Bloc 5: Creixement poblacional dels bacteris (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2017
Páginas 19
Fecha de subida 12/09/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 BLOC 5: CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS Es parla del número de bacteris que creix, no del creixement en sí d’un bacteri de forma individual.
COM CREIX EL BACTERI? Creixen per divisió binària, divisió d’una cèl·lula que en dóna dos d’idèntiques. El creixement poblacional a partir d’una sola cèl·lula és exponencial: al principi el creixement és molt lent i es dóna un augment molt suau, però arribats a un determinat moment en tindrem un gran número.
Si volem conèixer dades de la reproducció, com el número de bacteris que tindrem en un determinat moment o el temps que triguen en reproduir-se, utilitzarem una gràfica semi-logarítmica.
Així obtindrem una recta on podrem mesurar la pendent i on les dades són més visuals.
 Com calculem aquestes dades? (nº de bacteris en x hores, temps que triguen en reproduir-se) Al llarg del temps podem expressar el creixement com una successió geomètrica en base 2. D’aquesta manera podem representar-ho amb: N = N 0 + 2n On N és el nombre de bacteris que hi ha en un cultiu en un moment determinat.
Temps de generació: temps necessari perquè es dupliqui un bacteri. Es calcula amb el temps dividit pel nombre de cèl·lules que hi ha en aquell moment.
CARACTERISTIQUES DEL CREIXEMENT POBLACIONAL Imaginem una població que creix en un cultiu monofàsic, és a dir, no es canvien mai les condicions ambientals ni de reproducció. Veurem que la població sempre segueix les mateixes pautes de creixement: 1) Fase de latència: creixement lent. Les cèl·lules no es divideixen activament, sinó que s’adapten al medi. D’aquí que el creixement sigui molt suau. El temps que duri aquesta fase depèn de dos factors: o Tipus de bacteri o Medi de cultiu. Si passem el bacteri d’un medi pobre a un medi ric en nutrients, la fase serà més curta que si el passem d’un medi ric a un medi pobre. De la mateixa manera, un bacteri jove trigarà menys en adaptar-se que un bacteri més vell.
2) Fase exponencial: correspon a la pendent de la taula semi-logarítmica. Les cèl·lules es divideixen activament, necessiten la síntesi de paret i la transformació. En aquesta fase els bacteris competeixen pels recursos ja que poden transformar-se per DNA lliure. En un moment donat, aquesta fase acaba perquè al no canviar el medi de cultiu els nutrients s’acaben esgotant, i a més els bacteris alliberen productes tòxics que poden modificar negativament les condicions del medi (augment de pH...). La població no es continua dividint activament.
Carolina Parrilla Fernandez 31 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 3) Fase estacionària: alguns bacteris es divideixen i d’altres no. No hi ha un augment del nombre de bacteris.
Aquesta fase pot durar molt de temps, i alguns bacteris poden arribar a la fase de mort, o bé poden esporular per buscar altres medis més favorables.
Això no té lloc si no es treballa en un quimiòstat. És equip amb el que podem controlar el medi de cultiu que entra i el medi de cultiu que surt. Sempre tindrem un medi de cultiu fresc i un flux que surt del medi antic amb els productes tòxics. Així sempre tenim un medi fresc per mantenir indefinidament la fase estacionària, ocorre en industria o en el nostre intestí. El nostre intestí aporta contínuament nutrients i produeix contínuament substàncies fecals, per la qual cosa els bacteris podrien estar sempre dividint-se.
MESURA DEL CREIXEMENT MICROBIÀ Podem mesurar el creixement microbià, fer el comptatge total del nombre de bacteris. Aquesta habilitat ens permet conèixer diversos factors que afecten el creixement d’un determinat microorganisme.
Seguint la mecànica clàssica, extrapolem el nombre amb unes plaquetes especials anomenades homicitòmetre o càmera de Petroff-Hauser. Aquestes plaquetes dibuixen una gràfica que ens ajuda a extrapolar els valors d’unes mostres conegudes a quantitats o mostres desconegudes. Els principals inconvenients son que no podem diferenciar els bacteris vius o morts, i sempre s’ha de seguir el mateix criteri (ho ha de fer la mateixa persona).
Hi ha d’altres mecanismes que ens permeten conèixer l’estat vital d’un bacteri. Per exemple, el mètode d’extensió en placa amb el qual a través d’un medi de cultiu ja preparat, hi apliquem una mostra molt petita i la dispersem sempre en condicions estèrils. Ho incubem unes 12 h i al dia següent observarem colònies, cadascuna d’elles conté milers i milers de bacteris. Cada colònia prové d’un únic bacteri. Si el bacteri és viu crearà una colònia, en canvi no és mort és incapaç de reproduir-se.
Carolina Parrilla Fernandez 32 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 Trobem també el mètode d’abocament en placa. El medi de cultiu es fa amb agar. Abans que es solidifiqui, però sense que estigui prou calent com per matar els bacteris. Ho incubem i observem les colònies a la superfície i entre el medi.
Per no equivocar-se fent el recompte, diluïm la mostra. Diluïm 1 mL de la mostra en un medi estèril amb 9 mL. 1 mL d’aquesta nova solució el passem a un altre tub d’assaig amb 9 mL de la solució neutra estèril. Això ho repetim tantes vegades com vulguem. Cada vegada que ho fem, la concentració de bacteris es redueix deu vegades.
Si comptem a partir de 4t tub, basant-nos en el dibuix, multiplicaríem el nº de colònies per 104. Es consideren estadísticament significatius i vàlids els valors entre 30 i 300 colònies.
BIOMASSA BACTERIANA En el laboratori es determina la biomassa bacteriana, es mesura la densitat òptica a partir de medis líquids. És una via molt més ràpida.
Es mesura la turbidesa, la qual augmenta amb el nombre de bacteris i amb la biomassa. Ho fem a través d’una prova coneguda com turbidometria a partir dels espectrofotòmetres, els quals utilitzen un focus de llum que capten les longituds d’ona de la llum que ens interessi. Fem incidir aquesta llum del focus (normalment en forma de prisma) pel medi de cultiu. Els rajos que es dispersen al col·lidir amb els bacteris no assoliran la cèl·lula receptora. En canvi, els que travessen el medi seran detectats pel receptor.
El fet de mesurar la biomassa és un sinònim de mesurar partícules. A alts nivells de biomassa, el valor real que mesurem resulta inferior al valor teòric. Per tant, a unes densitats òptiques elevades hem de dissoldre la mostra de la forma que hem explicat abans.
FACTORS QUE INFLUEIXEN EN EL CREIXEMENT BACTERIÀ Hi ha diversos factors que influeixen en el creixement bacterià. D’entre ells destaquem els següents:     Temperatura pH Salinitat Oxigen Temperatura És un factor físic molt important, donat que és el que té un efecte més sever.
Observem tres punts crítics:  T mínima: temperatura sota de la qual un microorganisme ja no pot créixer. Depèn del microorganisme.
La gelificació de la membrana i la pèrdua de fluïdesa d’aquesta comporta que no sigui permeable als nutrients i altres compostos necessaris per al bacteri. Això fa que el creixement sigui a una velocitat mínima.
Carolina Parrilla Fernandez 33 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5   T òptima: a partir de la temperatura mínima, conforme aquesta va augmentant augmenta també la velocitat de creixement. El punt màxim de creixement és la temperatura òptima. És més propera a la temperatura màxima que a la mínima.
T màxima: temperatura a partir de la qual el microorganisme no pot viure. Sobretot es dóna la desnaturalització del DNA i de les proteïnes. A més a més, hi ha un col·lapse de membrana per un augment massa exagerat de la fluïdesa de la membrana.
Trobem diferents tipus de microorganismes en funció de la seva relació amb la temperatura:      Psicròfils: per sota dels 4 ºC, creixen en ambients freds.
 Polaromonas vacuolata Mesòfils: al voltant dels 37 ºC, la majoria de patògens  Escherichia coli Termòfils: a 60 ºC, viuen en deserts, rius d’aigua calenta o prop de calderes i focus elèctrics  Bacillus stearothermophilus Hipertermòfils: a 88 ºC, viuen en volcans, guèisers...
 Thermococcus ceter Hipertermòfils extrems: fins a 106 ºC. En volcans, guèisers...
 Pyrolobus fumani Algunes de les adaptacions que presenten aquests bacteris es basen en variar els àcids grassos. Quan la temperatura és molt alta augmenten els àcids grassos saturats, que afavoreixen la gelificació. En canvi, en temperatures baixes augmenten els àcids grassos insaturats que afavoreixen la fluïdesa.
Avui en dia no es coneix massa l’adaptació que tenen les proteïnes a la temperatura.
pH Generalment els microorganismes són neutròfils, amb un pH entre 5 i 9, tot i que també n’hi ha d’acidòfils i basòfils que es mouen en valors extrems de pH. Els canvis normals, poc accentuats de pH no maten l’organisme, sinó que n’alteren el creixement.
Salinitat En funció de la tolerància dels bacteris a la sal en trobarem diversos tipus.
Els no halòfils, com Escherichia coli, tenen una baixa tolerància per la sal. Els halotolerants, tot i créixer millor en medis pobres en sal, poden tolerar-ne determinades concentracions (Staphylococcus aureus). Els halòfits creixen millor en medis rics en sal (Vibio fischeri). Finalment, els halòfils extrems no poden créixer si no hi ha una mínima concentració de sal al medi (Halobacterium salinarum).
Generalment els halòfits tenen bombes de Na+, Ca2+ o cations per augmentar l’osmolaritat del bacteri i compensar la concentració de sal a nivell extracel·lular. A més, els enzims de la cèl·lula hi estan adaptats.
Molts d’ells són capaços de sintetitzar uns soluts específics que els ajudarà a augmentar l’osmolaritat interna per evitar la pèrdua d’aigua. Aquests soluts els anomenem compatibles, no interfereixen en cap reacció metabòlica, nomes participen en l’augment de l’osmolaritat. El fet que un microorganisme sigui capaç de sintetitzar aquests soluts ve determinat per la seva informació genètica. Tenim soluts compatibles de tipus aminoàcid, carbohidrat (sucrosa i trealosa), alcohol (glicerol) entre altres.
Carolina Parrilla Fernandez 34 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 AGENTS ANTIMICROBIANS És important tenir clars els següents conceptes: - Esterilització: destrucció o eliminació física de tota forma de vida, incloent cèl·lules, espores, virus, etc.
Desinfecció: destrucció o eliminació dels microorganismes que poden causar una malaltia. Normalment implica la reducció significativa de la població microbiana total Desinfectant: agent, normalment una molècula química, capaç de desinfectar i que s’acostuma a utilitzar sobre objectes inanimats Antisèptic: agent químic que s’aplica a l’organisme per tal de prevenir o eliminar una infecció microbiana.
Solen ser d’ús tòpic, es pot aplicar directament sobre la pell. Ha de ser capaç de matar o inhibir el microorganisme patogen Podem diferenciar dos tipus d’agents microbians: els microbiostàtics, inhibeixen el creixement dels microorganismes (bacteriostàtics, fungistàtics, alguistàtics), i els microbicides, que maten els microorganismes.
Per què un agent antimicrobià sigui òptim, tant si és químic o físic, hem de tenir en compte diversos aspectes:  En relació al germen: Si el tamany de la població és molt gran costarà més eliminar tots els bacteris. També hi influeix l’estat de la població, el tipus de microorganisme i el seu estat fisiològic. Els més resistents, en ordre, són: espores, microbacteris, gramnegatius (ajudats per la seva cobertura externa), fongs, virus (sense envolta), grampositius i virus amb cobertura.
L’estat fisiològic és també molt important: un cultiu en creixement és molt més sensible que un cultiu estacionari. Això es déu a que durant el creixement de la paret bacteriana perd estabilitat, però quan no hi ha creixement la paret bacteriana és estable.
 En relació a l’agent: Hem de tenir en compte la concentració que requerim de l’agent antimicrobià i la intensitat d’aquest. A més a més, hem de mesurar el temps (durada de l’exposició).
 En relació a l’entorn: La temperatura del medi, com ja hem vist, influeix en el creixement dels microorganismes, i alhora també influeix sobre l’acció de l’agent antimicrobià. Generalment, en funció del punt d’estabilitat de l’agent, qualsevol agent antimicrobià a temperatures una mica més elevades tenen un millor efecte.
També hem de considerar l’ambient que envolta el microorganisme. Pot haver matèria orgànica al seu voltant, la qual té un efecte protector. Així mateix, també té un cert efecte el pH.
Agents físics Un agent físic important és la temperatura, el control del creixement bacterià per calor. Hi ha dos tipus de mort per calor:  Calor humit: provoca la coagulació de les proteïnes, és molt més eficient. L’instrument utilitzat és un autoclau (121 ºC a 20’ per esterilització total).
L’autoclau és com una olla exprés. Subministrem aigua a través d’una vàlvula i, una vegada tancada la càmera hermèticament, comencem a augmentar la temperatura. Als 100 ºC s’evapora l’aigua i va augmentant la pressió de la cambra i la temperatura. Al cap de 20’, i un cop haguem reduït la pressió, podrem obrir l’autoclau.
El material que hi haurem dipositat estarà esterilitzat.
 Calor sec: provoca l’oxidació d’algun dels seus components. Emprem el forn Pasteur, 180 ºC a 2h per una total esterilització.
La viabilitat del bacteri es veu reduïda en funció del temps davant de tractament a altes temperatures.
Carolina Parrilla Fernandez 35 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 Entenem com a temps de reducció decidual el temps necessari per reduir la viabilitat de la població bacteriana en un 90% a una determinada temperatura. És una via per mesurar l’eficiència de la temperatura com agent esterilitzador.
Les espores bacterianes són les formes vives més resistents al calor.
Un altre agent físic important són les radiacions. Com a efecte, provoquen la formació de dímers de timina, tot i que els bacteris tenen mecanismes per revertir la formació d’aquests. Arriba un punt que la velocitat de formació d’aquests complexos és major a la velocitat de reparació.
La viabilitat dels bacteris irradiats es redueix exponencialment en funció de la dosi de radiació. Les càmeres de flux laminar emeten un flux d’aire invers que passen per uns filtres, que anomenem EPA. Abans d’iniciar el funcionament de la màquina, engeguem els UV (radiacions ultraviolades) que esterilitzen tot l’entorn de treball.
Una manera d’esterilitzar una solució és mitjançant filtració, tot i que només podem fer-ho si el medi de cultiu és líquid.
L’esterilització per calor (humida i seca), per radiacions i per filtració són els tres mètodes més emprats en laboratori per destruir tota forma de vida.
Agents químics Parlarem d’aquells agents químics que funcionen com desinfectants i/o antisèptics. Es caracteritzen per:      Capacitat d’actuar sobre un ampli espectre de microorganismes Solubilitat en aigua o altres dissolvents Estabilitat en el temps No són tòxics en persones Activitat antimicrobiana la temperatura de l’organisme Trobem dos tipus diferents en funció de la seva primera diana: els que afecten l’estructura de les membranes biològiques, i els que afecten l’estructura de les proteïnes.
1) Els que afecten les proteïnes, les modifiquen covalentment per oxidació d’uns grups sensibles 2) Els que afecten l’estructura de membrana destrueixen la disposició ordenada de fosfolípids i lipoproteïnes de manera que destrueix la integritat cel·lular, i els components surten fora Els que afecten l’estructura de les membranes lipídiques desestabilitzen l’estructura lipídica, ja que faltarà la integritat cel·lular que ha de tenir la membrana i provocarà la mort del bacteri. Els més importants són:     Detergents: com els sabons, els quals són tensoactius, és a dir, emulsionen els àcids grassos que es troben a la membrana. Els principals són els compostos d’amoni quaternari. Es tracta d’un amoni carregat positivament unit a una cadena anafilàctica. Aquests compostos no poden matar ni endospores ni micobacteris, de maneraq que no esterilitzen. S’utilitzen per desinfectar les mans i algunes superfícies.
Alcohols de cadena curta: com l’etanol o l’isopropanol. Són molt volàtils, cosa que suposa un desavantatge perquè no perduren en el temps. S’utilitzen com desinfectants i per dissoldre’s amb altres components.
Desinfecten instruments petits i sensibles.
Fenols: el fenol va ser el primer desinfectant utilitzat en quiròfans, tot i que ja no es fa servir perquè és tòxic.
El fenol és molt actiu quan el microorganisme està en contacte amb matèria orgànica. Avui en dia es fa servir tricresol, que és una combinació entre metacresol, paracresol i ortocresol. Aquesta combinació no és tan tòxica com el fenol. S’utilitza com desinfectant de superfícies. L’hexaclorofè és un derivat del fenol amb grups halògens, no és tan irritant i perdura en el temps.
Biguanides: com la cloroaxidina. Es fa servir com antisèptic bucal.
Carolina Parrilla Fernandez 36 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 En quant als que afecten les proteïnes, trobem:      Compostos halògens: tintura de iode i iodòfors. Són desinfectants. El iodòfor és una combinació amb el detergent, clor. Té propietats de potabilitzar aigua. El clor en solució aquosa forma l’àcid hipoclorós que s’emprava en els ferits de guerra per desinfectar.
Metalls pesats (Hg, Au, Cu): el mercuri ja no és útil a causa de la seva alta toxicitat. La plata s’utilitza en forma de nitrat de plata que serveix per prevenir la gonorrea oftàlmica, és un desinfectant. El sulfat de coure actua com un alquicida.
Aldehids: com el formaldehid o el glutaraldehid. Són tòxics i molt irritants per les mucoses i els ulls. Són desinfectants. El glutaraldehid depèn del pH i s’empra al 37% en solució aquosa.
Gasos esterilitzants (òxid d’etilè, beta-propiolactona): beta-propiolactona i òxid d’etilè. Aquest últim és un gas que a temperatures baixes pot ser líquid. Té un poder molt penetrant i és capaç d’esterilitzar objectes sensibles al vapor d’aigua. Tot i això, és un gas molt inflamable i es combina amb un 10-20% de CO2 per evitarho.
Peròxid d’hidrogen RESISTÈNCIA DELS MICROORGANSMES A AGENTS QUÍMICS Poden ser resistències intrínseques, degudes a una propietat innata de l’organisme, o resistències adquirides, codificades per plasmidis o mutacions.
Resistències intrínseques 1) Presència d’una cobertura que evita l’entrada de l’antigen, com: - Endospores Gramnegatius Pseudomones halògenes, tenen canals tan estrets que dificulten l’entrada als agents químics 2) Formació de biofilms sobre superfícies. Els biofilms són agrupacions de bacteris del mateix tipus o de tipus diferents que formen una mena de mucosa que els protegeix d’agents químics, fent-los difícils de destruir.
Resistències adquirides 1) Reducció d’ions Hg2+ a Hg metàl·lic, que es volatilitza en el medi. També pot passar amb Cd, Ni, Co, tot i que no està demostrat en el cas dels compostos de Ag. De vegades el plasmidi es troba en gens que codifiquen per alguna proteïna que fa que els metalls es redueixin a metalls metàl·lics, que es volatilitzen en el medi i deixen de ser actius contra els bacteris.
2) Síntesi de bombes d’extrusió. Són unes proteïnes que tenen la capacitat de fer sortir allò que ha entrat, sense que pugui realitzar una activitat antimicrobiana. Per exemple, els compostos d’amoni quaternari en Staphylococcus aureus.
AGENTS QUIMIOTERÀPICS Són substàncies físiques inhibidores del creixement de microorganismes infecciosos. Així doncs, són capaces de lluitar contra microorganismes causants de malalties infeccioses i malalties per proliferació de cèl·lules malignes.
Poden ser de dos tipus:  Sintètics  Naturals: són els antibiòtics. Són uns altres organismes que secreten molècules quimioteràpiques. Alguns són semisintètics perquè tenen algunes modificacions en el laboratori per optimitzar la seva activitat.
Carolina Parrilla Fernandez 37 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 ¿Quins organismes produeixen antibiòtics? Únicament menys d’un 10% tenen utilitat química:  Estreptomicets  Fongs filamentosos (Penicillium, Aspergillus, Cephalosporium)  Bacils Han de complir una sèrie de característiques:  Toxicitat selectiva: atura el creixement del microorganisme infecciós però no danya el pacient. Aquest és fàcil de torbar quan l’agent infecciós és un bacteri, però serà més difícil trobar un agent quimioteràpic que actuï contra fongs o virus.
 Han d’arribar al lloc d’infecció amb la suficient activitat com per matar o aturar el creixement del microorganisme infecciós. Molt sovint es proven antibiòtics contra un bacteri específic i resulta que són molt bons en laboratori, però in vivo no aturen bé la infecció i per tant no seran bons antibiòtics.
 No alterar el sistema natural de defensa del pacient. Síntesi d’anticossos, de limfòcits, etc.
 S’ha d’injectar o ingerir Existeixen diversos grups de quimioteràpics segons el blanc d’acció de l’agent: Les dianes dels agents quimioteràpics poden ser:  Síntesi de la paret cel·lular  Metabolisme de l’àcid fòlic  DNA-dirigit RNA polimerasa. Síntesi de proteïnes (inhibidors de 50S) Carolina Parrilla Fernandez 38 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5     Síntesi de proteïnes (inhibidors de 30S) Síntesi de proteïnes (ARNt) Elongació del DNA DNA girasa Espectre d’acció Inclou tot el conjunt de microorganismes afectats per l’activitat antimicrobiana d’un mateix agent quimioteràpic.
Trobarem alguns agents de gran espectre, i d’altres amb menors espectres. En general, els de major espectre són millors antibiòtics.
La tetraciclina és un agent quimioteràpic d’ampli espectre perquè és efectiu contra tots els grampositius, els paràsits obligats i part dels gramnegatius. Pel contrari, la isoniazida és de menor espectre perquè només és útil contra part dels micobacteris.
Quantificació de l’acció quimioteràpica Aquests assajos es duen a terme in vitro. Pot passar que un agent quimioteràpic que sigui efectiu in vitro no ho sigui in vivo i viceversa. Existeixen dos mètodes de quantificació: 1) Quantificació mínima inhibitòria Aquest experiment es realitza amb l’objectiu d’estudiar la concentració mínima d’agent quimioteràpic necessària per aturar el creixement d’un microorganisme infecciós a una concentració determinada.
S’empren una sèrie de tubs estèrils amb components necessaris pel creixement d’un organisme infecciós, i inoculem la mateixa proporció d’agent infecciós a cada tub.
Incubem a la temperatura adequada i quan observem turbidesa tindrem creixement del microorganisme. A cada tub ficarem una concentració de major a menor d’agent quimioteràpic.
El dia següent observem els tubs, i veurem que per alguna concentració d’agent quimioteràpic el microorganisme infecciós no estarà afectat. La concentració mínima inhibitòria és la concentració mínima d’agent quimioteràpic necessària per què no hi hagi creixement del microorganisme.
Carolina Parrilla Fernandez 39 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 2) Antibiograma: mètode de difusió en agar o de Kirby-Bauer Serveix per veure com afecten diversos agents quimioteràpics a un microorganisme concret. Ens permet estudiar diversos agents quimioteràpics alhora.
Farem servir unes plaques de Mueller Hinton (permeten gran difusió de l’agent quimioteràpic pel medi). Depenent de l’halo hi haurà més o menys sensibilitat.
Prenem una placa de cultiu i inoculem el microorganisme, de manera que tota la superfície quedi impregnada. Després afegim l’agent quimioteràpic i incubem la mostra durant un dia.
El dia següent observem un halo d’inhibició que presenta un gradient de concentració, com més sensible més gran serà l’halo i viceversa.
Efectes dels agents quimioteràpics sobre el creixement Recordem que un agent quimioteràpic pot ser:    Bacteriostàtics: inhibeix el creixement però no mata el bacteri Bactericida: mata el bacteri però aquest manté la seva estructura Bacteriolític: mata el bacteri i el lisa Com podem saber quin efecte té un agent quimioteràpic? Farem un experiment on mesurem el número de cèl·lules totals i el número de cèl·lules viables.
En aquesta gràfica tenim el logaritme del creixement cel·lular (y) en funció del temps (x). Volem estudiar quin efecte produeix un agent quimioteràpic.
 BACTERIÒSTATIC En un moment determinat, afegim l’agent quimioteràpic i ja no hi haurà un augment de cèl·lules. Si comptem el número de cèl·lules veurem un comportament paral·lel. Podríem considerar que hi ha una aturada del creixement però no estem matant la cèl·lula.
 BACTERICIDA En la mateixa població mesurem el número total de cèl·lules per reflectir-ho amb el número de cèl·lules viables. Quan afegim l’agent quimioteràpic, s’atura el creixement i hi ha un descens del número de cèl·lules viables, hi ha una pendent de descens. D’aquesta manera tindrem un comportament no paral·lel que ens indica que el microorganisme s’està morint però manté la seva estructura.
 BACTERIOLÍTIC Observem un descens tant en la proliferació cel·lular com en la variabilitat, les cèl·lules s’estan morint i s’estan lisant.
Carolina Parrilla Fernandez 40 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 Interacció entre agents quimioteràpics Poden establir 2 tipus de relacions:   Sinergisme: la suma dels efectes de dos agents quimioteràpics és més gran que l’efecte individual en cadascun d’ells. A la primera imatge podem veure l’acció de dos gents, sulfonamida i trimetoprim. Fem créixer aquests dos agents en un medi amb microorganisme. Al dia següent, observem que hi ha un halo de divisió en cadascuna, però on interaccionen ambdós es sumen els halos d’inhibició.
Antagonisme: l’efecte individual de cada agent fa reduir l’efecte de la suma. Quan s’administren agents quimioteràpics tindrem un efecte oposat al sinergisme. En la imatge veiem l’exemple de nitrofurantoïna i àcid nalidíxic.
Agents quimioteràpics sintètics Trobem de 3 tipus: anàlegs de factors de creixement, anàlegs sintètics i quinolones.
 Anàlegs de factors de creixement 1) Sulfonamides. Són competidors, inhibeixen la via. Intervenen en la via de l’àcid fòlic. És un anàleg de l’àcid paraminobenzoic, que és un precursor per sintetitzar àcid tetrahidrofòlic. És un coenzim essencial per bacteris com per microorganismes ja que realitza funcions de metilació importants per la síntesi de purines i pirimidines. Així doncs, les sulfonamides són essencials tant per l’humà com pel bacteri.
La seva toxicitat selectiva es basa en que els humans han perdut aquestes sintetases (dihidropteroat sintetasa i dihidrofolat sintetasa) que sí estan presents en el bacteri. Per tant, l’àcid fòlic no es sintetitza perquè s’obté de la dieta.
 Les sintetases confondran la sulfonamida amb les l’àcid paraminobenzoic i competiran contra aquests dos. Així doncs la reacció es detindrà.
Per què els bacteris no utilitzen l’àcid dihidrofòlic incorporat dels humans? Perquè no tenen la permeasa per transportar-lo al seu interior.
2) Trimetroprim. És un anàleg de l’àcid dihidrofòlic, i afecta la mateixa via que les sulfonamides.
 S’uneix a la hidrofolat reductasa, responsable de la conversió de l’àcid didrofòlic en tetrahidrofòlic. Aquest enzim el tenim en el nostre organisme, per tant: On radica la toxicitat selectiva? El tirmetoprim té uns 50 000 cops més afinitat per la reductasa dels bacteris que a la dels humans.
Aquests dos compostos són sinèrgics. El fet d’utilitzar-los és molt beneficiari degut a aquesta acció sinèrgica entre ambdós. Tenen dos dianes d’acció diferent en una mateixa via metabòlica.
D’altra banda, es fan servir alhora també perquè les sulfonamides creen resistències, ja que alguns microorganismes infecciosos estan començant a incorporar l’àcid tetrahidrofòlic de la dieta dels humans.
Carolina Parrilla Fernandez 41 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5  Anàlegs sintètics com antituberculosos 1) PAS. És una sulfonamida anomenada àcid p-amino-salicílic. És un anàleg de l’àcid paraminobenzoic. Es combina amb isoniacida, i és important pel seu ús com a antituberculós.
2) Isoniacida. És un anàleg el factor de creixement nicotinamida (vitamina B3). És molt eficient perquè inhibeix l’acció de la síntesis d’àcids micòlics (Micobacterium tuberculosum, bacteri envoltat d’àcids glicòlics). Té un espectre d’acció molt reduït.
Tot i això, existeix l’inconvenient que els bacteris estan desenvolupant resistències, per la qual cosa s’ha de combinar amb ripamficina.
 Quinolones Inhibeixen la DNA girasa. Aquest enzim té una funció molt important en el superenrotllament del DNA cromosòmic bacterià. El fet de inactivar-lo permet el bloqueig de la divisió cel·lular bacteriana. Presenten un anell 4-quinolona.
Entre les quinolones més importants, trobem: 1) Àcid nalixídic. Combat infeccions de gramnegatius en el tracte urinari, pot provocar efectes secundaris.
2) Ciprofloxacina. Presenta un ampli espectre d’acció. És menys tòxica i s’utilitza per combatre Bacillus Anthracis, el carbunc o àntrax dolent.
FACTORS QUIMIOTERÀPIC SINTÈTICS Anàlegs de FC Sulfonamida (resistència) Trimetroprim Antituberculosos PAS Isoniacida (resistència) Quinolones Àcid nalixídic (efectes secundaris) Ciprofloxacina (menys tòxica) DIANA Metabolisme àcid fòlic Metabolisme àcid fòlic Metabolisme àcid fòlic Síntesi àcid micòlic DNA girasa DNA girasa Agents quimioteràpics naturals: antibiòtics  Família dels β-lactàmics Presenten un anell β-lactàmic i un anell tiazòlic. Es classifiquen segons la variació d’aquest anell.
Són compostos que són poc tòxics per l’hoste i que tenen un ampli espectre d’acció. Els més importants són: - Penicil·lines Cefalosporines Cephamycines Carbapenemes Monobactatams La majoria d’antibiòtics actuals presenten penicil·lines i cefalosporines. Si les comparem, les cefalosporines són millors, ja que tenen un major espectre d’acció, són resistents a les β-lactamases i presenten un anell de dihidrotiacina.
· Β-lactamases: són enzims que poden trencar l’anell β-lactàmic, inhibint l’acció de l’antibiòtic.
· Bencil-penicil·lina o penicil·lina G: és la primera penicil·lina que es va descobrir. El seu espectre d’acció només inclou bacteris grampositius. A partir d’aquesta penicil·lina es creen antibiòtics semisintètics. S’agafen uns grups químics per modificar-la i optimitzar el seu ús: Carolina Parrilla Fernandez 42 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5   Afegir grups –NH2: per amplificar el seu espectre d’acció i atacar els bacteris gramnegatius. Aquest grup fa que s’internalitzi millor a l’estructura d’aquests bacteris. Alguns exemples són la amplicina i l’amoxicilina.
Fer-la resistent a β-lactamasa: com és el cas de l’oxalacina la meticilcina.
 Antibiòtics inhibidors de la paret cel·lular No tots els antibiòtics actuen en la paret, per sí que tenen com diana la seva síntesi. Aquests seran: - Cicloserina Bacitracina Vancomicina Β-lactàmics Un antibiòtic que inhibeix la síntesi de la paret bacteriana presenta les següents característiques:  Provoca la mort del bacteri  És eficient quan la cèl·lula s’està dividint, ja que quan està en repòs no es sintetitza paret  La diana d’acció és la paret cel·lular, serà molt laxa La síntesi de la paret bacteriana té lloc al citoplasma i a la membrana, no té tot lloc a la paret.
Carolina Parrilla Fernandez 43 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 1) Acció de la cicloserina. Actua en moments molt inicials del procés, durant la formació de la cadena tetrapeptídica i la síntesi de D-Alanina. Per utilitzar-la cal sintetitzar-la a partir de L-Alanina, per tant la cicloserina actua de manera que impedeix la isomerització de L-Alanina a D-Alanina. L’inconvenient és que és un compost molt tòxic, i no pot ser emprat clínicament.
2) Acció de la bacitracina. El bactoprenol necessita energia. La bacitracina impedeix la desfosforilació del bactoprenol quan s’està fosforilant, de manera que no pot agafar la següent subunitat del citoplasma cap a la paret. Es fa servir en ferides cutànies i infeccions només, ja que és força tòxica.
3) Vancomicina. Actua només en bacteris gramnegatius i en casos d’al·lèrgia als β-lactàmics. S’uneix al dímer D-Alanina – D-Alanina evitant la transpeptidació. No s’uneix a l’enzim, sinó que s’uneix al substrat i no deixa que la transpeptidasa el reconegui. Inhibeix la cadena tetrapèptica fent que les membranes siguin més laxes.
4) Penicil·lina. Imita la D-Alanina – D-Alanina i s’uneix a la transpeptidasa, inhibint-la. Les autolisines fan que la paret es torni laxa.
 Antibiòtics inhibidors de la síntesi proteica Bloquegem el creixement del microorganisme, però no el maten a excepció dels aminoglicosídics. Si es retira l’agent, podran tornar a sintetitzar proteïnes, de manera que la seva acció és reversible (són bacteriostàtics).
1) Aminoglicosídics: són aminosucres units per un enllaç glicosídics. Característiques:  Ampli espectre d’acció.
 Estructura polar: desorganitza la membrana i la destrueix. Això els fa bactericides i no bacteriostàtics. Quan entren en el microorganisme, trenquen les membranes provocant-ne la lisi.
 Si combinen un aminoglucosídic amb un β-lactàmic tindrem efectes devastadors en gramnegatius, ja que la membrana rebentarà del tot.
L’aminoglucosídic ajuda el β-lactàmic a entrar en la membrana (efecte sinèrgic)  No s’internalitzen per via oral, sinó que s’internalitzen per via parenteral (endovenosa).
 No travessen la membrana mitocondrial, per tant no afecten els ribosomes humans.
 Només afecten la subunitat 30S del ribosoma bacterià  Són de 2a elecció degut als efectes secundaris que provoquen Són els següents:       Gentamicina Tobramicina Kanamicina Amikacina Neomicina Estreptomicina (antituberculós) Carolina Parrilla Fernandez 44 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 2) Tetraciclines: té una estructura de sistema d’anells naftacens, i depèn del grup radical (R). Característiques:     Inhibidores dels ribosomes en fase d’elongació Ampli espectre d’acció Bona difusió membranosa Emprat contra bacteris intracel·lulars parasitaris com Brucella, Legionella o Riquetsias.
Depenent de l’anell tindrem diferents variants: o o o o Clorotetraciclina (clor en R5) Oxitetraciclina Doxyciclina Minociclina 3) Cloramfenicol. Diverses accions:     Inhibeix l’elongació de les cadenes polipeptídiques. Ho fa de forma diferent que la tetraciclina.
Té efectes tòxics perquè pot travessar la membrana mitocondrial (70S) Actua sobre la subunitat 50S Té un ampli espectre d’acció 4) Macròlids. Formats per un anell de lactona sense nitrogen unit a un o dos anells d’aminosucres. Característiques:      Ampli espectre d’acció. Actua contra bacteris grampositius i alguns gramnegatius.
Inhibeix l’inici de la síntesi de la cadena polipeptídica Emprat com alternativa a β-lactàmics en casos d’al·lèrgia (ex: vancomicina) Interfereix amb la subunitat 50S del ribosoma Emprat contra la legionel·losi (Legionel·la) Entre ells, alguns exemples: o o o o Eritromicina Roxitromicina Azitromicina Claritromicina Carolina Parrilla Fernandez 45 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5  Antibiòtics que actuen sobre la membrana Aquests són bactericides actius en microorganismes que no s’estan dividint. Són força tòxics: l’estructura dels microorganismes que maten és similar a la de les cèl·lules humanes.
1) Polimixines. Tenen una estructura formada per pèptids cíclics units a àcids grassos.
Lletres Z, Y, X: vol dir que presenta variabilitat en funció del que sigui cadascuna d’aquestes lletres.
El fet que siguin pèptids amb àcids grassos intercalats els confereix caràcter hidrofílic/hidrofòbic. Això els permet interaccionar amb els fosfolípids de membrana, desorganitzant-les.
També presenten caràcter nefrotòxic. Així doncs, només s’utilitzen contra infeccions bacterianes tòpiques.
2) Poliens. Actuen unint-se als esteroides de membrana. Són efectius contra fongs, no contra bacteris (excepte micoplasma). En tenim 2:   Nistatina: és tòxica, per això només és d’ús tòpic. És activa contra fongs i llevats (infeccions bucals per Càndida).
Anfotericina B: emprada contra infeccions fúngiques sistèmiques. Es produeixen quan el fong arriba al torrent sanguini i a partir d’aquí pot colonitzar la resta de l’organisme. Nogensmenys, té efectes tòxics: importants pèrdues de potassi, hipocalcèmia i toxicitat renal.
 Antibiòtics que afecten els àcids nucleics No presenten toxicitat selectiva i s’utilitzen per lluitar contra cèl·lules tumorals, ja que aquestes presenten una elevada síntesi de DNA i RNA respecte les cèl·lules normals.
1) Antibiòtics que alteren l’estructura del DNA. En tenim dos diferents:   Mitomicina C: s’uneix covalentment a les dues cadenes del DNA i impedeix la seva replicació.
Bleomicina: produeix el trencament de les dues cadenes de DNA.
2) Antibiòtics que inhibeixen la síntesi de DNA. Són les rifamicines (rifampcicines): interacciona amb les RNA polimerases bacterianes, però no amb les eucariòtiques.
     Inhibeix l’inici de transcripció del mRNA bacterià.
Emprat en infeccions per bacteris grampositius.
Té un estret espectre d’acció.
Toxicitat selectiva Antituberculós, es combina amb isoniazida Carolina Parrilla Fernandez 46 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 MECANISMES DE RESISTÈNCIA ALS ANTIBIÒTICS I IMPLICACIONS CLÍNIQUES Per començar, els microorganismes poden adquirir resistències fenotípiques o genotípiques:  Resistència fenotípica: es dóna puntualment en determinades condicions.
o Bacteris en repòs: si el bacteri no s’està dividint serà resistent a aquells agents que actuen sobre la paret, com els β-lactàmics.
o Bacteris de l’organisme hoste: segons on es localitzi la infecció del microorganisme, els agents quimioteràpics podran arribar amb més o menys eficàcia.
 Resistència genotípica: forma part de les característiques de l’organisme o Resistència intrínseca: característiques estructurals  Manca del blanc d’acció. Per exemple, un microorganisme que no tingui paret, com el micoplasma, serà resistent als β-lactàmics.
 L’antibiòtic no pot penetrar en el microorganisme. Els aminoglucosídics no poden interioritzar-se en un microorganisme anaeròbic o gramnegatiu perquè el seu embolcall no ho permet.
o Resistència adquirida: canvis genètics en bacteris sensibles que els fan resistents.
 Per una mutació cromosòmica del propi microorganisme.
 Mutació de la subunitat S13 de la subunitat 30S. S’ha observat que quan s’utilitza estreptomicina, alguns microorganismes tenen la capacitat de mutar la subunitat S12 de 30S, de manera que l’estreptomicina no pot reconèixer el blanc d’acció. Aquesta mutació no és letal pel microorganisme perquè la síntesi de proteïnes és viable, tot i que és més lenta.
 Mutació d’algun transportador de la membrana que permetia la internalització d’un antibiòtic  Mutació que treu la dependència de sintetitzar àcid fòlic. Aquest es pot incorporar de l’humà, de manera que la sulfonamida ja no tindrà cap efecte aquí.
 Per factor de resistència (factors R). Poden portar diversos gens que donen resistència a distints agents quimioteràpics. Els factors R atorguen diverses resistències. Principalment seran:  Enzims hidrolitzants  Enzims que afegeixen algun grup químic  Bombes d’exclusió (tetraciclines) També poden adquirir resistències per modificació química de les molècules de l’antibiòtic.
- Estreptomicina: alguns bacteris tenen enzims que modifiquen l’antibiòtic i l’inactiven per fosforilació, adenilació o acetilació.
- Penicil·lina: la β-lactamasa és codificada pels factors R. Aquest enzim talla l’anell β-lactàmic de la penicil·lina.
- Cloranfenicol: acetilació inactivant-lo totalment.
del cloranfenicol, Carolina Parrilla Fernandez 47 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5 Inhibició competitiva entre l’àcid clavulànic i β-lactamases Una manera de lluitar contra les resistències és crear antibiòtics semisintètics, per exemple a partir de penicil·lina.
Trobem dos compostos:   Àcid clavulànic: és una substància natural dels microorganismes i no és un antibiòtic. Quan l’afegim, enganyem les β-lactamases que creuen que és un antibiòtic i l’hidrolitzen, modificant el seu anell i perdent la seva funció.
Aumentina: és un antibiòtic semisintètic que té dues parts d’amoxicilina i una part de declavulonat de potassi.
Relació entre l’ús dels agents quimioteràpic i l’augment de resistències En aquesta gràfica es veu la distribució de l’ús d’antibiòtics en el món. Gran part dels antibiòtics que utilitzem són cefalosporines, que juntament amb les penicil·lines constitueixen la meitat dels medicaments presos actualment. Una part important també són les quinolines i els macròlids.
S’ha vist que abans de 1950, prèviament a l’ús dels antibiòtics, ja s’havien trobat soques bacterianes amb plasmidi R. El fet d’utilitzar antibiòtics en massa fa que la selecció desenvolupi enormement les resistències i la creació de noves. Recordem que el plasmidi R s’hereta per transferència vertical (de mares a fills) i horitzontal (d’un bacteri a un altre d’una altra família).
D’aquesta manera, s’està produint un desenvolupament enorme dels plasmidis R. Aquesta gràfica representa la relació entre tonelades utilitzades d’antibiòtics i les soques resistents que sorgeixen. Així doncs, hi ha una relació directa entre la quantitat d’antibiòtic utilitzat i l’augment de soques resistents.
Finalment, l’última gràfica mostra que el fet d’utilitzar la penicil·lina al llarg del temps, el mateix bacteri fa que deixi de ser útil a partir de 1990.
A pesar d’això, estudis suggereixen que si deixem d’utilitzar la penicil·lina durant bastants anys es farà que els bacteris no necessitin el plasmidi R. D’aquesta manera, els bacteris que no el tinguin es reproduiran igual que els que el tenen, i així no tenir el factor R ja no suposa un desavantatge evolutiu i la penicil·lina podria tornar a ser efectiva.
Cronologia de l’aparició de resistències en patògens humans Hi ha gran quantitat de microorganismes que són resistents a multitud d’antibiòtics. Això ve donat per l’abús dels mateixos. Unes soques multiresistents importants són:  Candida albicans, fong Carolina Parrilla Fernandez 48 CREIXEMENT POBLACIONAL DELS BACTERIS BLOC 5  Staphylococcus aureus, bacteri. Tenim varietats hospitalàries d’aquesta com, MRSA (meticil·lina) o VISA (vancomicina).
Si es segueixen utilitzant antibiòtics de forma massiva, arribarà un moment que no tindran cap utilitat.
Algunes consideracions:  No receptar antibiòtics si es desconeix si la causa de la infecció és vírica o bacteriana  Utilitzar l’antibiòtic en altes dosis quan decidim receptar-lo  Que el pacient mantingui les altes dosis i durant e temps indicat  És important que sigui un tractament de llarga duració encara que el pacient ja estigui curat per evitar la creació de resistències  Combinar diferents antibiòtics, ja que és molt difícil crear soques resistents a dos tipus d’antibiòtics diferents  Descobrir nous antibiòtics  Crear nous semisintètics Carolina Parrilla Fernandez 49 ...

Tags:
Comprar Previsualizar