Factores que afectan la sobrevivencia de los

microorganismos

Crecimiento microbiano

Presencia de factores

Términos relacionados • Esterilización: destrucción de toda forma de vida microbiana, incluyendo las formas más resistentes (esporas). • Esterilización comercial: tratamiento térmico que destruye esporas de Clostridium botulinum. • Desgerminación: eliminación de microorganismos en un área limitada. • Sanitización: eliminación de microorganismos que pueden producir enfermedad. • Desinfección: destrucción de formas vegetativas (no esporas) en superficies inertes. • Antisépsis: tratamiento químico para la eliminación de formas vegetativas en tejidos vivos. • Asepsis: ausencia de contaminación significativa. • Técnicas asépticas: aquellas que minimizan la contaminación en áreas y equipos. • Biocida: mata a los microorganismos • Bio-estático: detiene el crecimiento de los microorganismos en su presencia. • Biolítico: tiene acción sobre membrana o pared celular. • Sepsis: indica contaminación por bacterias. En medicina describe una infección en el torrente sanguíneo.

Compuestos Químicos

Efecto de los agentes químicos

• Mecanismo de acción

• Concentración del agente químico

• Tiempo de exposición

• Factores ambientales

• Susceptibilidad de los microorganismos

• Edad de los microorganismos

• Presencia de materia orgánica

Fenoles y sus derivados

OH OH

Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática y desnaturalización de enzimas.

1. Fenol.

Biocida. Solo se utiliza como referencia.

Causa irritación como desinfectante o

antiséptico.

2. Fenólicos.

O-fenilfenol. Superficies, instrumentos,

limpiadores de la piel y membranas mucosas.

Fenoles y sus derivados Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática.

3. Bisfenoles

C

Cl Cl Cl Cl

Cl ClOH OHH

H

Cl

Cl Cl

OH

OHexaclorofeno: en lociones contra (G+), infecciones de la piel y contaminación de equipo quirúrgico. Causa

daño neurológico. Triclosán es usado en jabones,

pastas dentales lociones y desodorantes. Ataca G+ y hongos.

Biguanidas Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática.

Clorhexidina. Bactericida no tóxico. Se emplea en infecciones bucales por diversas causas incluidas las producidas por roces de las prótesis dentales, en la prevención de infecciones tras cirugía bucal, en higiene bucal combate y reduce la formación de la placa dental, lavado quirúrgico y lavado antiséptico.

Halógenos

Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl Acido hipocloroso

HOCl H+ + OCl- Ión hipoclorito

Cloro

Agente oxidante. Usado como desinfectante de superficies, agua y equipos

Halógenos

HCH2

NH2

HO C

C

OH

I

OI

Soluciones de Iodo

Se une a residuos de tirosina y desnaturaliza proteínas. Antiséptico y desinfectante.

Alcoholes

Solubilizante de lípidos y desnaturalización proteínas.

Etanol e isopropanol.

Bactericida y funguicida. Antiséptico no afecta esporas y virus envueltos.

Metales pesados Plata AgNO3

Precipitación de proteínas

Biocida. Antiséptico utilizado para prevenir

ceguera en recién nacidos por :

N. gonorrhoeae

Mercurio y mercuriales orgánicos

Combinación con los grupos –SH de

las proteínas. Biocida. HgCl2 es utilizado como protector de

pinturas, corrosivo y tóxico.

Mercurocromo es Antiséptico en piel.

Cobre CuSO4

Precipitación de

proteínas. Alguicida. Albercas y depósitos para peces.

Colorantes Cristal violeta, verde brillante, eosina.

Combinación específica con ácidos nucleicos principalmente. Biostáticos. Antifúngicos, antisépticos locales, inhibidores en los medios de cultivo selectivos.

Br

NaO

Br

O

Br

O

Br

COO- Na+

Eosina

Surfactantes

1.  Jabones y detergentes aniónicos ácidos

Remoción mecánica de

microorganismos. Germicida de piel. Algunos de

ellos contienen otros antimicrobianos.

2. Detergentes aniónicos ácidos

Interacción con la membrana

citoplasmática cargada, probable inactivación o destrucción de

enzimas. Sanitizante. No es tóxico, no

corrosivo actúa rápidamente y es de amplio espectro. Equipo de procesamiento de alimentos.

N+H H

H

H

Amonio

Surfactantes 3. Detergentes

catiónicos

Desnaturalización de proteínas, inhibición de

enzimas y destrucción de la membrana

citoplasmática.

Bactericidas, bacteriostático, funguicida

y virucida, destruye virus envueltos. Antiséptico de

piel, instrumentos, utensilios y gomas.

C Cl-C16H37

H

N+

CH3

Cloruro de Benzalconio

CH3H

(Zefiran)

Ácidos orgánicos Ácido sórbico y benzoico • Conservadores (ácido sórbico, ácido benzoico, ácido ortofosfórico, ácido cítrico, ácido ascórbico) • Inhibición metabólica.

Antifúngicos en alimentos y cosméticos.

Aldehídos

Inactivan proteínas por la formación de enlaces covalentes con grupos funcionales (-NH2, -OH, -COOH y –SH)

Formaldehído

Biocida. Solución acuosa 37% (gas)

es únicamente usada para la eliminación de

bacterias y virus en vacunas y la

conservación de especimenes

biológicos.

Glutaraldehído

Esterilizante. Biocida de bacterias incluyendo a

M. tuberculosis, esporas y virus.

Peroxigénos Su mecanismo de acción es la oxidación de moléculas.

Ozono O3

Desinfectante en agua. $$$$$

Peróxido de hidrógeno

H2O2 Antiséptico y

desinfectante. Esporocida. Usado en

heridas y superficies en la industria alimenticia.

Peroxigénos Su mecanismo de acción es la oxidación de moléculas.

Peróxido de benzoilo Antiséptico usado contra bacterias anaerobias en el tratamiento del acné.

Ácido peracético Esterilizante. Biocida para hongos y bacterias, endoesporas y virus. No tóxico usado como desinfectante de equipo médico y de procesamiento de alimentos.

Esterilizantes gaseosos Esterilizantes de plásticos y materiales termosensibles. Desnaturalizan proteínas.

H2C CH2

O

HC CH2

O

H3C H2C CH2

O OC

Oxido de etileno Oxido de propileno β-propiolactona

Bacillus atrophaeus

Análogos

H2N SO2NH2

Sulfamida

H2N COOH

Acido p-aminobenzoico

N C

Acido fólico

HO

HN C

COOH

CH2

H

COOH

CH2

CH2

N

N

N

HN

H2N

O

Fenilalanina

C

H

COO-CH2

NH2

P-fluorofenilalanina

C

H

COO-CH2

NH2

F

N

HN

O

UraciloH

O

N

HN

O

5 - BromouraciloH

O

Br

N

HN

O

TiminaH

O

CH3

N

HN

O

5 - FluorouraciloH

O

F

Antibióticos

Antibiograma

• Difusión en placa

• Dilución

Resistencia a antibióticos

• La resistencia natural

• La resistencia adquirida

Factores Físicos • Calor húmedo ~ Ebullición ~ Tindalización ~ Pasteurización ~ Esterilización en autoclave • Calor seco ~ Incineración ~ Esterilización en horno

• Bajas temperaturas

• Filtración

• Radiaciones

• Presión osmótica

Calor húmedo. Ebullición

Las altas temperaturas desnaturalizan los componentes celulares.

• Punto térmico mortal.

Temperatura variable y tiempo constante. La temperatura que destruye a los microorganismos en un tiempo determinado.

• Periodo térmico mortal

Tiempo variable y temperatura constante. El tiempo que tardar en destruir a los micoorganismos en una muestra a una temperatura determinada.

Calor húmedo. Tindalización

Löwenstein-Jensen

Condiciones Tiempo 1. Vapor de agua 85ºC 45 minutos

2. Incubación 37ºC 24 horas

3. Vapor de agua 85ºC 45 minutos

4. Incubación 37ºC 24 horas

5. Vapor de agua 85ºC 45 minutos

Proceso de destrucción de formas vegetativas por medio de vapor de agua y una incubación para favorecer la germinación de endosporas, para posteriormente repetir el proceso.

Calor húmedo. Pasteurización lenta

Este método consiste en calentar la leche a temperaturas entre 62 y 64ºC y mantenerla a esta temperatura durante 30 minutos Luego de los 30 minutos, la leche es enfriada a temperaturas entre 4 y 10ºC según la conveniencia. La leche es calentada en recipientes o tanques de capacidad variable (generalmente de 200 a 1500 litros); esos tanques son de acero inoxidable preferentemente y tienen doble pared; la leche se calienta por medio de vapor o agua caliente que circula entre las paredes del tanque, provisto éste de un agitador para hacer mas homogéneo el tratamiento.

Calor húmedo. Pasteurización rápida

Llamada también pasteurización contínua o bien HTST (High Temperature Short Time), este tratamiento consiste en aplicar a la leche una temperatura de 72 - 73ºC en un tiempo de 15 a 20 segundos.

Todo tratamiento térmico que se hace a temperaturas inferiores al del punto de ebullición del agua son considerados como métodos de pasteurización.

Leches ultrapasteurizadas y las leches esterilizados.

Una leche ultrapasteurizada se puede obtener con un tratamiento térmico entre 110ºC y 115ºC por un lapso de tiempo corto de 4 segundos, mientras que la leche esterilizada tiene un calentamiento hasta de 140-150ºC en 2 segundos.

El proceso mas común para obtener estos productos es por inyección directo de vapor purificado, con la cual se eleva la temperatura; la leche pasa inmediatamente a una cámara de vacío, en donde ocurre una expansión del líquido con la siguiente separación del vapor.

Calor húmedo. Autoclave

• Esterilización

121ºC, 15lb, 20 minutos

• Esterilización comercial 70ºC

Geobacillus stearothermophilus

Indicadores y biondicadores

Método de esterilización Bioindicador

Oxido de etileno Bacillus atrophaeus

Autoclave Geobacillus stearothermophilus

Horno Bacillus subtilis

Calor seco • El calor seco produce desecación de la célula, esto es tóxico por los niveles elevados de electrolitos y fusión de membranas. Estos efectos se deben a la transferencia de calor desde los materiales a los microorganismos que están en contacto con éstos.

• La acción destructiva del calor sobre proteínas y lípidos requiere mayor temperatura cuando el material está seco o la actividad de agua del medio es baja.

Calor seco • Ventajas : No es corrosivo para metales e instrumentos. • Desventajas: Requiere mayor tiempo de esterilización, respecto al calor húmedo, debido a la baja penetración del calor.

• Materiales que se pueden esterilizar: Textiles, materiales no alterables por el calor, soluciones acuosas, todo lo que sea inflamable, complejos farmacológicos en polvo, compuestos grasos, parafinas, aceites, etc. Los materiales para la esterilización por calor seco no hace falta que sean porosos, pero sí que resistan altas temperaturas, durante prolongados periodos de tiempo.

Estufas de esterilización (horno)

• Doble cámara, el aire caliente generado por una resistencia, circula por la cavidad principal y por el espacio entre ambas cámaras.

• Se mantiene una temperatura estable mediante termostatos de metal.

Procedimiento y control de la esterilización

Temperatura Tiempos 180ºC 30´

170ºC  60´

160ºC 120´

150ºC 2h. 30´

140ºC 3h.

120ºC Más de 6 horas.

• El calor seco en forma de aire caliente es difícil de controlar. La penetración en los materiales es lenta y casi igual y requiere largo periodo de exposición.

Para el control del proceso existen: • Métodos físicos. Uso del termómetro interno vs externo. • Métodos químicos. Cinta testigo y tiras reactivas. • Métodos biológicos. Bioindicadores de B. subtilis.

Temperaturas bajas Disminuye la velocidad de crecimiento de los microorganismos.

Provoca la formación de cristales*.

Conservación de alimentos, reactivos y muestras biológicas.

• Refrigeración 4ºC.

• Congelación -20ºC*

• Ultracongelación -70ºC a -96ºC*

Tiempo de reducción decimal

Es el tiempo que una población se reduce en 10 ordenes a una temperatura determinada.

El tiempo de reducción decimal D es característico de cada microorganismo.

Alta osmolaridad

Las concentraciones altas de cloruro de sodio o azúcares provocan que el medio sea hipertónico lo que dificulta el desarrollo microbiano.

Liofilización Consiste en retirarle el agua a una sustancia congelada (sólida) sin el paso por el estado líquido. Se congela una solución acuosa de la sustancia, a esa baja temperatura se impiden los cambios químicos de deterioro y luego se somete a un alto vacío que hacer pasar el agua del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido (sublimación); logrando así una deshidratación completa sin ese aumento de temperatura que puede hacer variar la composición química y los principios activos.

Esterilización por Filtración

• Se esterilizan soluciones oftálmicas, soluciones intravenosas, drogas diagnósticas, radiofármacos, medios para cultivos celulares, y soluciones de antibióticos y vitaminas.

• La filtración se emplea principalmente para esterilizar soluciones termolábiles, así como aire.

Esterilización por Filtración

Se usan membranas filtrantes con poros de un tamaño determinado. El tamaño del poro dependerá del uso al que se va a someter la muestra. Los filtros que se utilizan no retienen virus ni micoplasmas, estos últimos están en el límite de separación según el diámetro de poro que se utilice. Existen tres tipos básicos de filtros: • Filtros profundos o Filtros de profundidad • Membranas filtrantes • Filtros de huella de nucleación (Nucleoporo)

Filtros profundos o Filtros de profundidad

• En este tipo de filtros la retención de las partículas se produce por una combinación de absorción y de retención mecánica en la matriz. • Consisten de un material fibroso o granular prensado, plegado, activado, o pegado dentro de los canales de flujo (papel, asbesto o fibra de vidrio).

Filtros profundos o Filtros de profundidad

Se usan como prefiltros por el tamaño de partícula que retienen, son empleados en la esterilización de aire.

Membranas filtrantes

• Tienen una estructura contínua, y la retención se debe principalmente al tamaño de la partícula. Partículas más pequeñas al tamaño del poro quedan retenidas en la matriz del filtro debido a efectos electrostáticos. • Están compuestos por acetato de celulosa o nitrato de celulosa.

Membranas filtrantes La firma Millipore ha desarrollado membranas que deben ser montadas en un soporte estéril que permita el ingreso del líquido a esterilizar a presión.

Filtros de huella de nucleación (Nucleoporo)

• Son películas muy delgadas de policarbonato que son perforadas por un tratamiento conjunto con radiación y sustancias químicas. • Son filtros con orificios muy regulares que atraviesan la membrana verticalmente. Funcionan como tamices, evitando el paso de toda partícula con un tamaño mayor al del poro.

Radiaciones

Su acción depende de: • El tipo de radiación • El tiempo de exposición • La dosis • Radiaciones ionizantes: x y γ • Radiaciones no ionizantes: UV y microondas

Radiaciones ionizantes • Producen iones y radicales libres que alteran las bases de los ácidos nucleicos, estructuras proteicas y lipídicas, y componentes esenciales para la viabilidad de los microorganismos. • Forma radicales hidroxilo (OH·)

• Tienen gran penetrabilidad y se utilizan para esterilizar materiales termolábiles (termosensibles) como en la clínica y la industria de alimentos.

Radiaciones ionizantes

• Rayos Gamma Su empleo esta basado en los conocimientos sobre la energía atómica. Este tipo de esterilización se aplica a productos o materiales termolábiles y de gran importancia en el campo industrial. Puede esterilizar antibióticos, vacunas, alimentos, etc.

Rayos Ultravioleta

Afectan a las moléculas de DNA formando dímeros de timina. Son escasamente penetrantes y se utilizan para superficies, se utilizan para la esterilización en quirófanos e instrumental.

Reparación del ADN

Radiaciones de microondas

El efecto antimicrobiano de las microondas es debido al efecto térmico

La radiación de alta frecuencia y las microondas provocan vibraciones moleculares, produciendo calor –de ahí su empleo doméstico e industrial–, con lo que pueden producir quemaduras a partir de una determinada cantidad de radiación absorbida.