Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Faculdade de Tecnologia
Campus Regional de Resende
Departamento de Química e Ambiental
Processos Bioquímicos
ANTIBIÓTICOS
Profa: Denise Godoy
E-mail: [email protected]
Que são antibióticos?
Antibióticos são produtos
do metabolismo
secundário que inibem o
processo de crescimento de
outros organismos, mesmo
quando usados em baixas
concentrações.
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.
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.
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).
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.
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.
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”.
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.
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.
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.
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.
Produção
Observações:
• Se a penicilina for obtida somente via síntética o 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.
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 penicilina-G há necessidade de se adicionar o ácido fenil acético).
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
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
Penicilina

Alexander Fleming
Fungo Penicillium
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.
Penicilina
 Produzida por
fungos: Penicillium e
Aspergillus
Eficaz contra
bactérias grampositivas
Precursor: ácido
fenil-acético (0,50,8%)
Esporos liofilizados
Água de milho
Fonte de nitrogênio
Fonte de carbono
Tampões
Precursor
Propagação do inóculo
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
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)
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%.
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.
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.
Cefalosporina
 Produzida por fungos:
Acremonium chrysogenum,
Emericellopsis, Paecilomyces
Antibióticos de amplo
espectro
Baixa toxidade
29% mercado antibióticos
Propagação do inóculo
Adição semicontínua
Nutrientes
Fermentação submersa
descontínua alimentada
pH 6-7; 24-28C
Cristais de antibiótico disperso no
mosto (mash)

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.