Antibiótico

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Os antibióticos são substâncias químicas que podem inibir o crescimento e até mesmo destruir microorganismos nocivos. Eles são derivados de microrganismos especiais ou outros sistemas vivos e são produzidos em escala industrial por meio de um processo de fermentação. Embora os princípios da ação dos antibióticos não tenham sido descobertos até o século XX, o primeiro uso conhecido de antibióticos foi pelos chineses há mais de 2.500 anos. Hoje, mais de 10.000 substâncias antibióticas foram relatadas. Atualmente, os antibióticos representam uma indústria multibilionária que continua a crescer a cada ano.

Antecedentes

Os antibióticos são usados ​​de muitas formas - cada uma das quais impõe requisitos de fabricação um tanto diferentes. Para infecções bacterianas na superfície da pele, olhos ou ouvidos, um antibiótico pode ser aplicado como uma pomada ou creme. Se a infecção for interna, o antibiótico pode ser engolido ou injetado diretamente no corpo. Nesses casos, o antibiótico é distribuído por todo o corpo por absorção na corrente sanguínea.

Os antibióticos diferem quimicamente, portanto é compreensível que também difiram nos tipos de infecções que curam e nas maneiras como as curam. Certos antibióticos destroem as bactérias ao afetar a estrutura de suas células. Isso pode ocorrer de duas maneiras. Primeiro, o antibiótico pode enfraquecer as paredes celulares das bactérias infecciosas, o que faz com que elas se rompam. Em segundo lugar, os antibióticos podem fazer com que o conteúdo das células bacterianas vaze ao danificar as membranas celulares. Outra maneira pela qual os antibióticos funcionam é interferindo no metabolismo da bactéria. Alguns antibióticos, como a tetraciclina e a eritromicina, interferem na síntese de proteínas. Antibióticos como a rifampicina inibem a biossíntese de ácido nucléico. Ainda outros antibióticos, como sulfonamida ou trimetoprima, têm um efeito bloqueador geral no metabolismo celular.

O desenvolvimento comercial de um antibiótico é uma proposta longa e cara. Ele começa com uma pesquisa básica destinada a identificar organismos que produzem compostos antibióticos. Durante esta fase, milhares de espécies são rastreadas para qualquer sinal de ação antibacteriana. Quando um é encontrado, a espécie é testada contra uma variedade de bactérias infecciosas conhecidas. Se os resultados forem promissores, o organismo é cultivado em larga escala para que o composto responsável pelo efeito antibiótico possa ser isolado. Este é um procedimento complexo porque milhares de materiais antibióticos já foram descobertos. Freqüentemente, os cientistas descobrem que seus novos antibióticos não são únicos. Se o material passar nesta fase, mais testes podem ser feitos. Isso normalmente envolve testes clínicos para provar que o antibiótico funciona em animais e humanos e não é prejudicial. Se esses testes forem aprovados, a Food and Drug Administration (FDA) deve aprovar o antibiótico como um novo medicamento. Todo esse processo pode levar muitos anos.

A produção em grande escala de um antibiótico depende de um processo de fermentação. Durante a fermentação, grandes quantidades do organismo produtor de antibióticos são cultivadas. Durante a fermentação, os organismos produzem o material antibiótico, que pode ser isolado para uso como medicamento. Para que um novo antibiótico seja economicamente viável, os fabricantes devem ser capazes de obter um alto rendimento do medicamento do processo de fermentação e isolá-lo facilmente. Geralmente, é necessária uma pesquisa extensa antes que um novo antibiótico possa ser comercializado em escala.

História

Embora nosso conhecimento científico sobre antibióticos tenha sido desenvolvido apenas recentemente, a aplicação prática dos antibióticos existe há séculos. O primeiro uso conhecido foi pelos chineses há cerca de 2.500 anos. Durante esse tempo, eles descobriram que aplicar a coalhada mofada de soja em infecções trazia certos benefícios terapêuticos. Foi tão eficaz que se tornou um tratamento padrão. As evidências sugerem que outras culturas usaram substâncias do tipo antibiótico como agentes terapêuticos. A civilização sudanesa-núbia usava um tipo de antibiótico tetraciclina já em 350 d.C. Na Europa durante a Idade Média, extratos vegetais brutos e coalhada de queijo também eram usados ​​para combater infecções. Embora essas culturas usassem antibióticos, os princípios gerais da ação dos antibióticos não foram compreendidos até o século XX.

O desenvolvimento de antibióticos modernos dependeu de alguns indivíduos importantes que demonstrassem ao mundo que materiais derivados de microrganismos podem ser usados ​​para curar doenças infecciosas. Um dos primeiros pioneiros neste campo foi Louis Pasteur. Em 1877, ele e um associado descobriram que o crescimento da bactéria antraz, causadora de doenças, poderia ser inibido por uma bactéria saprofítica. Eles mostraram que grandes quantidades de bacilos do antraz podiam ser administradas a animais sem efeitos adversos, desde que os bacilos saprofíticos também fossem administrados. Nos anos seguintes, outras observações apoiaram o fato de que alguns materiais derivados de bactérias podem prevenir o crescimento de bactérias causadoras de doenças.

Em 1928, Alexander Fleming fez uma das contribuições mais importantes para o campo dos antibióticos. Em um experimento, ele descobriu que uma cepa de Penicillium verde o mofo inibiu o crescimento de bactérias em uma placa de ágar. Isso levou ao desenvolvimento do primeiro antibiótico da era moderna, a penicilina. Alguns anos depois, em 1932, foi publicado um artigo que sugeria um método para tratar feridas infectadas usando uma preparação de penicilina. Embora essas primeiras amostras de penicilina fossem funcionais, não eram confiáveis ​​e eram necessários mais refinamentos. Essas melhorias ocorreram no início da década de 1940, quando Howard Florey e associados descobriram uma nova cepa de Penicillium, que produziu altos rendimentos de penicilina. Isso permitiu a produção em grande escala de penicilina, o que ajudou a lançar a moderna indústria de antibióticos.

Após a descoberta da penicilina, outros antibióticos foram procurados. Em 1939, o trabalho começou no isolamento de produtos antibióticos potenciais das bactérias do solo streptomyces. Foi nessa época que o termo antibiótico foi introduzido. Selman Waxman e associados descobriram a estreptomicina em 1944. Estudos subsequentes resultaram na descoberta de uma série de novos e diferentes antibióticos, incluindo actinomicina, estreptotricina e neomicina, todos produzidos por Streptomyces. Outros antibióticos que foram descobertos desde então incluem bacitracina, polimixina, viomicina, cloranfenicol e tetraciclinas. Desde a década de 1970, a maioria dos novos antibióticos foram modificações sintéticas de antibióticos de ocorrência natural.

Matérias-primas

Os compostos que fazem o caldo de fermentação são as principais matérias-primas necessárias para a produção de antibióticos. Este caldo é uma solução aquosa constituída de todos os ingredientes necessários à proliferação dos microrganismos. Normalmente, ele contém uma fonte de carbono como melaço ou farelo de soja, ambos compostos de lactose e açúcares de glicose. Esses materiais são necessários como fonte de alimento para os organismos. O nitrogênio é outro composto necessário nos ciclos metabólicos dos organismos. Por esse motivo, um sal de amônia é normalmente usado. Além disso, estão incluídos os oligoelementos necessários para o crescimento adequado dos organismos produtores de antibióticos. São componentes como fósforo, enxofre, magnésio, zinco, ferro e cobre introduzidos por meio de sais solúveis em água. Para evitar a formação de espuma durante a fermentação, são usados ​​agentes antiespumantes, como óleo de banha, octadecanol e silicones.

O processo de fabricação

Embora a maioria dos antibióticos ocorra na natureza, eles normalmente não estão disponíveis nas quantidades necessárias para a produção em grande escala. Por este motivo, foi desenvolvido um processo de fermentação. Envolve o isolamento de um microrganismo desejado, alimentando o crescimento da cultura e refinando e isolando o produto antibiótico final. É importante que as condições estéreis sejam mantidas durante todo o processo de fabricação, porque a contaminação por micróbios estranhos arruinará a fermentação.

Iniciando a cultura

• 1 Antes que a fermentação possa começar, o organismo produtor de antibióticos desejado deve ser isolado e seu número deve ser aumentado várias vezes. Para fazer isso, uma cultura inicial de uma amostra de organismos previamente isolados e armazenados a frio é criada no laboratório. Para fazer crescer a cultura inicial, uma amostra do organismo é transferida para uma placa contendo ágar. A cultura inicial é então colocada em frascos de agitação junto com alimentos e outros nutrientes necessários para o crescimento. Isso cria uma suspensão, que pode ser transferida para tanques de sementes para posterior crescimento.
• 2 Os tanques de sementes são tanques de aço projetados para fornecer um ambiente ideal para o cultivo de microorganismos. Eles são preenchidos com todas as coisas que o microorganismo específico precisa para sobreviver e prosperar, incluindo água morna e alimentos ricos em carboidratos, como lactose ou açúcares de glicose. Além disso, eles contêm outras fontes de carbono necessárias, como ácido acético, álcoois ou hidrocarbonetos e fontes de nitrogênio como sais de amônia. Fatores de crescimento como vitaminas, aminoácidos e nutrientes secundários completam a composição do conteúdo do tanque de sementes. Os tanques de sementes são equipados com misturadores, que mantêm o meio de crescimento em movimento, e uma bomba para fornecer ar esterilizado e filtrado. Após cerca de 24-28 horas, o material nos tanques de sementes é transferido para os tanques de fermentação primária.

Fermentação

• 3 O tanque de fermentação é essencialmente uma versão maior do tanque de sementes de aço, que pode conter cerca de 30.000 galões. É preenchido com a mesma mídia de crescimento encontrado no tanque de sementes e também fornece um ambiente que induz ao crescimento. Aqui, os microrganismos podem crescer e se multiplicar. Durante esse processo, eles excretam grandes quantidades do antibiótico desejado. Os tanques são resfriados para manter a temperatura entre 73-81 ° F (23-27,2 ° C). É constantemente agitado e um fluxo contínuo de ar esterilizado é bombeado para dentro dele. Por esta razão, agentes anti-espuma são adicionados periodicamente. Uma vez que o controle do pH é vital para um crescimento ideal, ácidos ou bases são adicionados ao tanque conforme necessário.

Isolamento e purificação

• 4 Após três a cinco dias, a quantidade máxima de antibiótico terá sido produzida e o processo de isolamento pode começar. Dependendo do antibiótico específico produzido, o caldo de fermentação é processado por vários métodos de purificação. Por exemplo, para compostos antibióticos que são solúveis em água, um método de troca iônica pode ser usado para purificação. Nesse método, primeiro o composto é separado dos resíduos orgânicos do caldo e, em seguida, encaminhado para um equipamento, que separa os demais compostos solúveis em água do desejado. Para isolar um antibiótico solúvel em óleo, como a penicilina, é usado um método de extração com solvente. Neste método, o caldo é tratado com solventes orgânicos, como acetato de butila ou metil isobutil cetona, que podem dissolver especificamente o antibiótico. O antibiótico dissolvido é então recuperado usando vários meios químicos orgânicos. No final desta etapa, o fabricante normalmente fica com uma forma em pó purificada do antibiótico, que pode ser posteriormente refinado em diferentes tipos de produtos.

Refino

• 5 Os antibióticos podem assumir muitas formas diferentes. Podem ser comercializados em soluções para bolsas ou seringas intravenosas, em comprimidos ou cápsulas de gel, ou ainda em pó, que são incorporados em pomadas tópicas. Dependendo da forma final do antibiótico, várias etapas de refino podem ser realizadas após o isolamento inicial. Para bolsas intravenosas, o antibiótico cristalino pode ser dissolvido em uma solução, colocado na bolsa, que é então hermeticamente fechada. Para cápsulas de gel, o antibiótico em pó é colocado fisicamente na metade inferior da cápsula e, em seguida, a metade superior é mecanicamente colocada no lugar. Quando usado em pomadas tópicas, o antibiótico é misturado à pomada.
• 6 A partir deste ponto, o produto antibiótico é transportado para as estações de embalagem final. Aqui, os produtos são empilhados e acondicionados em caixas. Eles são carregados em caminhões e transportados para diversos distribuidores, hospitais e farmácias. Todo o processo de fermentação, recuperação e processamento pode levar de cinco a oito dias.

Controle de qualidade

O controle de qualidade é de extrema importância na produção de antibióticos. Uma vez que envolve um processo de fermentação, devem ser tomadas medidas para garantir que absolutamente nenhuma contaminação seja introduzida em qualquer ponto durante a produção. Para tanto, o meio e todos os equipamentos de processamento são minuciosamente esterilizados a vapor. Durante a fabricação, a qualidade de todos os compostos é verificada regularmente. De particular importância são verificações frequentes das condições da cultura do microrganismo durante a fermentação. Isso é realizado por meio de várias técnicas de cromatografia. Além disso, várias propriedades físicas e químicas do produto acabado são verificadas, como pH, ponto de fusão e teor de umidade.

Nos Estados Unidos, a produção de antibióticos é altamente regulamentada pela Food and Drug Administration (FDA). Dependendo da aplicação e do tipo de antibiótico, mais ou menos testes devem ser concluídos. Por exemplo, o FDA exige que, para certos antibióticos, cada lote seja verificado por eles quanto à eficácia e pureza. Só depois de terem certificado o lote pode ser vendido para consumo geral.

O Futuro

Como o desenvolvimento de um novo medicamento é uma proposta cara, as empresas farmacêuticas fizeram muito poucas pesquisas na última década. No entanto, um desenvolvimento alarmante estimulou um interesse renovado no desenvolvimento de novos antibióticos. Acontece que algumas das bactérias causadoras de doenças sofreram mutação e desenvolveram resistência a muitos dos antibióticos convencionais. Isso pode ter consequências graves para a saúde pública mundial, a menos que novos antibióticos sejam descobertos ou sejam feitas melhorias nos que estão disponíveis. Esse problema desafiador será o foco da pesquisa por muitos anos.