Produo de AntibiticosIntegrantes: Erickson Oliveira, Guilherme Alem, Johnatan , Rodolfo Lemos; Samara Garcia; Vitor Veloso, Orientadora: Dra. Fabiana Batista. Disciplina: Tecnologia Produtos Agropecurios. Universidade Federal de Uberlndia Minas Gerais, Brasil. Instituto de Cincias Agrrias ICIAG Bacharelado em Agronomia

Principais CaractersticasSo substncias com toxidade seletiva;Possui ao danosa aos microrganismos, sem afetar as clulas do hospedeiro;Usado no tratamento de doenas infecciosas;So conhecidas cerca de 100.000 substncias, porm somente 800 so utilizadas;

HistriaPaul Ehrlich(1854 - 1915) desenvolveu a bala mgica atravs de experimentos com corantes e tcnicas de colorao de microrganismos;1904 Foi utilizado o vermelho tripan no tratamento do tripanossoma, causador da doena africana do sono;Ehrlich & Hata (1910) uso da arsfenamida no tratamento de sfilis (Salvarsan);

HistriaG. Domagk (1935) - Vermelho Prontosil (camundongos), e o Prontosil quando clivado no organismo originava a sulfanilamida (droga eficaz);H. Florey & E. Chain (1939) Aps 43 anos da descoberta da penicilina por E. Duchesne, conseguiram a purificao da penicilina e testes em cobaias;

HistriaS. Waksman (1944) descobrimento da estreptomicina (Streptomyces griseus);1953 Isolamento de microrganismos produtores: Cloranfenicol, Neomicina, Terramicina e tetraciclina;A partir de 1953 a indstria investiu milhares de dlares na busca de novas drogas antimicrobianas.

Processo de Investigao de Novas DrogasDesacelerao na taxa de realizao de novas pesquisas;Altos Custos (10 - U$20 milhes)2,6 % das novas drogas usadas para fins teraputicos (1965). Atualmente apenas 1%.8-10 anos de pesquisa;

Importncia de Novas Pesquisas Aprimoramento dos antibiticos naturaisMaior atividade;Menor toxicidade;Menores efeitos colateraisMaior espectro de ao;Melhores propriedades farmacolgicas.Fig: Recente surto de E. coli, na Alemanha, cepas resistentes antibiticos.

Aumento na Resistncia Mltipla e Cruzada:Desenvolver resistncia simultnea a mais de um antibitico, que possuam o mesmo modo de ao.

Importncia de Novas Pesquisas

Princpios de um Agente AntimicrobianoSer ativo frente ao patgeno in vivo;No deve produzir reaes indesejveis, ou seja, deve ser relativamente atxico para fagcitos, clulas, tecidos e rgos do corpo;

Princpios de um AntibiticoNo deve precipitar as protenas do soro;Ser solvel em gua ou soro fisiolgico;Ser relativamente estvel;No deve hemolisar o sangue.

Fig.: Dano causado s hemceas durante a hemlise.

Princpios de um AntibiticoA potncia varia com a massa;Nvel srico varia com a via de absoro;O antibitico deve ser ingerido periodicamente de modo a manter a concentrao mnima letal ao patgeno.

Fonte: Uerj.

AplicaesAgentes teraputicos;Antitumorais (citostticos);Contra doenas das plantas:Tratamento de sementesCultura do arroz.Conservantes de alimentos (ex: nisina contra os clostrdios).Estimulantes do crescimento animal;Ferramentas na bioqumica e biologia molecular.Fig: Validamicina (validacin, Produto comercial.

Antibiticos Contra Doenas em Plantas

Antibiticos e seu grupo qumicoMicrorganismoUsosBlasticidina S (nucleosdeo)Streptomyces griseochromogenesFungicida do arroz contra Piricularia oryzaePolioxina (nucleosdeo)Streptomyces cacaoiFungicida de uso mltiploPrumicina (nucelosdeo) Streptomyces kagawaensisFungicida contra espcies de Botrytis e SclerotiniaCicloheximida (aminocido)Streptomyces griseusFungicida para folhas, txico para animais de sangue quente e tem uso na colheita.Kasugamicina (aminoglicosdeo)Streptomyces kasugaensisFungicida para arroz contra Piricularia oryzaeValidamicina (aminoglicosdeo)Streptomyces hygroscopicusFungicida contra Rhizoctonia

Grupos Microbianos Produtores de AntibiticosABCA Aspergillus sp; B Bacilos sp.; C Penicillium spFonte: Biotecnologia Industrial, V3, 2001.

Grupo TaxonmicoN de AntibiticosActinomicetas 4200Fungos1600OutrasBactrias 950

ClassificaoOs antibiticos podem ser classificados de acordo com:Espectro antimicrobiano;Mecanismo de ao;Cepa produtora;Forma de biossntese;Estrutura qumica.

Classificao de acordo com o Espectro de AoFonte: (Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)

Classificao de acordo com o Mecanismo de AoInibidores da sntese da parede celular;Penicilinas e celafosporinas.Inibidores da sntese de DNA e RNA;Actiomicinas.Inibidores da sntese de protenas;Aminoglicosdeos.Alteradores de permeabilidade da M. citoplasmtica;Polimixinas.

Classificao de acordo com a Estrutura QumicaBiotecnologia Industrial, 2005.

Grupo dos -LactmicosLbeis em meio cido;Inativados pela hidrlise do anel -lactmico com penicilinase;Baixa toxicidade;S 0,5 -2% dos pacientes desenvolve alergia;Inibidores da transpepitidase;bloqueio da sntese de parede celular bacteriana (peptidoglicano).

Fig.: -Lactmicos com anis em destaque.

Mecanismo de Ao -LactmicosFonte: (Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)

Efeitos de Antibiticos -LactmicosABEscherichia coli: [A] morfologia normal[B] morfologia aps 30 min contato com ceftazidima (celafosporinas)

PenicilinaPenicillium chrysogenum;Interfere na sntese da parede de peptdeoglicano e leva Lise celular;Amplo espectro de ao; DSTs, infeces trato intestinal e meningite.Penicilina G e V.

Classificao de acordo com a Estrutura QumicaABFig. A Estrutura da penicilina; B Produto comercial base de penicilina.

Classificao de acordo com a Estrutura QumicaCefalosporinasCephalosporium acremonium;Antibitico bactericida;Possui Anel Beta-lactamico;Controle de Gram(+) e Gram(-)Cocos e Escherichia coli, respectivamente.Interrompem a sntese de PeptdeoglicanoCausa diarria e nuseas.

AB

Fig.: A Antibitico base de cefalosporina; B Staphylococus aureus

Penicilinas

Penicilinas Semi-sintticasMais estveis;>Resistncia -lactamase;>Atividade antimicrobiana;Hidrolisao da Penicilina Natural 6-APA;Adio de precursores cidos da cadeia lateral;Penicilina V, adio c. Fenoxiactico.Penicilina G, adio c. Fenilactico.

Biossntese e RegulaoL-cistenaL-valina;c. -aminoadpico (-AAA)Condensao num tripptido A (L-- aminoadipil) cisteinilvalinaO tripptido ciclizado e forma-se a isopenicilina NPrimeiro composto com atividade microbianaProduo da Benzipenicilina a partir c. Fenilactico reagindo com c. -aminoadpico

Biossntese e RegulaoInibidores da sntese de penicilinaLisina, retroinibio da homocitratosintase**enzima envolvida na sntese de -AAA.Concentrao de Fosfato;Glicose, represso catablicaPrefere-se a lactose para o processo de fermentao.

Desenvolvimento de Cepa Fatores InterferentesQualidade da Cepa;Screening;Tcnicas recombinao do DNA.pH;Em torno 6,5.Temperatura;25 27C.OxignioAerbios;Aerbios facultativos.Agitao;

Fig: Fermentador utilizado para produo de antibiticos.

Desenvolvimento de CepasObjetivos: Aumento rendimentoEficincia na recuperao do produto; P. Notatum (Flaming);1943- P. chrysogenum NRRL 1951.Por mutagnese estirpe WisQ176.

Fig.: Cepas de P. crysogenum

Agentes MutagnicosScreening de mutante;At anos 60;Raio x;Radiaes curto;AtualmenteNitritos;Agentes Alquilantes;Nitrosoguanidina.

Outros meios de desenvolvimento de CepasFuso de protoplastos;Aumento de rendimento de 8%;Superior obtido por mutao ou seleo.Tecnologia de DNA recombinante;No muito usada em P. chrysogenum.

Mtodos de ProduoProcesso submerso de fermentao;Fermentadores de 40-200mil litros.Processo aerbico;Absoro volumtrica de Oxignio de 0,4-0,8mM/L-min; Velocidade de aerao requerida entre 0,5-1,0 vv;Faixa de temperatura tima de 25-27C.

Fluxograma de Produo

Mtodos de ProduoO inoculo se inicia utilizando esporos liofilizados*;*Manuteno cuidadosa das cepas; Formao de agregados (Pellets) e concentrao de esporos;Etapas de crescimento.

Mtodos de ProduoFermentao tpica de penicilinaTempo de crescimento de 40 horasTempo de duplicao de 6 horasBaixa aerao do cultivo em crescimento critica;Alimentando o meio com diferentes componentes a produo se estende por at 120 160 horas.

Mtodos de ProduoComponentes de um meio de cultura:Nitrognio ( gua de milho ou farinha de soja);Carbono (lactose);Vrios tampes;pH mantido constante a 6,5.Adio do precursor;cido fenilactico;Produo Penicilina G.

Biomassa g.L-1, carboidratos, amnio e penicilina (g.L-1 x 10)

Mtodos de ProduoFermentao contnua;Dificultado pela instabilidade das cepas de produo.Adoo do sistema enche e retira;Retira-se 20-40% da fermentao;Alimenta-se com soluo fresca de nutrientes;Repete-se esse procedimento por at 10 vezes, sem reduo do rendimento.

Mtodos de ProduoTeor de penicilina excretada de menos de 1%;Se encontra unida ao miclioSepara-se por filtrao;Recuperao do produto por meio:Extrao continua em contracorrente do caldo de fermentaoRendimento de 90%

Cefalosporinas

Biossntese e RegulaoPrecursores:-(-aminoadipil)-l;Cisteinil-d-valina;Isopenicilna-n.Transformao de cadeia lateral;Formao de penicilina N;Enzima racemase.Hidroxilaao controlada por uma dioxigenase deacetilcefalosporina C;

Biossntese e RegulaoO ponto final da via biosinttica em fungos dada pela acetilaao da cefalosporina C;A produo de cefalosporina regulada pelo fosfato, pelo nitrognio e regulao catablica do carboidrato;A adio de lisina a baixas concentraes favorece a produo de cefalosporina.

Desenvolvimento de cepasRealizado com a cepa original de Brotzu, C. acremonium, utilizando mutao, seleo e tcnicas parassexuais;Mutantes reguladores resistentes a enxofre tem uma produo superior de cefalosporina;Recombinao parassexual em C. acremonium de difcil acontecimento.

Desenvolvimento de cepasFuso de protoplastos de diferentes cepas tem um aumento de 40% na produo de cefalosporina, melhor crescimento e esporulao;

Processo de ProduoA fermentao da cefalosporina similar a da penicilina;Utiliza-se meios como macerado de milho, extrato de carne, sacarose, glicose e acetato de amnio;Processo descontinuo alimentado usado nas fermentaes, condio semi-continua de nutrientes.

Processo de ProduopH de 6 a 7;Temperaturas entre 24 e 28 C;Na fase de crescimento necessrio alta velocidade de aerao;A sntese qumica de cefalosporina pode ser feita por expanso do anel da penicilina;

BibliografiaBORZANI, W.; LIMA, A,U.; AQUARONE, E.; SCHMIDELL,W.; Biotecnologia industrial, vol. 3, p. 101-120. So Paulo, 2001.http://vsites.unb.br/ib/cel/microbiologia/antibioticos/antibioticos.html. Acessado em 08/11/2011, s 01:31.