Processos Bioquímicos ANTIBIÓTICOS

1. Universidade do Estado do Rio de JaneiroFaculdade de TecnologiaCampus Regional de ResendeDepartamento de Química e Ambiental Processos Bioquímicos ANTIBIÓTICOS Profa: Denise Godoy E-mail: denisegodoy@uerj.br

2. Que são antibióticos? Antibióticos são produtos do metabolismo secundário que inibem o processo de crescimento de outros organismos, mesmo quando usados em baixas concentrações.

3. Conceitos • Antibiótico é uma substância química produzida por m.os. que é inócua à espécie produtora, mas que é letal às outras espécies. Esta substância exerce sua função mesmo na ausência do m.o. produtor. • Quimioterápicos – são os antibióticos que são produzidos por via sintética, com atuação sobre os m.os., como, por ex: as sulfas. • Sintobióticos – são antibióticos nos quais o m.o. faz a unidade básica e depois modifica-se por via sintética.

4. Grupos microbianos produtores de antibióticos • Antibióticos são produzidos por bactérias e fungos. • Nos fungos, apenas os antibióticos produzidos pelo gênero Ascomycotina e fungos imperfeitos são de importância prática. Apenas 10 dos antibióticos fúngicos conhecidos são produzidos comercialmente, e apenas as penicilinas, cefalosporina C, griseofulvina e ácido fusidico são clinicamente importantes.

5. Grupos microbianos produtores de antibióticos • Nas bactérias, existem alguns grupos taxonômicos importantes que produzem antibióticos. A grande variedade na estrutura e número de antibióticos é encontrado nos Actinomicetes, especialmente no gênero Streptomyces. • Dentre os actinomicetos, que como sabe-se são organismos aclorofilados quimiossintetizantes de antibióticos, cita-se o Streptomices griseus que produz estreptomicina e o Streptomices venezuela que produz cloromicetina (específica para bactérias que causa conjuntivite).

6. Aplicações • Medicina – eliminação de m.os. Infecciosos normalmente patogênicos. • Conservação de alimentos – os alimentos são transportados em recipiente que são lavados em solução antibiótica. • Agricultura – irrigação para evitar a deterioração por atividade microbiana de frutas e legumes. • Isolamento de m.os. – bolores e algas são isolados eliminando-se as bactérias. • Sanitização de mostos industriais – a ação microbiana impede e/ou atrapalha o crescimento e a atividade dos m.os. agentes das fermentações em geral.

7. Mecanismos de ação Alguns antibióticos têm ação bacteriostática, ou seja, impedem o crescimento dos m.os., atuando numa estrutura da célula que não é vital, mas é essencial ao seu crescimento. Outros tem ação bactericida, isto é, matam a célula atingindo o ponto vital do m.o. e causando sua morte. De um modo geral, os antibióticos: - Atuam na síntese da parede celular causando a morte da célula pela ausência da parede.

8. Mecanismos de ação • - Atuam na membrana celular. • - Atuam na síntese de proteínas, aminoácidos e de ácidos nucléicos. • - Atuam na cadeia respiratória. • A atuação de um dado antibiótico está relacionado com a concentração do mesmo no sangue, a fim de se determinar os intervalos das doses do antibiótico em questão. A determinação dessa concentração recebe o nome de “nível sérico”.

9. Atividade e Potência • A atividade é a capacidade ou habilidade em termos de micrograma ou miligrama que o antibiótico, produzido pelo m.o., tem de inativar (ou inibir) ou de matar m.os. de outras espécies. • A potência é a atividade relacionada com o peso da preparação. Ex: 500 µg/mg – cápsula de 1mg que contém 500 µg /mg do princípio ativo que contém ação antibiótica.

10. Espectro de antibiose, sensibilidade e resistência Espectro de Antibiose: Determina sobre quais e quantos m.os. o antibiótico tem ação (largo espectro atua vastamente e pequeno espectro atua com baixa ação). Sensibilidade e Resistência: Um m.o. é sensível quando se deixa atacar pelo antibiótico. O m.o. que geralmente possui forma mutante (membrana com outra composição, sintetiza proteínas diferentes, etc) é chamado de resistente.

11. Produção • A pesquisa de um novo antibiótico normalmente tem seu início no solo – fonte natural para captar os m.os. produtores de antibióticos. Também lança-se mão das coleções de cultura. • Etapas: • Seleção de estirpes; • Otimização à escala laboratorial; • Teste em instalações piloto; • Caracterização química e estrutural do composto; • Modificação química do composto ativo; • Teste de formulações em animais e seres humanos; • Produção industrial do antibiótico.

12. Produção • A produção pode ser sintética, fermentativa ou semi-sintética. • Sintética – antibióticos que são produzidos apenas por síntese. Ex: clorofenicol. A produção por meio de m.os. deste antibiótico é viável, contudo fica mais barato sintetizá-lo quimicamente. • Fermentativa – antibióticos que são produzidos por via microbiana. • Semi-sintética –antibióticos que são produzidos via fermentação, sendo sua molécula modificada por via sintética.

13. Produção • Observações: • Se a penicilina for obtida somente via síntéticao anel não fecha e o antibiótico fica sem atividade. • O benzetacil também é obtido via semi-sintético. É a chamada penicilina procainada (procaína ácida). A administração deste antibiótico deixa de ser de 8 em 8 horas e passa a ser de 24 em 24 horas.

14. Fermentação Escala de produção: 12.000 L Mosto: Fonte de C – geralmente orgânico: glicose ou sacarose e também lactose a 6%. Fonte de N e sais minerais (P, K, Mg, S) – milhocina contém substâncias derivadas do ácido fenilacético. Precursores – substâncias que devem ser adicionadas ao mosto a fim de incentivar a produção, como por exemplo a parte da molécula que o m.o. não sintetiza (ex: na produção da penici-lina-G há necessidade de se adicionar o ácido fenil acético).

15. Fermentação Inóculo: (Semeadores: 1200 L) São utilizados células em suspensão para tornar o processo mais rápido.Existência de esporos na superfície tanto livres como agregados (conídios). Condições: .T = 25 a 35°C .pH =6 – 7 - meio tamponado neutro .Tensão de O2 - aeração (ar estéril) .agitação .formação de espumas

16. Fermentação Controles: .Contaminantes - equipamentos e mosto devem ser esterilizados - ausência de contaminantes para não baixar o rendimento e não inativar produto. .T,pH,O2 e agitação

18. Penicilina • Alexander Fleming Fungo Penicillium

19. Penicilina • O núcleo comum a todas as penicilinas é o ácido 6 - amino penicilanico (6-APA) que embora seja biologicamente inativo, é o responsável pela atividade de todas as penicilinas.

20. Esporos liofilizados Propagação do inóculo Água de milho Fonte de nitrogênio Fonte de carbono Tampões Precursor 5x103 esporos / ml Fermentação submersa descontínua alimentada 40.000 a 200.000 l 0,5-1,0 vvm; 120-150 rpm pH 6,5; 25-27C Penicilina • Produzida por fungos: Penicillium e Aspergillus • Eficaz contra bactérias gram-positivas • Precursor: ácido fenil-acético (0,5-0,8%)

21. Penicilina FED BATCH - Permite: 1. operar o fermentador entre os limites superior e inferior da atividade 2. operar abaixo dos níveis de inibição/toxicidade 3. reduzir a duração da fase de crescimento (acelerando o crescimento) 4. prolongar a duração da fermentação (manter a biomassa viável mais tempo) 5. operar a concentrações de biomassa elevadas e constantes 6. repôr a água evaporada com o areamento da cultura (contrariando o aumento de viscosidade do caldo e a consequente co-limitação pelo O2)

22. Penicilina Downstream: Os processos de separação da penicilina consistem basicamente de duas operações: extração seguida de cristalização Normalmente o rendimento global de extração ronda os 85 – 90%.

23. Penicilinas com interesse econômico • Penicilina G (Benzilpenicilina) Substância terapêutica em medicina humana e veterinária. Altamente ativa contra bactérias Gram positivas sensíveis à penicilina por exemplo Streptococcus pyogenes e cocci Gram negativos. Também ativa contra Bacillus anthracis, Treponema pallidum e outras bactérias. É geralmente administrada por injeção. É utilizada como promotor de crescimento para porcos e galinhas.

24. Penicilinas com interesse econômico • Penicilina V (Fenoximetilpenicilina) Substância terapêutica oralmente ativa contra bactérias Gram positivas sensíveis à penicilina, por exemplo, Streptococcus pyogenes e cocci Gram negativos. É menos ativa em geral que a penicilina G mas é uma terapia efetiva quando os microrganismos lhe são sensíveis.

25. Propagação do inóculo Adição semicontínua Nutrientes Fermentação submersa descontínua alimentada pH 6-7; 24-28C Cefalosporina • Produzida por fungos: Acremonium chrysogenum, Emericellopsis, Paecilomyces • Antibióticos de amplo espectro • Baixa toxidade • 29% mercado antibióticos

26. Cristais de antibiótico disperso no mosto (mash)

27. Depois da penicilina, descobriram-se mais de 8.000 antibióticos, sendo hoje em dia produzidos industrialmente cerca de 170 antibióticos por fermentação e posterior modificação química.