármacos sintéticos)

  45. Mecanismos de Ação de Agentes Quimioterápicos Antifúngicos Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock

  46. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.3. Fármacos Antivirais 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

  47. 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 3.3.3. Fármacos Antivirais Interferon: * substâncias antivirais produzidas por células animais * 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

  48. Drogas Antivirais Criadas por Computador Drogas antivirais geradas por computador. Inibidores de proteases virais Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock

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