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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
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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;
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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);
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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;
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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.
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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;
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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.
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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
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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;
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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.
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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.
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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.
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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
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Grupos Microbianos Produtores de AntibiticosABCA Aspergillus sp;
B Bacilos sp.; C Penicillium spFonte: Biotecnologia Industrial, V3,
2001.
Grupo TaxonmicoN de AntibiticosActinomicetas
4200Fungos1600OutrasBactrias 950
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ClassificaoOs antibiticos podem ser classificados de acordo
com:Espectro antimicrobiano;Mecanismo de ao;Cepa produtora;Forma de
biossntese;Estrutura qumica.
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Classificao de acordo com o Espectro de AoFonte: (Adaptado de
Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)
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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.
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Classificao de acordo com a Estrutura QumicaBiotecnologia
Industrial, 2005.
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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.
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Mecanismo de Ao -LactmicosFonte: (Adaptado de Atlas, R.M.,
Principles of Microbiology, 1997)
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Efeitos de Antibiticos -LactmicosABEscherichia coli: [A]
morfologia normal[B] morfologia aps 30 min contato com ceftazidima
(celafosporinas)
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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.
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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
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Penicilinas
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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Agentes MutagnicosScreening de mutante;At anos 60;Raio x;Radiaes
curto;AtualmenteNitritos;Agentes Alquilantes;Nitrosoguanidina.
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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.
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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.
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Fluxograma de Produo
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Mtodos de ProduoO inoculo se inicia utilizando esporos
liofilizados*;*Manuteno cuidadosa das cepas; Formao de agregados
(Pellets) e concentrao de esporos;Etapas de crescimento.
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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.
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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.
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Biomassa g.L-1, carboidratos, amnio e penicilina (g.L-1 x
10)
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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.
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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%
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Cefalosporinas
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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;
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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.
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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.
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Desenvolvimento de cepasFuso de protoplastos de diferentes cepas
tem um aumento de 40% na produo de cefalosporina, melhor
crescimento e esporulao;
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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.
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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;
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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.