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METABOLISMO – MULTIPLICACIÓN –
CONTROL DE CRECIMIENTO
Prof. Dra Mirta G. Quinteros
Microbiología 2° año Lic. Ciencias Ambientales
Lic. Higiene y Seguridad
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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
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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
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CONTROL DE CRECIMIENTO
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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.
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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
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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
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METODOS DE ESTERILIZACION
FISICOS
• Calor
• Radiaciones
• Filtración
• Ultrasonido
QUIMICOS
• óxido de etileno
• Glutaraldehído
• Formaldehído
• Peróxido de hidrógeno
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MECANISMOS DE ACCION
1- Alterando el DNA:
2- Alterando proteínas y enzimas
3- Alterando la membrana celular
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1- DNA:
- radiaciones (UV, ionizantes)
- alquilantes: glutaraldehído
formaldehído
óxido de etileno
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2- Proteínas y enzimas:
Calor ; ácidos y álcalis
Oxidantes : peróxido de hidrógeno
Iodo
Metales pesados: mercurio
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3- Membrana celular
Alcoholes
Fenoles
Agentes tensioactivos (amonios
cuaternarios, jabones, detergentes)
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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
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14
Clasificación de los Materiales
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ESTERILIZACION
FISICOS
• CALOR: - Seco : - Incineración
- Flameado
- Aire caliente
- Húmedo: - Vapor (autoclave): Fluente
A presión
- Tyndalización
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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
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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)
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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
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Controles de Calidad de los Procesos
de Esterilización
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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
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Etapas del Proceso de Esterilización
Limpieza/Descontami-
nación
Inspección Desinfección
Esterilización
Preparación/Empaque Almacenamiento
Entrega de
materiales
Certificación de los
Métodos de
Esterilización
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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
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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
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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
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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
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• 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
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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.
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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
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• 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
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Requerimientos y características de los sitemas de esterilización
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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
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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%
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FENOLES Y DERIVADOS:
Actúan en presencia de materia orgánica
Al 5% excelente desinfectante para
Micobacterium tuberculosis
De olor muy picante y tóxico
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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 )
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CLORHEXIDINA
Potente antiséptico para G+ y G-
Actúa en presencia de materia orgánica
Puede utilizarse en solución acuosa o alcohólica al 1%
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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)
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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
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Iodo y compuestos
• Para antisepsia de heridas y piel
• Tintura de Iodo, Iódoforos
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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)
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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
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Factores que afectan la
potencia Desinfectante
• Tiempo
• Temperatura
• pH
• Concentración del agente
• Presencia de materia orgánica
• Características del microorganismo
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MECANISMO DE
ACCION DE LOS
ANTIMICROBIANOS
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GRAM POSITIVA
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GRAM NEGATIVA
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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…
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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).
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ARN-polimerasa
ÁCIDOS
NUCLEICOS
SÍNTESIS
PROTEÍNAS
ADN girasa
VÍAS METABÓLICAS
PARED CELULAR:
Peptidoglicano
MEMBRANA
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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
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POLIMIXINASGRAM NEGATIVAS
COLISTINA
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ESTRUCTURA DE LOS
BETA-LACTAMICOS
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G M G M GM G M G M
ENLACE
PEPTÍDICO
ESTRUCTURA PEPTIDOGLICANO
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peptidoglicano o mureína
Gram positiva Gram negativa
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SÍNTESIS DE PRECURSORES
N-Acetilglucosamina
N-Acetilmurámico
Fosfoenolpiruvato
FOSFOMICINA
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G--M--BPP
G--M
BPP
BP
TRANSPORTE A TRAVÉS DE
MEMBRANA
BACITRACINA
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ENSAMBLAJE
G--M
G--M--G--M--G--M----
ELONGACIÓN DEL
PEPTIDOGLICANO
MEMBRANA CITOPLÁSMICA
PARED
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GLICOPÉTIDOS:
Vancomicina
Teicoplanina
INHIBICIÓN DE
LA ELONGACIÓN
VANCOMICINA
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ENLACE
PEPTÍDICO
SÍNTESIS PEPTIDOGLICANO
TRANSPEPTIDACIÓN
MEMBRANA CITOPLÁSMICA
PBPs (Penicillin-binding proteins)
Transpeptidasa
Carboxipeptidasa
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ENLACE
PEPTÍDICO
SÍNTESIS PEPTIDOGLICANO
TRANSPEPTIDACIÓN
MEMBRANA CITOPLÁSMICA
PBPs
BETALACTÁMICO
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ACCION DE LOS BETA-LACTAMICOS
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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
F-Met
ARNm
A U G C G C G G A U C
U A CTetraciclinas
Elongación: reconocimiento
Tetraciclinas
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Tetraciclinas
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AMINOGLICÓSIDO
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
LECTURA ERRÓNEA:
Aminoglicósidos
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AMINOGLUCOSIDOS
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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
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Eritromicina
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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
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SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS
TOPOISOMERASAS:
ADN-girasa
Topoisomerasa IV
ADN-GIRASA
Topoisomerasa IV
Enrollamiento Corte Sellado
ADN
bacteriano
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Quinolona
ADN bacteriano
AA
BB GyrA/ParC
GyrB/ParE
SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS
Muerte celular
Enzima
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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.
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Quinolonas
Ac. Nalidíxico
Fluorquinolonas
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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.
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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
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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
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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.
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RESUMEN: acción de los antibacterianos
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MECANISMOS DE RESISTENCIA DE
LOS ANTIMICROBIANOS
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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)
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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…
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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
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ATB
ATB
ATB
ATB
Mecanismos generales de
resistencia a los antibióticos
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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
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BOMBAS DE EFLUJO
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GRAM POSITIVA
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GRAM NEGATIVA
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Antibióticos que inhiben la síntesis de pared celular…
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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
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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
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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
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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
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VISA / hVISA
Bloqueo
Precursor de la pared
Molécula VAN
D-Ala-D-Ala
D-AlaCMR 2002, 15: 430-8
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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
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MECANISMOS DE
RESISTENCIA
A LAS
QUINOLONAS
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MECANISMOS DE
RESISTENCIA
A LAS
QUINOLONAS
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A. Petroni- INEI/ AAM2008
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Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas...
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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
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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
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Enzimas modificadoras de
aminoglucósidosEnzimas citoplasmáticas:
fosfotransferasas (APH),
acetiltransferasas (AAC),
adeniltransferasas (ANT)
En plásmidos, integrones, transposones
Expresión constitutiva
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Muchas gracias por
su atención…!!