Olá pessoal, hoje eu trago mais um tema em microbiologia, irei falar sobre o controle de crescimento microbiano:
Por que controlar o crescimento microbiano?
O bem-estar da humanidade depende em grande parte da capacidade do homem em controlar a população dos microrganismos, visando:
• Prevenir a transmissão de doenças;
• Evitar a decomposição de alimentos;
• Evitar a contaminação da água e do ambiente;
Esse controle de microrganismos é possível pela ação de agentes físicos e químicos, que possuem propriedades de matar a célula microbiana, ou de impedir a sua reprodução.
Métodos de controle de crescimento microbiano:
• Esterilização;
• Desinfecção;
• Antissepsia;
• Degerminação;
• Sanitização.
Sufixos:
• -cida: tratamentos que causam a morte direta dos micróbios. Exemplos: germicida, fungicida, virucida, bactericida.
• -stático/stase: tratamentos que inibem o crescimento e multiplicação dos micróbios/inibem as atividades vitais daquele determinado microrganismo sem matá-lo. Exemplos: bacteriostático, bacteriostase, fungistático, fungistase, virustático, virustase.
• -sepse: do grego septikós = estragado/podre; indica contaminação. Exemplo: asséptico (sem contaminação).
Esterilização:
• Destruição de todas as formas de vida microbiana, incluindo os endósporos (formas mais resistentes);
• Método mais comum: aquecimento;
• Esterilização comercial: tratamento de calor suficiente para matar os endósporos de Clostridium botulinum nos alimentos enlatados.
Desinfecção:
• Processo que promove a inibição, morte ou remoção de vários microrganismos patogênicos e saprófitos, sem eliminar todas as formas de vida (somente a destruição dos patógenos vegetativos e não dos endósporos);
• Métodos: substâncias químicas, radiação ultravioleta, água fervente, vapor;
• Utilização de desinfetantes (produtos químicos) para tratar uma superfície ou substância inerte.
Antissepsia:
• Quando o tratamento com produtos químicos (antissépticos) é para um tecido vivo, mas apenas superficial;
• Antissépticos são menos tóxicos do que desinfetantes.
Modificações da desinfecção:
• Degerminação: remoção mecânica dos microrganismos, em vez da morte, em uma área limitada; não elimina endósporos. Exemplo: quando a pele é esfregada com álcool antes de receber a injeção;
• Sanitização: processo que leva à redução dos microrganismos a níveis seguros de acordo com os padrões de saúde pública (elimna 99,9% das formas vegetativas). Exemplo: lavagem de copos, talheres e louças com alta temperatura ou aplicando desinfetante químico.
Taxa de morte microbiana:
A morte microbiana ocorre na forma exponencial. Após uma rápida redução da população, a taxa de morte torna-se mais lenta devido à sobrevivência de células mais resistentes. A taxa de morte é normalmente constante (para cada 1 min. – 90 % da população morre).
Fatores que influenciam o tratamento microbiano:
• Tamanho da população: quanto maior a população microbiana, maior o tempo de tratamento;
• Natureza da população:
- Presença de endósporos (mais resistentes);
- Diferentes estágios de crescimento: células jovens são mais suscetíveis do que as células na fase estacionária;
- Presença microrganismos mais resistentes, por exemplo Mycobacterium.
• Concentração dos agentes: quanto mais concentrado o agente, maior a eficiência. Exceção: álcool.
- A solução alcoólica ideal é aquela com concentração de 70% p/p (70 ºINPM) ou 77% v/v (77 ºGL) onde “p” é o peso e “v”, o volume. Nessa concentração, o álcool não desidrata a parede celular do microrganismo, podendo penetrar no seu interior, onde irá desnaturar proteínas, fato que não ocorre quando se utiliza o álcool acima ou abaixo da concentração ideal.
• Tempo de exposição ao tratamento: de acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), o tempo mínimo de exposição equivale a 30 minutos (chance de haver sobreviventes de 1 em 106 indivíduos);
• Temperatura: temperaturas mais altas permitem maior eficácia no tratamento. 1 °C aumenta 10x a eficácia (potencializa o controle e em conjunto com o agente pode-se diminuir a concentração de microrganismos);
• Condições ambientais: presença de material orgânico inibe a ação dos antimicrobianos químicos. Calor e pH do meio ácido potencializa o resultado do tratamento.
Ações dos agentes de controle microbiano:
• Alteração da permeabilidade da membrana: a membrana plasmática está localizada imediatamente no interior da parede celular e regula ativamente a passagem de nutrientes para dentro da célula e a eliminação de dejetos dela para o exterior. Uma lesão na membrana causa o vazamento do conteúdo celular no meio (agentes químicos e antibióticos);
• Danos às proteínas e aos ácidos nucleicos: enzimas têm natureza proteica e são vitais para o desenvolvimento celular, ligações covalentes e pontes de hidrogênio são rompidas por certos produtos químicos e calor. DNA e RNA são fontes de informação genética, podem sofrer lesão por calor, radiação ou substâncias químicas que são letais para a célula.
Métodos de controle microbiano:
• Método físico:
• Calor (seco ou úmido):
- Mata os microrganismos desnaturando suas enzimas;
- A resistência ao calor varia de acordo com o micróbio;
- Ponto de Morte Térmica (PMT): menor temperatura em que todos os microrganismos em uma suspensão líquida serão mortos por calor em 10 min;
- Tempo de Morte Térmica (TMT): período mínimo de tempo em que todos os microrganismos serão mortos.
- Tempo de Redução Decimal (TRD ou D): o tempo, em min, em que 90% de uma população microbiana em uma determinada temperatura serão mortas.
A) Calor seco:
- Incineração: processo drástico de eliminação dos microrganismos e que destroem o produto.
- Flambagem: processo onde o material é levado diretamente ao fogo, seja seco ou embebido em álcool (utilizado na desinfecção de alças de vidro).
- Estufa esterilizante: amplamente utilizada para as vidrarias e outros materiais (160 ºC/2 h ou 180 ºC/1 h).
B) Calor úmido:
- Mata os microrganismos pela coagulação das proteínas (ruptura das pontes de H e da estrutura tridimensional);
- ESTERILIZAÇÃO POR CALOR ÚMIDO:
* Fervura (100 ºC): mata as formas vegetativas dos patógenos bacterianos, quase todos os vírus e os fungos e seus esporos (~ 10 min); um tipo do vírus da hepatite pode sobreviver a até 30 min de fervura e alguns endósporos bacterianos resistem à fervura por mais de 20 h;
* Vapor de fluxo livre (não pressurizado): equivalente a água fervente, não mata os endósporos bacterianos e alguns vírus;
* Autoclave: esterilização mais confiável; temperatura acima da água fervente (através do vapor sob pressão); quanto maior a pressão na autoclave, maior a temperatura;100 ºC sob pressão de 1 atm (15 libras de pressão por polegada quadrada – psi) aumentará para 121 ºC; 121 ºC – suficiente para matar todos os organismos e seus endósporos por 15 min.
• Pasteurização:
- Louis Pasteur (1822-1895) descobriu um método prático de prevenir a deterioração da cerveja e vinho através de um aquecimento leve (suficiente para matar microrganismos que causavam a deterioração sem alterar o sabor do produto);
- Principalmente utilizada na indústria de laticínios;
- Teste de eficiência: atividade da fosfatase (enzima presente no leite que após a pasteurização deve estar inativada);
- Tratamento clássico: 63 ºC por 30 min.
- Pasteurização de Alta Temperatura e Curto Tempo (HTST – high temperature and short time): 72 ºC por 15 s.
• Filtração:
- Passagem de um líquido ou gás através de um material semelhante a uma tela, com poros pequenos o suficiente para reter os microrganismos;
- Filtro de Partículas de Ar de Alta Eficiência (HEPA – high efficiency particulate air). Ex: salas de hospitais com pacientes queimados (filtro de 0,3 µm);
- Filtro de Membrana – compostos por ésteres de celulose ou polímeros plásticos (normalmente usa-se filtro de 0,2 µm);
- Filtro tipo Isopore™: filmes de policarbonato tratados com radiação nuclear seguido de cauterização química.
• Baixas temperaturas:
- Depende do tipo de microrganismo e da intensidade de aplicação;
- Diminuição/interrupção do metabolismo celular;
- Refrigeradores comuns (0-7 ºC): efeito bacteriostático (a temperatura afeta a reprodução e o metabolismo celular);
- Psicótrofos: crescem em baixas temperaturas;
- Mesófilos: patógenos humanos (temperatura ambiente).
• Ressecamento:
- Na ausência de água, os microrganismos não podem crescer ou se reproduzir, mas podem permanecer viáveis por anos através das formas de resistência (endósporos/esporos);
- A resistência ao ressecamento varia de acordo com o microrganismo.
• Pressão osmótica:
- Alta concentração de sais no meio leva à plasmólise: processo semelhante ao ressecamento
- Bastante utilizado na conservação de alimentos. Exemplos: curar carnes (sal) e conservar frutas (açúcar);
- Fungos são mais resistentes em crescer em baixas concentrações de água e altas concentrações de sais.
• Radiação:
- Radiação tem vários efeitos sobre as células, dependendo do seu comprimento de onda, intensidade e duração;
- Dois tipos de radiação que mata microrganismos: radiação ionizante e radiação não ionizante.
A) Radiação ionizante:
* Radiações de pequeno comprimento de onda e portanto de alta energia e penetrabilidade;
* Raios gama, raios X ou feixes de elétrons de alta energia;
(1) Raios gama: emitidos pelo cobalto radioativo;
(2) Feixes de elétrons: são produzidos acelerando elétrons até energias elevadas em máquinas especiais;
(3) Raios X: são produzidos por máquinas similares às máquinas dos feixes de elétrons e são de natureza similar aos raios gama.
* Principal efeito da radiação ionizante: é através da ionização da água, que forma radicais hidroxila altamente reativos. Estes radicais reagem com componentes orgânicos, especialmente o DNA (destroem as pontes de H, duplas ligações);
* Radical hidroxila (OH-) é outra forma intermediária do O₂ sendo provavelmente o mais reativo. É gerado no citoplasma da célula por meio do efeito de radiações ionizantes. Estes radicais hidroxila são produzidos durante a respiração aeróbica na maioria dos microrganismos.
B) Radiação não ionizante:
* Possui um comprimento de onda maior que da radiação ionizante (normalmente acima de 1 nm);
* Luz ultravioleta (UV): comprimento de onda de 4 a 400 nm, sendo o comprimento de 260 nm o mais eficiente;
* Desvantagem: apresenta baixa penetrabilidade (não atravessa vidros, filmes escuros e outros materiais);
* A luz UV danifica o DNA das células expostas, produzindo ligações entre as timinas adjacentes nas cadeias de DNA. Estes dímeros de T = T inibem a replicação correta do DNA. 260 nm é o comprimento de onda mais efetivo para o controle microbiano (comprimento de onda é absorvido especialmente pelo DNA celular).
• Método químico
- Os agentes químicos são usados para controlar o crescimento de microrganismos em tecidos vivos e objetos inanimados (DESINFETANTES);
- AGENTES QUÍMICOS: dificilmente se obtém a esterilidade (a maioria não reduz a população microbiana e nem removem as formas vegetativas dos patógenos). PROBLEMA: ação dos agentes é diferente para cada micróbio.
Características dos agentes químicos:
* Alta toxicidade para os microrganismos;
* Solúvel em água;
* Estabilidade elevada;
* Inócuo para o homem e animais;
* Ausência de afinidade por matéria orgânica estranha;
* Toxicidade para os microrganismos em temperatura ambiente;
* Capacidade de penetração;
* Não ser corrosivo e nem manchar;
* Desodorante;
* Detergente.
Tipos de desinfetantes:
1. Compostos orgânicos (fenol e compostos fenólicos, álcoois, compostos de amônio quaternário -CAQs);
2. Halogênios;
3. Metais pesados e seus compostos;
4. Outros (peroxigênios, quimioesterilizantes gasosos, agentes de superfície, biguanidas, antibióticos).
FENOL (ácido carbólico) E COMPOSTOS FENÓLICOS
* Pastilhas de garganta: apresenta fenol que tem um efeito analgésico, mas baixo efeito antimicrobiano. Em concentração maior do que 1% (sprays para garganta), maior efeito antibacteriano;
* Compostos fenólicos contêm uma molécula de fenol quimicamente alterada para reduzir suas qualidades irritantes e aumentar sua atividade antibacteriana em combinação com o sabão ou detergente (bifenol, hexaclorofeno);
* Ação: lesam a membrana plasmática, inativam as enzimas e desnaturam as proteínas.
BIGUANIDAS
* Clorexidina: frequentemente utilizada no controle microbiano da pele e mucosas;
* Efetiva para a maioria das bactérias vegetativas e fungos, mas não é esporicida;
* Únicos vírus afetados: certos tipos envelopados;
* Efeito bactericida: está relacionado à lesão que este reagente causa à membrana plasmática.
HALOGÊNIOS
* Particularmente Iodo e Cloro (agentes antimicrobianos efetivos);
* I₂ – efetivo contra todos os tipos de bactérias, muitos endósporos, vários fungos e alguns vírus;
* Mecanismo do I₂ : o iodo se combina ao aminoácido tirosina, um componente de muitas enzimas e outras proteínas celulares, inibindo a função proteica. Também oxida os grupos sulfidrila (- SH) de certos aminoácidos que são importantes para manter a estrutura das proteínas;
* Cl₂ – como gás ou em combinação com outras substâncias químicas;
* Ação germicida é causada pelo ácido hipocloroso (HOCl). Ácido Hipocloroso tem ação ainda desconhecida, mas é um forte oxidante que impede o funcionamento de boa parte do sistema enzimático celular.
ÁLCOOIS
* Matam efetivamente as bactérias e fungos, mas não os endósporos e os vírus não envelopados;
* Os mais utilizados: etanol (70 %) e isopropanol;
* VANTAGENS: agem e depois evaporam sem deixar resíduo;
* Mecanismos de ação: desnaturação das proteínas, rompimento da membrana e dissolução de muitos lipídios.
METAIS PESADOS E SEUS COMPOSTOS
* Bastante utilizados como germicidas ou antissépticos;
* Prata, mercúrio, cobre e zinco;
* Ação oligodinâmica (oligo = pouco) = < [metais] - > atividade antimicrobiana;
* Nitrato de prata 1 %, cloreto de mercúrio, sulfato de cobre, cloreto de zinco;
* Mecanismos de ação: quando os íons de metal se combinam com os grupos sulfidrilas nas proteínas celulares ocorre a desnaturação.
AGENTES DE SUPERFÍCIE
* Agentes de superfície (tensoativos ou surfactantes) podem reduzir a tensão superficial entre as moléculas de um líquido;
* Sabão: pouco valor antisséptico (mais importante na remoção mecânica através da esfregação);
* Detergentes: ânion da molécula reage com a membrana plasmática (atuam sobre um amplo espectro de micróbios e não são tóxicos);
ANTIBIÓTICOS
* Controle microbiano através da ingestão ou aplicação superficial;
* Alguns antibióticos são utilizados para controle de produtos (bacteriocina);
* Exemplos: nisina é um antibiótico adicionado ao queijo para inibir o crescimento de certas bactérias da deterioração formadoras de endósporos; natamicina é um antibiótico antifúngico aprovado para uso em alimentos, principalmente para queijo.
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| Antibiograma por difusão em ágar (Kirby-Bauer). Leitura dos diâmetros dos halos de inibição. |
Resumo:
Esterilização é a morte de todos os organismos e vírus, e calor é o método de esterilização mais usado. Uma autoclave emprega calor úmido sob pressão, alcançando temperaturas acima do ponto de ebulição da água. A pasteurização não esteriliza líquidos, mas reduz a carga microbiana, matando a maioria dos agentes patogênicos, e inibe o crescimento de microrganismos deteriorantes
A radiação pode efetivamente inibir ou matar microrganismos. A radiação ultravioleta é usada para descontaminar superfícies e ar. A radiação ionizante é utilizada para esterilização e descontaminação, sendo necessária a penetração. Os filtros removem os microrganismos do ar ou de líquidos. Os filtros de membrana são utilizados para a esterilização de líquidos sensíveis ao calor, e filtros nucleoporos são usados para isolar amostras para microscopia eletrônica.
Produtos químicos são comumente utilizados para controlar o crescimento microbiano. Os produtos químicos que matam organismos são chamados de agentes -cida, ao passo que aqueles que inibem o crescimento, mas não matam, são chamados de agentes -státicos. Os agentes antimicrobianos são testados quanto à sua eficácia pela determinação da sua capacidade para inibir o crescimento in vitro. Esterilizantes, desinfetantes e sanitizantes são usados para descontaminar o material não vivo, ao passo que antissépticos e germicidas são usados para reduzir a carga microbiana em tecidos vivos.
Referências
MADIGAN, Michael T.; MARTINKO, John M.; BENDER, Kelly S.; et al. Microbiologia de Brock. Grupo A, 2016. E-book. ISBN 9788582712986. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582712986/. Acesso em: 13 abr. 2024.
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