METABOLISMO – MULTIPLICACIÓN –

CONTROL DE CRECIMIENTO

Prof. Dra Mirta G. Quinteros

Microbiología 2° año Lic. Ciencias Ambientales

Lic. Higiene y Seguridad

METABOLISMOLas células son capaces de obtener energía de la oxidación de

compuestos químicos orgánicos e inorgánicos mediante diversos

mecanismos:

• Distintos tipos de fermentación: oxidación parcial. Un compuesto

orgánico es el aceptor final de e- (procedentes de NADH)lo que reduce el

ácido pirúvico a: propiónico, láctico, etanol, butírico glicerol, butanol,

butanodiol, mezcla de ácidos, etc.

• Respiraciones: oxidación completa de un compuesto químico orgánico

• Litotrofías: oxidación de un compuesto inorgánico

Aceptor de electrones: O2(aerobio)

NO3-, SO4

=, etc (rendimiento energético bajo

pero son capaces de fijar CO2)

• Fototrofías: obtención de energía (ATP) y poder reductor

(NADH o NADPH) de la oxidación de compuestos orgánicos

por energía lumínica : Fotosíntesis

MULTIPLICACION

Factores ambientales:

• pH: acidófilos (≤ 6,5) – neutrófilos (6,5 -7,5) – alcalófilos (≥ 7,5)

• O2: aerobios, anaetobios facultativos, anaerobios estrictos, microaerrófilos.

• Temperatura:

• Disponibilidad de H2O

CONTROL DE CRECIMIENTO

CONTROL DE CRECIMIENTO MÉTODOS FÍSICOS DE CONTROL BACTERIANO

• Radiaciones UV: 220 – 300 nm ƛ modifica o rompe DNA.

• Radiaciones ionizante γ: son más penetrantes.

• Filtración: filtros que eliminan 99,97% de las partículas superiores

a 0,3µm. Cabinas de seguridad biológica.

• Calor: La eficacia esterilizante se mide como el tiempo que se

requiere para reducir 10 veces o más la población microbiana a una T

(° C) determinada.

Pasteurización: elimina microorganismos patógenos.

Método Louis Pateur (62-65°C, 30 min). Tecnificado HTST

( 72-95°C, 15seg).La industria láctea UHT (140-150°C,1-3seg).

Ebullición: 100°C tiempo superior a 15min.

Calor a alta Presión (autoclave): 121°C, 1,1 Kg/cm2, 15min.

MÉTODOS QUÍMICOS DE CONTROL BACTERIANO

MECANISMO DE ACCION TIPOS EJEMPLOS

DAÑO DE MEMBRANA Detergentes Catiónicos ( sales de amonio

cuaternario)- No iónicos.

Aniónicos (jabones, saponinas,

sales biliares,

Compuestos

fenólicos

Fenoles,, cresoles, difenilos

halogenados, aceites escenciales de

plantas, alquilo esteres de

parahidroxibenzoico

Alcoholes Etanol, isopropanol

DESNATURALIZACION DE

PROTEINAS

Ácidos orgánicos Ácidos: acético, benzoico, cítrico,

láctico, propiónico, sórbico

MODIFICACION DE

GRUPOS FUNCIONALES

EN PROTEINAS Y ACIDOS

NUCLEICOS

Agentes

alquilantes

Formaldehido, glutaraldeido, oxido

de etileno, β-propionil lactona

Metales pesados Mercurio, plata, cobre

Agentes oxidantes Halógenos ( fluor, cloro, iodo), agua

oxigenada, ácido peracético

Agente Esterilizante Ideal:

de los dispositivos médicos) y compatibilidad.

• Ausencia de toxicidad (para el trabajador, paciente y ambiente).

• Ausencia de residuos en el material.

• 000000000000

METODOS DE ESTERILIZACION

FISICOS

• Calor

• Radiaciones

• Filtración

• Ultrasonido

QUIMICOS

• óxido de etileno

• Glutaraldehído

• Formaldehído

• Peróxido de hidrógeno

MECANISMOS DE ACCION

1- Alterando el DNA:

2- Alterando proteínas y enzimas

3- Alterando la membrana celular

1- DNA:

- radiaciones (UV, ionizantes)

- alquilantes: glutaraldehído

formaldehído

óxido de etileno

2- Proteínas y enzimas:

Calor ; ácidos y álcalis

Oxidantes : peróxido de hidrógeno

Iodo

Metales pesados: mercurio

3- Membrana celular

Alcoholes

Fenoles

Agentes tensioactivos (amonios

cuaternarios, jabones, detergentes)

Aspectos Básicos a Considerar

• El proceso de esterilización no debe producir cambios

ni en la apariencia, ni en el funcionamiento de los

materiales, aun después de ciclos repetidos.

• Deben ser estériles todos los objetos que han de entrar

en contacto con el torrente sanguíneo o territorio

orgánico estéril

14

Clasificación de los Materiales

ESTERILIZACION

FISICOS

• CALOR: - Seco : - Incineración

- Flameado

- Aire caliente

- Húmedo: - Vapor (autoclave): Fluente

A presión

- Tyndalización

AIRE CALIENTE

• Horno de Pasteur o Estufas:

material de vidrio, metales, objetostermoestables

160º C x 2 hs

170º C x 1 hs

180º C x 30 minutos

CALOR HUMEDO

autoclave

• VAPOR FLUENTE : 100º C x 30 min

para sustancias termolábiles a más de 100º C

• VAPOR A PRESION:

más utilizado y más seguro: todo tipo de material de laboratorio (medios, instrumental, ropa, etc)

Vapor a presión

121º C x 15 min

134º C x 7 min

Las temperaturas alcanzadas son:

1 at : 121º C; 1,5 at : 126º C y 2 at : 134º C

Controles de Calidad de los Procesos

de Esterilización

Estructura Física de la Central de

Esterilización

Área de recepción de

material sucio

Área de lavado y secado

de material

Área de entrega de material

Área de revisión, clasifica-

ción y empaquetado del

material

Almacén de material estéril Área de esterilizados

Etapas del Proceso de Esterilización

Limpieza/Descontami-

nación

Inspección Desinfección

Esterilización

Preparación/Empaque Almacenamiento

Entrega de

materiales

Certificación de los

Métodos de

Esterilización

Indicadores de Calidad de la Central

de Esterilización

• Criterio de verificación de la efectividad del proceso de

esterilización.

• Criterio de tiempo de caducidad de la esterilización

• Criterio de seguridad en la central de esterilización

Tyndalización

(calentamiento intermitente)

Calentar a 80º C x 30 min., luego incubar el medio 24 hs a 35º C.

Volver a repetir este proceso por 3 a 5 días sucesivos

Para líquidos que no resisten temperaturas altas.

Ha sido reemplazada por la filtración de membrana

RADIACIONES

• Radiaciones ionizantes:

- gamma: más eficiente y seguro

Fuente: Cobalto 60

Para elementos que no soportan el calor y la

humedad (jeringas, cateter, materiales médicos

y de orígen biológico: medicamentos, alimentos)

Desventaja: medidas de seguridad y costo

Esterilización por gas de Óxido de Etileno

• El óxido de etileno es un agente químico con alto poder microbicida que puede ser utilizado para esterilizar artículos sensibles al calor y a la humedad.

• Es un proceso de esterilización a baja temperatura (30-60ºC) mediante el cual se somete a los microorganismos a la acción química del Óxido de Etileno

• Se presenta como gas o líquido incoloro, puro o con

mezcla (en general, con freón). Penetra con

facilidad a través de materiales de goma y plástico

en estado gaseoso

• Es un agente esterilizante muy eficaz. Esteriliza

todos los materiales termosensibles que no se

pueden esterilizar con vapor.

• El material esterilizado requiere aireación para que

se eliminen los residuos del gas.

Esterilización por gas de Óxido de Etileno

Esterilización por gas de Óxido de Etileno

• La duración del ciclo es de 90min y el periodo de aireaciónsuele ser de 12 hrs.

• Es inflamable, tóxico y reactivo,por lo que se necesita formaciónadecuada para su uso, con el finde evitar riesgos para la salud

• La limitación más importante deeste sistema es el periodo deaireación necesario paraeliminar la toxicidad.

Agentes químicos

• OXIDO DE ETILENO:

- Se debe combinar con CO2

- Gran poder de penetración

- Uso: 4 hs a 58º C con 40% de humedad.

Si se utiliza a temperatura ambiente debe actuar 12 hs.

- Airear los elementos antes de ser utilizados (tóxico,

mutágeno)

- Objetos termolábiles: material descartable, válvulas y

prótesis, equipos electrónicos

• GLUTARALDEHIDO:

- Se utiliza al 2% en solución acuosa

- Bactericida, tuberculocida y viricida en 10 min.

- Tiene efecto esporicida pero necesita de 10 hs. A temperatura ambiente

- Luego de su uso se deben enjuagar los elementos con abundante agua estéril

- Se utiliza para objetos de plástico e instrumentos de cirugía y tejidos

Requerimientos y características de los sitemas de esterilización

Desinfección - Antisepsia

• FISICOS: sólo usados para desinfección

- Calor Húmedo: - ebullición; 100ºC x 10/30 min

- pasteurización: para eliminar

microorganismos patógenos

baja: 30’ a 63º C

alta: 15” a 72º-75º C

- Radiaciones No ionizantes: - UV

AGENTES QUIMICOS

• DESINFECTANTES

- Alcohol

- Fenol

- Jabones

- Detergentes catiónicos

- Sol. cloradas

- Acidos y alcalis

- Formaldehído

• ANTISEPTICOS

- Alcohol ETILICO 70 %

- Clorexidina

- Jabones

- Detergentes

- Sol. Yodadas

- Metales pesados

- Peróxido de Hidrógeno 3-

6%

FENOLES Y DERIVADOS:

Actúan en presencia de materia orgánica

Al 5% excelente desinfectante para

Micobacterium tuberculosis

De olor muy picante y tóxico

ALCOHOLESEtílico o isopropílico (al 70%)

Concentraciones menores al 45% tienen unaactividad incierta

Desinfección y antisepsia (2 minutos de contactomata casi el 90% de los microorganismoscutáneos )

CLORHEXIDINA

Potente antiséptico para G+ y G-

Actúa en presencia de materia orgánica

Puede utilizarse en solución acuosa o alcohólica al 1%

Detergentes catiónicos

(amonios cuaternarios)

• Mayor actividad a pH alcalino

• No son esporicidas, ni tuberculicidas. En la actualidad las Pseudomonas son refractarias

• Su acción es interferida por la presencia de materia orgánica, y son neutralizados porjabones y detergentes aniónicos

• Se usan como “desinfectantes” (saneamientoambiental)

CLORO y compuestos

• El más usado: Hipoclorito de Na

• Se usan como “desinfectantes” de superficiede instrumentos de laboratorio

• en solución acuosa (material contaminado1/10; sino al 0,3%)

• Inestable, las soluciones se deben prepararen el momento y proteger de la luz y el calor

Iodo y compuestos

• Para antisepsia de heridas y piel

• Tintura de Iodo, Iódoforos

PEROXIDO DE HIDROGENO• Se utiliza al 3-6 %

• Solución madre al 30%, a partir de aquí se hace la solución final.

• Se debe preparar antes de usar. Guardar enfrasco color caramelo

• Para antisepsia de heridas y desinfección.

• (dispositivos médico-quirúrgicos y lentes de contacto blandos)

FORMALDEHIDO• Se presenta comercialmente en solución acuosa al 40%, a

partir de ella se realiza la solución final al 3 u 8 %(segúnuso)

• Formalina al 8% esporicida (no menos de 18 hs. A temperatura ambiente)

• Para “desinfección” (laboratorio, instrumental, guantes)

• Preparación de vacunas al 0,2-0,4%

• Los materiales deben seguir el mismo tratameitno que para el óxido de etileno y glutaraldehído.

• Uso muy restringido

Factores que afectan la

potencia Desinfectante

• Tiempo

• Temperatura

• pH

• Concentración del agente

• Presencia de materia orgánica

• Características del microorganismo

MECANISMO DE

ACCION DE LOS

ANTIMICROBIANOS

GRAM POSITIVA

GRAM NEGATIVA

Que alteran o inhiben la síntesis de la pared celular…

Que afectan la función de la membrana citoplasmática…

Que inhiben la síntesis de proteínas a nivel del

ribosoma…

Que inhiben la síntesis de ácidos nucleicos…

Según su mecanismo de acción...

Clasificación de los antibióticos…

Acción de los antibacterianos• Bactericidas: producen la muerte del microorganismo

responsable del proceso infeccioso.

• Bacteriostáticos.: bloquean el crecimiento y multiplicación

celular quedando el microorganismo viable, de manera que,

cuando se suspende el tratamiento, puede volver a

recuperase y multiplicarse

• Acción en función del momento de crecimiento bacteriano:

• Fase log. (b-lactámicos, glicopéptidos, fosfomicina).

• Cualquier fase del crecimiento (Polipéptidos, inhibidores

proteicos).

ARN-polimerasa

ÁCIDOS

NUCLEICOS

SÍNTESIS

PROTEÍNAS

ADN girasa

VÍAS METABÓLICAS

PARED CELULAR:

Peptidoglicano

MEMBRANA

Acción sobre la MEMBRANA CELULAR

Desorganización de la membrana citoplasmática: altera

la permeabilidad. Si la integridad funcional de la

membrana se altera los iones y macromoléculas se

escapan y la célula se lesiona y muere.

Ej. Polimixina , nistatina, anfotericina B

POLIMIXINASGRAM NEGATIVAS

COLISTINA

ESTRUCTURA DE LOS

BETA-LACTAMICOS

G M G M GM G M G M

ENLACE

PEPTÍDICO

ESTRUCTURA PEPTIDOGLICANO

peptidoglicano o mureína

Gram positiva Gram negativa

SÍNTESIS DE PRECURSORES

N-Acetilglucosamina

N-Acetilmurámico

Fosfoenolpiruvato

FOSFOMICINA

G--M--BPP

G--M

BPP

BP

TRANSPORTE A TRAVÉS DE

MEMBRANA

BACITRACINA

ENSAMBLAJE

G--M

G--M--G--M--G--M----

ELONGACIÓN DEL

PEPTIDOGLICANO

MEMBRANA CITOPLÁSMICA

PARED

GLICOPÉTIDOS:

Vancomicina

Teicoplanina

INHIBICIÓN DE

LA ELONGACIÓN

VANCOMICINA

ENLACE

PEPTÍDICO

SÍNTESIS PEPTIDOGLICANO

TRANSPEPTIDACIÓN

MEMBRANA CITOPLÁSMICA

PBPs (Penicillin-binding proteins)

Transpeptidasa

Carboxipeptidasa

ENLACE

PEPTÍDICO

SÍNTESIS PEPTIDOGLICANO

TRANSPEPTIDACIÓN

MEMBRANA CITOPLÁSMICA

PBPs

BETALACTÁMICO

ACCION DE LOS BETA-LACTAMICOS

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

F-Met

ARNm

A U G C G C G G A U C

U A CTetraciclinas

Elongación: reconocimiento

Tetraciclinas

Tetraciclinas

AMINOGLICÓSIDO

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

LECTURA ERRÓNEA:

Aminoglicósidos

AMINOGLUCOSIDOS

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

ELONGACIÓN: Translocación

Macrólidos

ARNm

F-Met Arg

G C G

A U G C G C G G A

ARNm

Arg

G C G

A U G C G C G G A

F-Met

Eritromicina

4. Inhibidores de la síntesis de ácidos

nucleicos.

1. QUINOLONAS

Inhiben la ADN-girasa

2. RIFAMPICINA

Inhiben la ARN-polimerasa

3. METRONIDAZOL

Reducción de su grupo nitrógeno

por nitrorreductasas

SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS

TOPOISOMERASAS:

ADN-girasa

Topoisomerasa IV

ADN-GIRASA

Topoisomerasa IV

Enrollamiento Corte Sellado

ADN

bacteriano

Quinolona

ADN bacteriano

AA

BB GyrA/ParC

GyrB/ParE

SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS

Muerte celular

Enzima

Quinolonas

• Quinolonas de primera generación (ácido nalidíxico)

• Las de segunda generación (fluorquinolonas).

• Estructura química de las quinolonas

• formada por dos anillos con un nitrógeno en la posición 1 y un grupo carbonilo en la posición 4 (núcleo base 4-quinolona), además un grupo carboxilo en la posición 3 en el primer anillo.

• Estos antibióticos cuando tienen un átomo de flúor en la posición 6, aumentan su potencia antibacteriana.

Quinolonas

Ac. Nalidíxico

Fluorquinolonas

QUINOLONAS

• Ac. Nalidíxico. Ac. Pipemídico. Fluorquinolonas: Norfloxacina, Ciprofloxacina, Ofloxacina, Pefloxacina.

• Mec. de acción: Interacción con la subU. A de la ADN girasa.

• Excelente biodisponibilidad: casi un 100% Se acumula bienen riñón , próstata, orina,bilis, humor acuoso, y Hueso.

Rifampicina• ATB derivado del Streptomyces mediterranei

• Rifamicina B. Ion anfotérico liposoluble : capacidad de pasar paredes gruesas como las de las micobacterias.

• Acción Bactericida: inhibe a ala ARN polimerasa ADN dep. actuando a nivel de la subunidad B RNA (gen rpoB) impidiendo la transcripción de los genes bacterianos.

• Acción sobre GRAM positivas: neumococos Cepas R a penicilina pueden conservar S a la rifampicina

• S. aureus y SCN que sean Meticilino Sensible pueden conservar S la Rifampicina. Los MR : resistencia 5-50%

• H.influenzae. M.leprae. M. marinum. M. avium

Acido p-aminobenzoico + Pteridina

Pteridin sintetasa

Acido dihidropteroico

Dihidrofolato sintetasa

Ac. Dihidrofólico

Dihidrofolato reductasa

Ácido tetrahidrofólico

Timidina Purinas Metionina

SULFONAMIDAS

TRIMETOPRIM

METABOLISMO DEL ÁCIDO FÓLICO

Sulfonamidas

• Su estructura es similar al ácido paraaminobenzoico(PABA), un factor requerido por las bacterias para la síntesis del ácido fólico

• Bacteriostáticos sintéticos de amplio espectro, eficaces contra la mayoría de las bacterias Gram positivas y muchas bacterias Gram negativas.

• Los efectos colaterales incluyen alteraciones del tracto gastrointestinal e hipersensibilidad.

RESUMEN: acción de los antibacterianos

MECANISMOS DE RESISTENCIA DE

LOS ANTIMICROBIANOS

ADN

ARNm

RIBOSOMAS5030

5030

5030

THFA

DHFA

PABA

Polimerasa de ARN

dirigida por ADN

Rifampicina

Síntesis proteica

(inhibidores de la 30S)

Tetraciclinas Tetraciclina

Espectinomicina

Aminoglucósidos

Síntesis proteica (ARNt)

Mupirocina

Síntesis de la pared celularCicloserina

Vancomicina Teicoplanina

Bacitracina

Penicilinas

Cefalosporinas

Monobactamas

Carbapenemes

Metabolismo del

Ácido fólicoSulfonamidas

Trimetoprima

ADN girasa

Quinolonas

Pared CelularSíntesis proteica

(inhibidores de la 50S)

Macrólidos

Cloramfenicol

Clindamicina

Espacio periplásmico

Betalactamasas

Enzimas modificadoras

De AminoglucósidosMembrana celular

Polimixinas

Cloramfenicol

Transacetilasa

Sitios de acción de los distintos agentes antimicrobianos; ARN mensajero (ARNm), ARN de Transferencia (ARNt),

ácido paraaminobenzoico (PABA), ácido dihidrofólico (DHFA) y ácido Tetrahidrofólico (THFA)

Que alteran o inhiben la síntesis de la pared celular…

Que afectan la función de la membrana citoplasmática…

Que inhiben la síntesis de proteínas a nivel del

ribosoma…

Que inhiben la síntesis de ácidos nucleicos…

Según su mecanismo de acción...

Clasificación de los antibióticos…

Mecanismos generales de

resistencia a los antibióticos• a) Disminución en la

concentración de la droga

• b) Inactivación enzimática

de la droga

• c) Alteración de los blancos

moleculares

ATB

ATB

ATB

ATB

Mecanismos generales de

resistencia a los antibióticos

PRINCIPALES MECANISMOS DE

RESISTENCIA ANTIMICROBIANA

Derivación(TMP/SMX)

Expulsión(macrólidos, quinolonas)

Permeabilidaddisminuida (TMP/SMX)

Modificación del sitio blanco(-lactámicos, macrólidos, quinolonas, glucopéptidos)

Degradación enzimática

(-lactámicos, aminoglucosidos)

X

BOMBAS DE EFLUJO

GRAM POSITIVA

GRAM NEGATIVA

Antibióticos que inhiben la síntesis de pared celular…

Mecanismos de resistencia a

-lactámicos

• Alteraciones en la permeabilidad de la membrana externa (porinas)

• Sistemas de eflujo activo (bombas)

• Alteraciones en las PLPs (Penicillin-Binding Proteins)

• Hidrólisis enzimática: -LACTAMASAS

PRODUCCIÓN DE B-LACTAMASAS GRAM (+)

• Divide el enlace amida del anillo

-lactámico

• Mecanismo más común de

resistencia a -lactámicos en :

• Staphylococcus spp

• Enterococcus spp

Penicilina activa

Derivado peniciliniónico

inactivo

O

CR1N

NO COOH

S

O

CR1N

NO COOH

S

-lactamasa

Baquero y colaboradores. Clin Microb Infect 1998;4 (supl 2) :19 – 26

TEM-1

CLASE CCLASE BCLASE

D

SHV-1

PER -2

β-lactamasas en BGN

BLEAβ –lactamasas

de espectro

ampliadoo

(Grupo2b)

BLEEβ –

lactamasas

de espectro

extendido

(Grupo2be)

Deriv.adas

TEM

Derivadas

SHV

Derivadas

CTX-M

Metaloβ -lactamasas

(Grupo 3)

AmpC

β–lactamasas

(cromosómica)

Tipo I

KPC NDM-1carbapenemasa

CARBAPENEMAS

(Grupo2f)

OXAβ -lactamasas

(Grupo2d)

CLASE A

Inhibición síntesis

Pared Celular

VAN accede al

sitio de unión

D-Ala (libre)

VSSA

Precursor de la pared

Molécula VAN

D-Ala-D-Ala

D-Ala

CMR 2002, 15: 430-8

VISA / hVISA

Bloqueo

Precursor de la pared

Molécula VAN

D-Ala-D-Ala

D-AlaCMR 2002, 15: 430-8

DETERGENTES CATIONICOSPOLIPEPTIDOS

Se comportan como detergentes catiónicos que desorganizan

la superficie externa de la membrana celular modificando

sus propiedades osmóticas por la alteración de los sistemas

de transporte activo y la barrera de permeabilidad selectiva

MECANISMOS DE

RESISTENCIA

A LAS

QUINOLONAS

MECANISMOS DE

RESISTENCIA

A LAS

QUINOLONAS

A. Petroni- INEI/ AAM2008

Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas...

i) Se une a proteína S12 enla subunidad 30S delribosoma

ii) Bloquea la formación delcomplejo de iniciación

iii) Produce lectura erróneadel mensaje: proteínadefectuosa

iv) El resultado final es lamuerte de la bacteria, sonbactericidas

Actúan sobre subunidad 30S...

Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas...

Aminoglicósidos: Mecanismo de Acción

Resistencia a aminoglucósidos

• Captación reducida del antibiótico

• Alteración en la permeabilidad (cromosómico)

• Alteración en la captación (anaerobiosis)

• Alteraciones en el blanco molecular

• Mutacional cromosomal: - rRNA 16S, proteínas ribosomales

Mycobacterium spp.

• En el caso de la estreptomicina la resistencia se debe a una

mutación en el gen str A que codifica la proteína S12 de la

unidad 30S.

• Inactivación enzimática: Estas enzimas se encuentran en la

membrana citoplasmática

Enzimas modificadoras de

aminoglucósidosEnzimas citoplasmáticas:

fosfotransferasas (APH),

acetiltransferasas (AAC),

adeniltransferasas (ANT)

En plásmidos, integrones, transposones

Expresión constitutiva

Muchas gracias por

su atención…!!