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Quimioterápicos: conceito e mecanismo de ação Fernanda Abreu fernandaaabreu@micro.ufrj.br Farmácia Noturno 2013 Quimioterápicos • Controle do crescimento microbiano pode ser feito por: – Agentes físicos: calor, radiação, filtração. – Agentes químicos: desinfetantes e antissépticos Agentes físicos são muito drásticos e os químicos muito tóxicos e por isso utilizados fora do corpo (uso externo). Quimioterápicos • Controle do crescimento microbiano pode ser feito por: - Compostos químicos de uso interno: quimioterápicos - Definição de quimioterápico: compostos químicos, utilizados no tratamento de doenças causadas por agentes biológicos. - Agente antimicrobiano: agente químico que mata ou inibe o crescimento de micro-organismos. Quimioterápicos • Classificação dos agentes antimicrobianos: - Quanto à Origem: - Produzido por alguns micro-organismos: antibióticos. - Produtos naturais, sintéticos ou semi-sintéticos: químicos. Agentes Antimicrobianos Histórico: 1860- Joseph Lister- fenol em instrumentação cirúrgica 1909- Paul Ehrlich- salvarsan (composto arsênico)-sífilis 1929- Alexander Fleming*- penicilina 1932- Gerhard Domagk* -prontosil (sulfonamida) 1939- aparecimento de resistência bacteriana 1940- H. Florey* & E. Chain* -utilização da penicilina 1944- Selman Waksman *e Albert Schatz- estreptomicina 1945- Edward Abrahan- isolamento cefalosporina C 1946- Selman Waksman - isolamento neomicina 1947- Cloranfenicol, o primeiro antibiótico de amplo espectro 1960- Descobre-se as cefalosporinas .... Staphylococcus aureus X Penicillium notatum Quimioterápicos • Classificação dos agentes antimicrobianos: - Quanto ao efeito: - Causar a morte: efeito “-cida” ex.: bactericida - Efeito estático: inibe crescimento ex.: bacteriostático. - A eliminação do micro-organismo depende da imunidade do paciente. Ex.: sulfonamidas, clorafenicol, tetraciclinas e nitrofurantoína - Espectro de atividade antimicrobiana; - Estrutura molecular; - Mecanismo de ação. Agentes Antimicrobianos 1. Classificação quanto ao espectro de atividade: - Antibacterianos; - Antifúngicos; - Antiprotozoários; - Anti-helmínticos; - Antivirais. Agentes Antimicrobianos • Espectro de ação antimicrobiana: Agentes Antimicrobianos • O que significa: 1. Espectro restrito: atuam em um tipo ou um grupo limitado de microrganismos. Ex.: isoniazida é ativa somente contra micobactérias. 2. Amplo espectro: afetam ampla variedade de espécies microbianas; eficazes contra Gram- positivos e contra um significativo número de bactérias Gram-negativos. Ex.: ampicilina (age contra Gram-positivos e alguns Gram-negativos). Agentes Antimicrobianos O que significa: • Toxicidade seletiva: matar ou inibir o micro- organismo sem afetar o hospedeiro. • Concentração Mínima inibitória (MIC): é a menor concentração de antimicrobiano necessária para inibir o crescimento bacteriano. • Concentração Mínima bactericida (MBC): é a menor concentração do antibiótico que mata 99.9% do inóculo original em um determinado tempo. Agentes Antimicrobianos • Como avaliar a Toxicidade Seletiva: Ex.: - Maior diluição que mata células eucarióticas 1:1000 - Maior diluição que mata S.aureus 1:10.000 I= 1.000/1.0000 = 0,1 RESULTADO = diluição capaz de matar micro-organismos sempre deve ser maior Agentes Antimicrobianos • Como calcular: Concentração Mínima inibitória (MIC) Agentes Antimicrobianos • Como calcular: Concentração Mínima Bactericida (MBC) CARACTERÍSTICAS DO ANTIMICROBIANO IDEAL Ação bactericida; Espectro o mais específico possível; Menor MIC; Menos tóxico; Maior nível no local da infecção; Melhor comodidade posológica; Compatível com o estado clínico do paciente; Mais barato. 14 Propriedades farmacocinéticas Agentes Antimicrobianos • Mecanismo de ação do antimicrobianos: MECANISMOS DE AÇÃO 1. Agentes que afetam metabolismo de ácidos nucleicos 2. Agentes que atuam na síntese de polipeptídeos Inibição reversível (bacteriostáticos) Inibição irreversível (bactericida) 3. Agentes que atuam como análogos estruturais de metabólitos essenciais 4. Agentes que atuam diretamente sobre a membrana celular (aumenta permeabilidade) 5. Agentes que inibem a síntese da parede celular 16 Antimicrobianos: mecanismo de ação 1. Agentes que afetam metabolismo de ácidos nucleicos -Inibição da síntese de nucleotídeos -Alterando pareamento de bases no molde -Inibição da DNA ou da RNA polimerase -Inibição da DNA girase Antimicrobianos: mecanismo de ação 1. Agentes que afetam metabolismo de ácidos nucleicos -Rifamicinas (Rifamicina B, Rifampicina): - Inibição da transcrição; - Atua sobre a RNA polimerase (se liga a subunidade b) perda da capacidade de formar ligações fosfodiéster entre ribonucleotídeos do RNA; - Não há síntese de mRNA, tRNA ou rRNA; - Conclusão: não há síntese de polipeptídeos Antimicrobianos: mecanismo de ação 1. Agentes que afetam metabolismo de ácidos nucleicos -Novobiocina: -Inibição da DNAgirase -Atua no processo de duplicação do DNA, promovendo o desenrolamento da hélice de DNA no local a ser duplicado; -Liga-se a subunidade B, impedindo a ligação do ATP, mudança na conformação e ativação da enzima. Antimicrobianos: mecanismo de ação 1. Agentes que afetam metabolismo de ácidos nucleicos -Quinolonas (ex. ciprofloxacina): -Inibição da DNAgirase -Atua no processo de duplicação do DNA, promovendo o desenrolamento da hélice de DNA no local a ser duplicado; -Liga-se a subunidade A, impedindo a restauração da ligação fosfodiéster rompidas. Antimicrobianos: mecanismo de ação 2. Agentes que atuam na síntese de polipeptídeos Aminoglicosídeos: Moléculas contendo resíduos de açúcares aminados Necessário alcançar o citoplasma Ligam-se reversivelmente a subunidade 30S Não penetram em células eucarióticas Ligam-se reversivelmente a subunidade 50S Não penetram em células eucarióticas Macrolídeos: estrutura em anel com elevado número de átomos Estrutura contendo 4 anéis Antimicrobianos: mecanismo de ação 2. Agentes que atuam na síntese de polipeptídeos Aminoglicosídeos: também deslocam Mg+2 e Ca+2 ligados a fosfolipídeos e LPS das membranas bacterianas aumento da permeabilidade da célula e rompimento de membranas. Antimicrobianos: mecanismo de ação 3. Agentes que atuam como análogos estruturais de metabólitos essenciais Sulfas: drogas sintéticas, bacteriostáticas, utilizadas inicialmente em infecções estreptocócicas em 1935. -Análogas estruturais do ácido para-aminobenzóico (PABA) - PABA é um dos componentes do ácido fólico, envolvido na síntese de substâncias vitais para célula como aa e bases nitrogenadas. Antimicrobianos: mecanismo de ação 3. Agentes que atuam como análogos estruturais de metabólitos essenciais Trimetoprim: drogas sintéticas, bacteriostáticas. -Análogas estruturais do diidrofolato. - Inibe competitivamente a enzima diidrofolato-redutase, enzima da etapa final de formação do ácido fólico. Antimicrobianos: mecanismo de ação 3. Agentes que atuam como análogos estruturais de metabólitos essenciais Isoniazida: - Droga sintética; - Análoga estruturalda nicotinamida (vitamina); - Mecanismo de ação não é totalmente conhecido; - Afeta a síntese de ácido micólico; - Usado no tratamento ode infecções por Mycobacterium. Ex.: tuberculose Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem em membranas celulares Polimixinas: Ligam-se à membrana, entre os fosfolipídeos, deslocando competitivamente Mg2+ e Ca2+ e alterando sua permeabilidade. São extremamente eficientes contra Gram-negativos, pois afetam tanto a membrana citoplasmática como a membrana externa. Atuam também em membrana de eucariotos. Polipeptídeos cíclicos ligados a uma cadeia de ácido graxo Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem em membranas celulares Poliênicos (Nistatina, Anfotericina B) - São moléculas complexas que se ligam ao esteróis da membrana; - Ergosterol: fungos; - Provoca alteração na permeabilidade celular; - Não atua sobre bactérias apenas fungos e certos protozoários. Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem em membranas celulares Imidazóis (Miconazol, Cetonazol, Itraconazol): - Inibem a síntese de ergosterol; - Então gera membrana com permeabilidade alterada; - Ergosterol: usado em infecções causadas por fungos Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Síntese da parece celular bacteriana (S.aureus) 1- Síntese citoplasmática do ácido N-acetil-murâmico ligado a um pentapeptídeo; 2- O precursor é transportado ligado ao fosfolipídeo bactoprenol para transporte pela membrana 3- Ligação glicosídica β 1-4 entre N-acetil-glicosamina; Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Síntese da parece celular bacteriana (S.aureus) 4- Formação da ponte peptídica (pentaglicina); 5- Transferência completa da fração básica da parede celular do bactoprenol para sítio crescente da cadeia polissacarídica da peptideoglicana (enzima transglicolase); 6- Formação das ligações cruzadas entre os polímeros de peptideoglicana -D-alanina- carboxipeptidase - Transpeptidase Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Síntese da parece celular bacteriana (S.aureus) -D-alanina carboxipeptidase: desloca D-alanina terminal de uma cadeia lateral adjacente. - Transpeptidase: liga D- alanina subterminal à glicina da ponte peptídica Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular D-ciclosserina: - Análoga estrutural da D-alanina; - Inibe a ação das enzimas envolvidas na formação do pentapeptídeo; - Não ocorre a formação do dipeptídeo D-alanil-D- alanina. - Efeito não há ligação cruzada. Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Vancomicina e teicoplanina: - São glicopeptídeo cíclicos que se complexam ao dipeptídeo D-alanil- D-alanina; - Ação sobre a transglicolase: impedindo a transferência da fração básica de parede para os locais de síntese; - Ação sobre a transpeptidase: impedindo a formação da ligação cruzada. - Gram-negativas são resistentes naturalmente, pois não passa pela membrana externa. Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular b-Lactâmicos - Apresentam em sua estrutura um anel b-Lactâmico Núcleo comum às penicilinas Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Penicilina - São dipeptídeos cíclicos que possuem o núcleo comum que é o ácido 6-aminopenicilânico, contendo diferentes cadeias laterais. Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Penicilina - Podem ser: - Naturais: indicadas pelas letras G, V, F...fungos gênero Penicillum - Semi-sintéticas: adições posteriores de radicais ao ácido 6-penicilânico produzido bniologicamente em fermentações industriais. * Menos potentes, mas mais resistentes Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Mecanismo de ação da Penicilina - O anel β-lactâmico possui uma região que se assemelha a uma ligação peptídica; - Proteínas envolvidas na síntese da parede celular (PBPs – ex.:transpeptidase e D-alanina-carboxilase) se ligam irreversivelmente a essa região; - Não há formação de ligações cruzadas; - Há estímulo a produção de autolisinas; - Consequência: enfraquecimento da parede celular e lise da célula. Figura pág 525 Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Cefalosporina - São antibióticos β-lactâmicos cujo núcleo principal é o ácido 7-aminocefalosporânico; - Possuem cadeias laterais diferentes, com substituições em R1 e R2; Figura pág 525 Antimicrobianos: mecanismo de ação 4. Agentes que agem na síntese da parede celular Cefalosporina - São classificadas em gerações: Ação semelhante a penicilina, ligando-se a PBP Antimicrobianos: mecanismo de proteção Mecanismo de proteção de micro-organismos produtores 1. Modificação do sítio-alvo da droga. - Ex.:Streptomyces possuem ribossomos metilados nos rRNAs 23S, impedindo ligação do antibiótico. 2. Modificação da droga - Ex.: Streptomyces produzem enzimas que modificam a droga inativando-as quando dentro da célula. 3. Produção do antibiótico na forma inativa - Ex.: droga só é ativada após secreção 4. Ausência do sítio alvo - Ex.: Fungos produzem β-lactâmicos e não possuem parede contendo peptideoglicana 5. Não há produção durante crescimento somente na esporulação - Ex.: Bacillus e Paenibacillus produtores de antibióticos Antimicrobianos: antibiograma Método de Diluição Teste para determinação da sensibilidade bacteriana ao agente antimicrobiano Como já falamos MIC e MBC Antimicrobianos: antibiograma Método de Difusão Sensível: Crescimento in vitro deve ser inibido em concentrações 3 x ou mais inferiores às atingidas in vivo. Moderadamente sensível: mesma concentração Resistente: inibição do crescimento só é obtida in vitro utilizando concentrações 3x ou mais superiores in vivo. Comparação com valores-padrão para cada micro-organismos, antimicrobiano, concentração Antimicrobianos: antibiograma Teste E Pode ser feita a determinação da MIC Agentes antimicrobianos alternativos Peptídeos antimicrobianos - Origem: microbiana, animal ou vegetal. - Podem ser classificados como: - Síntese não ribossômica: produzido por atividades de complexos multienzimáticos (ex.: polimixinas, bacitracinas, glicopeptídeos...). - Síntese ribossômica: bacteriocinas e peptídeos isolados de animais e plantas. Agentes antimicrobianos alternativos Peptídeos antimicrobianos - Bacteriocinas: peptídeos catiônicos e hidrofóbicos que apresentam atividade bactericida, geralmente. - Bactéria produtora possui outra proteína que inativa a bacteriocina. - Espectro de ação variado - Ex. de uso: biopreservativo para indústria de alimentos Agentes antimicrobianos alternativos Peptídeos antimicrobianos - Bacteriocinas: - Exemplos: Nisina já é utilizada em produtos derivados do leite, bebidas fermentadas, verduras e carnes. Agentes antimicrobianos alternativos Peptídeos antimicrobianos - Defencinas: - Peptídeos antimicrobianosproduzidos por animais. - Fazem parte da defesa do hospedeiro (imunidade inata). - Representam 10 a 18% das proteínas totais de neutrófilos (mamíferos). - Molécula hidrofóbicas e catiônicas que se inserem na membrana, deslocando cátions Mg2+ e Ca2+ e formando poros que levam alise celular. - Possuem amplo espectro de ação - Não é observado aparecimento de células resistentes. Agentes antimicrobianos alternativos Peptídeos antimicrobianos - Defencinas: - Exemplos: Potencial de membrana Formação de poros Agentes antimicrobianos alternativos Bacteriófagos - Utilização de fagos . - Alta especificidade: ausência de danos a microbiota. - Ocorre aparecimento de resistentes. - Resultados variam de acordo com o hospedeiro. Agentes antimicrobianos alternativos Substâncias antimicrobianas extraídas de plantas - Aparecimento de resistentes aos antibióticos Planta Composto Atividade Alho alicina geral Casca de laranja terpenóide fungos Cebola alicina bactérias , Candida Maça flavonóide geral Eucalipto polifenol bactérias e vírus Aula Prática 30/08/2013 Prática 6 Classificação de bactérias: provas bioquímicas I Provas bioquímicas • São utilizadas para auxiliar na identificação e classificação dos micro-organismos. • São baseados em métodos bioquímicos para evidenciar características metabólicas e atividades enzimáticas das bactérias. • Resultados dados como positivos ou negativos são analisados em tabelas para identificação. • Aula: as provas que envolvem o tipo de metabolismo do micro-organismo: fermentativo, respiratório ou ambos. Provas bioquímicas 1) Fermentação de Carboidratos 1a. Glicose Meio com: -único carboidrato fermentável -indicador de pH; Vermelho de fenol pH ácido amarelo pH básico vermelho -Tubo de Durham O que observar no resultado: -Produção de ácido; -Produção de gás. Provas bioquímicas Se o micro-organismo for capaz de fermentar o manitol, o meio ficará amarelo, devido à produção de ácidos. Fonte de energia e carbono 1) Fermentação de Carboidratos 1b. Manitol Provas bioquímicas 1) Fermentação de Carboidratos 1c. Lactose Provas bioquímicas O Vermelho de Metila é um indicador de pH. ADICIONADO APÓS CRESCIMENTO Vira quando há intensa acidificação do meio (pH 4,4). Esta prova só pode ser feita após 48 horas de incubação. 2) Teste do Vermelho de Metila (VM) Fermentação da Glicose Ácida mista Provas bioquímicas 3) Teste Voges-Proskauer (VP) Fermentação Butileno glicólica Produção de acetoína a partir da glicose Esta prova só pode ser feita após 48 horas de incubação para que todos os ácidos da fermentação ácida mista sejam produzidos assim como o produto neutro, acetoína, típico da fermentação butileno-glicólica Provas bioquímicas 3) Teste Voges-Proskauer (VP) Fermentação Butileno glicólica Produção de acetoína a partir da glicose Após crescimento: -Adicionar 2-5 gotas de reagente Barrit A; -Adicionar 2-5 gotas de reagente Barrit B; -Agitar levemente; -Esperar 10-15 minutos para ler resultados Provas bioquímicas 3) Metabolismo respiratório x Metabolismo fermentativo Princípio: - Os micro-organismos aeróbicos utilizam a respiração celular para oxidar seus carboidratos. - Os facultativos podem utilizar tanto a respiração como a fermentação . Provas bioquímicas 3) Metabolismo respiratório x Metabolismo fermentativo O meio de HUGH-LEIFSON possui como indicador de pH o azul de bromotimol que em pH ácido é amarelo, em pH neutro é verde, e em pH básico, azul. Se o micro-organismo for facultativo crescerá nos 2 tubos, oxidativamente e através da fermentação virando o indicador para amarelo devido à produção de ácidos em ambos os metabolismos. Se possuir metabolismo oxidativo, crescerá apenas na superfície do tubo sem vaselina, virando também o indicador para amarelo. Inóculo COM AGULHA flambada -1 tubo coloca vaselina após inóculo -1 tubo sem vaselina Provas bioquímicas Ácido cítrico Ácido oxaloacético Ácido pivúvico Ácido acético 4) Prova do Citrato Princípio: Células com a enzima são capazes de metabolizar citrato como única fonte de carbono. Enzima citrato permease facilita o transporte de citrato para o interior da célula. A enzima citrase metaboliza o citrato a ácido oxaloacético e acetato. Esses produtos são convertidos enzimaticamente à ácido pirúvico e CO2 em excesso. O gás carbônico se complexa com o sódio e água do meio produzindo o carbonato de sódio que alcalinizará o meio, tornando-o azul. Indicador de pH: azul de bromotimol Inóculo: estrias em meio inclinado, pois o processo é aeróbico Provas bioquímicas • OBJETIVOS GERAIS DA PRÁTICA – Justificar a importância das provas bioquímicas na classificação bacteriana. – Interpretar os resultados dos testes bioquímicos realizados. Provas bioquímicas OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA PRÁTICA 1) Fermentação de Carboidratos - Glicose, Manitol e Lactose: Verificar a capacidade dos micro-organismos de fermentar a glicose, manitol ou lactose com produção de ácidos e gases. 2) Teste do Vermelho de Metila (VM): Verificar se o micro-organismo faz a fermentação ácida mista 3) Teste Butileno glicólica (Prova do Voges Proskauer, VP): Verificar se o micro- organismo faz a fermentação butileno glicólica. 4) Metabolismo respiratório x Metabolismo fermentativo : Verificar se o micro- organismo possui metabolismo oxidativo ou facultativo. 5) Prova do Citrato: Verificar a capacidade do micro-organismo utilizar ou metabolizar o citrato como única fonte de carbono. Práticas bioquímicas EXECUÇÃO DA PRÁTICA 1. Escolher um tubo com micro-organismo (A-E) desconhecido para identificação com as provas bioquímicas; 2. Repicar o cultivo do micro-organismo desconhecido para a execução do restante das provas bioquímicas na aula seguinte; 3. Preparar e observar uma lâmina do micro-organismo desconhecido corado por coloração de Gram; 4. Fermentação da glicose – Com alça flambada coletar a cultura em meio líquido e inocular no meio contendo glicose (contém pequeno tubo invertido no seu interior, tubo de Durham); 5. Fermentação do manitol – Com alça flambada coletar a cultura em meio líquido e inocular no meio contendo manitol (tubo com marca azul); 6. Fermentação da lactose – Com alça flambada coletar a cultura em meio líquido e inocular no meio contendo lactose (tubo com marca vermelha); Práticas bioquímicas 7. Teste VM - Ácida mista (Prova do Vermelho de Metila, VM): Inocular com a alça um dos tubos com o meio de CLARK-LUBS (marca amarela); 8. Teste VP - Butileno glicólica (Prova do Voges Proskauer, VP): Inocular com a alça um dos tubos com o meio de CLARK-LUBS (marca amarela); 9. Metabolismo respiratório x Metabolismo fermentativo - Com a agulha flambada, coletar um pouco de cultura; - Inocular em 2 tubos com meio de Hugh-Leifson (semi-sólido, de cor verde) fazendo uma picada até próximo ao fundo do tubo; - Cobrir a superfície de um dos meios com vaselina estéril (1.0 cm de altura); 10. Prova do Citrato – Com a alça inocular, em estria, o tubo contendo meio de citrato de Simmons (semi-sólido, verde); 11. Incubar a estante com os tubos na estufa para leitura e interpretação na aula seguinte
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