Universidade Federal de Uberlândia – Minas Gerais, Brasil.Instituto de Ciências Agrárias – ICIAG Bacharelado em Agronomia Produção de Antibióticos Integrantes: Erickson Oliveira, Guilherme Alem, Johnatan , Rodolfo Lemos; Samara Garcia; Vitor Veloso, Orientadora: Dra. Fabiana Batista. Disciplina: Tecnologia Produtos Agropecuários. Principais Características • São substâncias com toxidade seletiva; – Possui ação danosa aos microrganismos, sem afetar as células do hospedeiro; • Usado no tratamento de doenças infecciosas; • São conhecidas cerca de 100.000 substâncias, porém somente 800 são utilizadas; História • Paul Ehrlich (1854 - 1915) – desenvolveu a “bala mágica” através de experimentos com corantes e técnicas de coloração de microrganismos; • 1904 – Foi utilizado o vermelho tripan no tratamento do tripanossoma, causador da doença africana do sono; • Ehrlich & Hata (1910) – uso da arsfenamida no tratamento de sífilis (Salvarsan); História • G. Domagk (1935) - Vermelho Prontosil (camundongos), e o Prontosil quando clivado no organismo originava a sulfanilamida (droga eficaz); • H. Florey & E. Chain (1939) – Após 43 anos da descoberta da penicilina por E. Duchesne, conseguiram a purificação da penicilina e testes em cobaias; História • S. Waksman (1944) – descobrimento da estreptomicina (Streptomyces griseus); • 1953 – Isolamento de microrganismos produtores: Cloranfenicol, Neomicina, Terramicina e tetraciclina; • A partir de 1953 – a indústria investiu milhares de dólares na busca de novas drogas antimicrobianas. Atualmente apenas 1%. – 8-10 anos de pesquisa.6 % das novas drogas usadas para fins terapêuticos (1965). .Processo de Investigação de Novas Drogas • Desaceleração na taxa de realização de novas pesquisas. – Altos Custos (10 .U$20 milhões) – 2. . . – Melhores propriedades farmacológicas. Fig: Recente surto de E. cepas resistentes à antibióticos.Importância de Novas Pesquisas • Aprimoramento dos antibióticos naturais – Maior atividade. – Menores efeitos colaterais – Maior espectro de ação. – Menor toxicidade. coli. na Alemanha. 2003. Brock Biology of Microorganisms.Importância de Novas Pesquisas • Aumento na Resistência Múltipla e Cruzada: – Desenvolver resistência simultânea a mais de um antibiótico. que possuam o mesmo modo de ação.. . Fonte: Adaptado de Madigan et al. células. ou seja. deve ser relativamente atóxico para fagócitos.Princípios de um Agente Antimicrobiano • Ser ativo frente ao patógeno in vivo. • Não deve produzir reações indesejáveis. . tecidos e órgãos do corpo. Fig.Princípios de um Antibiótico • Não deve precipitar as proteínas do soro. . • Ser relativamente estável. • Ser solúvel em água ou soro fisiológico. • Não deve hemolisar o sangue.: Dano causado às hemáceas durante a hemólise. Fonte: Uerj. . • Nível sérico varia com a via de absorção. – O antibiótico deve ser ingerido periodicamente de modo a manter a concentração mínima letal ao patógeno.Princípios de um Antibiótico • A potência varia com a massa. • Ferramentas na bioquímica e biologia molecular.Aplicações • Agentes terapêuticos. • Contra doenças das plantas: – Tratamento de sementes – Cultura do arroz. • Conservantes de alimentos (ex: nisina contra os clostrídios). • Antitumorais (citostáticos). • Estimulantes do crescimento animal. Produto comercial. Fig: Validamicina (validacin. . Antibióticos Contra Doenças em Plantas Antibióticos e seu Microrganismo Usos grupo químico Blasticidina S (nucleosídeo) Polioxina (nucleosídeo) Prumicina (nucelosídeo) Streptomyces griseochromogenes Streptomyces cacaoi Streptomyces kagawaensis Streptomyces griseus Fungicida do arroz contra Piricularia oryzae Fungicida de uso múltiplo Fungicida contra espécies de Botrytis e Sclerotinia Fungicida para folhas. tóxico para animais de sangue quente e tem uso na colheita. Fungicida para arroz contra Piricularia oryzae Fungicida contra Rhizoctonia Cicloheximida (aminoácido) Kasugamicina (aminoglicosídeo) Validamicina (aminoglicosídeo) Streptomyces kasugaensis Streptomyces hygroscopicus . B C A – Aspergillus sp. V3.Grupos Microbianos Produtores de Antibióticos Grupo Taxonômico Actinomicetas Fungos Outras Bactérias Nº de Antibióticos 4200 1600 A 950 Fonte: Biotecnologia Industrial. 2001. B – Bacilos sp. C – Penicillium sp .. Classificação • Os antibióticos podem ser classificados de acordo com: – Espectro antimicrobiano. – Mecanismo de ação. – Estrutura química. – Cepa produtora. . – Forma de biossíntese. Classificação de acordo com o Espectro de Ação Fonte: (Adaptado de Madigan et al. 2003) . Brock Biology of Microorganisms.. • Inibidores da síntese de DNA e RNA. – Penicilinas e celafosporinas. – Actiomicinas. • Alteradores de permeabilidade da M.Classificação de acordo com o Mecanismo de Ação • Inibidores da síntese da parede celular. citoplasmática. . • Inibidores da síntese de proteínas. – Polimixinas. – Aminoglicosídeos. . 2005.Classificação de acordo com a Estrutura Química Biotecnologia Industrial. . • Inativados pela hidrólise do anel β-lactâmico com penicilinase. • Baixa toxicidade. • Inibidores da transpepitidase. – bloqueio da síntese de parede celular bacteriana (peptidoglicano). .: β-Lactâmicos com anéis em destaque. Fig. – Só 0.Grupo dos β-Lactâmicos • Lábeis em meio ácido.5 -2% dos pacientes desenvolve alergia. M. Principles of Microbiology. 1997) . R..Mecanismo de Ação βLactâmicos Fonte: (Adaptado de Atlas. Efeitos de Antibióticos βLactâmicos B A Escherichia coli: [A] morfologia normal [B] morfologia após 30 min contato com ceftazidima (celafosporinas) . – Interfere na síntese da parede de peptídeoglicano e leva à Lise celular. • DST”s.Classificação de acordo com a Estrutura Química • Penicilina – Penicillium chrysogenum. B – Produto comercial á base de penicilina. B A – Penicilina G e V. Fig. . – Amplo espectro de ação. infecções trato intestinal e meningite. A – Estrutura da penicilina. A – Possui Anel Beta-lactamico. respectivamente. – Antibiótico bactericida. B – Staphylococus aureus . – Interrompem a síntese de Peptídeoglicano – Causa diarréia e náuseas. – Controle de Gram(+) e Gram(-) • Cocos e Escherichia coli.: A – Antibiótico à base de cefalosporina.Classificação de acordo com a Estrutura Química • Cefalosporinas – Cephalosporium acremonium. B Fig. Penicilinas . • Adição de precursores – Ácidos da cadeia lateral. Fenilacético. • >Atividade antimicrobiana.Penicilinas Semi-sintéticas • Mais estáveis. • >Resistência à β-lactamase. Fenoxiacético. adição Ác. . – Penicilina V. adição Ác. – Penicilina G. • Hidrolisação da Penicilina Natural à 6-APA. . aminoadipil) cisteinilvalina Produção da Benzipenicilina a partir Ác. α-aminoadípico (α-AAA) Condensação num tripéptido δA (L-α. Fenilacético reagindo com Ác.Biossíntese e Regulação L-cisteína L-valina. αaminoadípico O tripéptido é ciclizado e forma-se a isopenicilina N Primeiro composto com atividade microbiana . Ác. retroinibição da homocitratosintase* • *enzima envolvida na síntese de α-AAA. . – Glicose.Biossíntese e Regulação • Inibidores da síntese de penicilina – Lisina. – Concentração de Fosfato. repressão catabólica • Prefere-se a lactose para o processo de fermentação. – Em torno 6.Desenvolvimento de Cepa – Fatores Interferentes • Qualidade da Cepa. • pH. – Aeróbios facultativos. – Técnicas recombinação do DNA. – Screening.5. • Oxigênio – Aeróbios. • Temperatura. – 25 à 27ºC. Fig: Fermentador utilizado para produção de antibióticos. . • Agitação. chrysogenum NRRL 1951. Notatum (Flaming). • P. • Por mutagênese – estirpe WisQ176. • 1943.Desenvolvimento de Cepas • Objetivos: – Aumento rendimento – Eficiência na recuperação do produto. crysogenum .: Cepas de P.P. Fig. . • Radiações λ curto. • Nitrosoguanidina. • Agentes Alquilantes. – Até anos 60.Agentes Mutagénicos • Screening de mutante. • Raio x. – Atualmente • Nitritos. chrysogenum. • Tecnologia de DNA recombinante. – Superior obtido por mutação ou seleção.Outros meios de desenvolvimento de Cepas • Fusão de protoplastos. . – Aumento de rendimento de 8%. – Não muito usada em P. – Absorção volumétrica de Oxigênio de 0. . – Velocidade de aeração requerida entre 0.40. – Fermentadores de 40-200mil litros.8mM/L-min. • Processo aeróbico.Métodos de Produção • Processo submerso de fermentação.51.0 vv. • Faixa de temperatura ótima é de 25-27°C. Fluxograma de Produção . Métodos de Produção • O inoculo se inicia utilizando esporos liofilizados*. • Formação de agregados (“Pellets”) e concentração de esporos. • Etapas de crescimento. . *Manutenção cuidadosa das cepas. .Métodos de Produção • Fermentação típica de penicilina – Tempo de crescimento de 40 horas – Tempo de duplicação de 6 horas • Baixa aeração do cultivo em crescimento é critica. • Alimentando o meio com diferentes componentes a produção se estende por até 120 – 160 horas. – Vários tampões.Métodos de Produção • Componentes de um meio de cultura: – Nitrogênio ( água de milho ou farinha de soja). – Produção Penicilina G. • Adição do precursor.5. – Carbono (lactose). – ácido fenilacético. . • pH mantido constante a 6. L-1. carboidratos.Biomassa g.L-1 x 10) . amônio e penicilina (g. – Dificultado pela instabilidade das cepas de produção. . sem redução do rendimento. – Retira-se 20-40% da fermentação.Métodos de Produção • Fermentação contínua. – Repete-se esse procedimento por até 10 vezes. • Adoção do sistema enche e retira. – Alimenta-se com solução fresca de nutrientes. Métodos de Produção • Teor de penicilina excretada é de menos de 1%. – Se encontra unida ao micélio • Separa-se por filtração. • Recuperação do produto por meio: – Extração continua em contracorrente do caldo de fermentação – Rendimento de 90% . Cefalospori . Biossíntese e Regulação • Precursores: – δ-(α-aminoadipil)-l. – Cisteinil-d-valina. • Hidroxilaçao controlada por uma dioxigenase à deacetilcefalosporina C. – Isopenicilna-n. – Formação de penicilina N. • Transformação de cadeia lateral. – Enzima racemase. . pelo nitrogênio e regulação catabólica do carboidrato. .Biossíntese e Regulação • O ponto final da via biosintética em fungos é dada pela acetilaçao da cefalosporina C. • A produção de cefalosporina é regulada pelo fosfato. • A adição de lisina a baixas concentrações favorece a produção de cefalosporina. acremonium. • Recombinação parassexual em C. acremonium é de difícil acontecimento. • Mutantes reguladores resistentes a enxofre tem uma produção superior de cefalosporina.Desenvolvimento de cepas • Realizado com a cepa original de Brotzu. seleção e técnicas parassexuais. utilizando mutação. C. . . melhor crescimento e esporulação.Desenvolvimento de cepas • Fusão de protoplastos de diferentes cepas tem um aumento de 40% na produção de cefalosporina. • Processo descontinuo alimentado é usado nas fermentações. condição semicontinua de nutrientes. sacarose.Processo de Produção • A fermentação da cefalosporina é similar a da penicilina. . extrato de carne. glicose e acetato de amônio. • Utiliza-se meios como macerado de milho. • A síntese química de cefalosporina pode ser feita por expansão do anel da penicilina. • Na fase de crescimento é necessário alta velocidade de aeração.Processo de Produção • pH de 6 a 7. . • Temperaturas entre 24 e 28º C. U. . Biotecnologia industrial. às 01:31. vol...Bibliografia • BORZANI. São Paulo. 101-120. A. 2001. W. SCHMIDELL. E. • http://vsites..W. AQUARONE. p..html. LIMA. Acessado em 08/11/2011. 3.unb.br/ib/cel/microbiologia/anti bioticos/antibioticos. :784708 .488J39080 0#0:.4 W !70. . 547:2.43974.. .485473./..907.381472. 472.01.4/0.234.7. 3 W %7..80/0.02.3. /403. ..80 W /74./5 8903 / .3..09.3.4/0503../0. 84503. 32.4. 485473.50..././4. 5041481./.4 W 5439413. W 574/:4/0.021:348 F/.8.01...0397. .08 1.94 W .470.485473.9.485473..-./...7-4/7..0./4/083.F70:.574/:4/0.-4839F9...-O.01..4/.4 ...488J39080 0#0:.09.94 5043974H34070:.01.43. 05.4390.20394 .0803. ..3/42:9.574/:48:50747/0 .85.485473..880:.01.70243:2 :9.4 800409F.880:. 034170902:2.390870:./4../0749: .8 W #0.70243:2 F/0/1J. W #0.02 .7.3.../47087088903908..4.8 W :9.7.05.42-3.45.42.473.20394/0. :20394/0 3.574/:4/0 .8 W :84/0574945.485473.05.8 902:2.05.4.4 .01.20394/0.8948/0/10703908.203940 08547:.708.0803. 2047. 4393:4.730 8. W &9.7480 .!74.07.485473.3.4242.43/4802 ..01.81072039.09.234 W !74./4/024 097. /.2039.08 .0884/0!74/:4 W 1072039..F82..94/0./4 3../4F:8.503...4/./03:9703908 .94/0.0884/08.4393:.7.4800 . 802048. 4 W 8J390806:J2. W %02507.485473.1./.708.54/0 807109..01./0/0.3.9:7. .088E74./0.30/.54705.07.8039700 W .0884/0!74/:4 W 5/0.9. .384/4. 503.80/0.04.20394F30.!74. 1.4 5 $4!. W # & "&# $ 490.344. 3/:897. .-47.:4 W 995. . 8908 :3- -7.. -. .0. 74-44.2. .39 -49.48. 48 92 ./402 .39-49.088.. . 8 .