Microbiologia ambiental Engenharia do Ambiente. Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Coimbra

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1 Microbiologia ambiental Engenharia do Ambiente Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Coimbra

2 Módulo 1.Ecologia microbiana Parte 2. Introdução 1.2 NOÇÕES BÁSICAS DE MICROBIOLOGIA GERAL Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 2

3 Tamanho Desde alguns nanómetros (nm) a centenas de micrómetros ( m) rld.org/index.php?optio n=com_content&view= article&id=369&itemid= 215 Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 3

4 Morfologia e agrupamento celular nas bactérias Cocos: Diplococos; Estreptococos Tétradas; Sarcinas; Estafilococos Bacilos Diplobacilos; Estreptobacilos Palissadas Vibriões Espirilos Filamentosa Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 4

5 Forma e agrupamento Exemplos -1- Escherichia coli Treponema palidum DB04.jpg Bacilo com pili e flagelos apicais Espirilo Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 5

6 Forma e agrupamento Exemplos -2- Streptococcus sobrinus que_sem.html Vibrio cholerae Estreptococos Forma de vírgula com um flagelo apical Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 6

7 Origem do agrupamento celular Agrupamento celular bacteriano bacteriano Exemplo Divisão num plano Diplococos; Neisseria sp. Estreptococos; Streptococcus sp. Sarcinas e tétradas; Sarcina sp. Deinococcus radiodurans Estafilococos; Staphylococcus sp. Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 7

8 Existe na maior parte das bactérias como uma camada externa que cobre a membrana citoplasmática Parede celular bacteriana Excepções: Mycoplasma sp. e alguns Archaea não possuem parede celular As bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos de acordo com a sua reacção à coloração de Gram (Christian Gram, Dinamarquês, 1884) bactérias Gram-positivas bactérias Gram-negativas Mycoplasma é a mais pequena célula conhecida: 0.1 μm de diâmetro Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 8

9 Gram-positivas e Gram-negativas medmicro/pix/walls.gif Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 9

10 Funções da parede celular Dá forma às bactérias (as bactérias sem parede não têm forma definida) Confere protecção contra a lise osmótica Factor de patogenicidade em bactérias Gram-negativas Local de acção de anticorpos em bactérias Gram-positivas Confere protecção contra substâncias tóxicas Local de fixação de bacteriófagos em bactérias Gram-positivas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 10

11 A coloração de Gram Baseia-se na diferença de composição química e na espessura e localização da camada de peptidoglicano das paredes celulares bacterianas A diferente constituição dos dois tipos de parede influencia a permeabilidade da parede ao álcool e, em consequência, a dissolução mais ou menos rápida de complexos corados formados no citoplasma Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 11

12 Parede celular das bactérias Grampositivas Camada espessa de peptidoglicano localizada no exterior da parede Quando tratadas por um corante como o violeta de metilo, o cristal de violeta, ou o violeta de genciana (mistura dos dois primeiros) e seguidamente pelo iodo (por ex., o lugol, que é um mordente - substância que permite melhor penetração do corante), fixam o corante de tal modo que este não é removido pela solução de descoloração, o álcool Coram de violeta com a coloração de Gram Exemplos: Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Bacillus sp., Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 12

13 Parede celular das bactérias Gramnegativas Camada fina de peptidoglicano localizada no interior da parede; por fora existe uma membrana externa lipídica O álcool dissolve a membrana externa e penetra facilmente no interior da célula, removendo o complexo : são descoradas pela solução de álcool Para que depois se possam observar melhor, são novamente coradas por um corante de contraste, geralmente vermelho-rosa (fucsina diluída), corando de vermelho Famílias Enterobacteriaceae (e.g. Escherichia coli) e Pseudomonadaceae, Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 13

14 Coloração de Gram Bactérias Gram-positivas Bactérias Gram-negativas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 14

15 Meios de cultura Água, actividade da água e concentração de solutos ph Temperatura Concentração de oxigénio ALGUNS FACTORES QUE AFECTAM O CRESCIMENTO MICROBIANO Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 15

16 Classificação do meios de cultura Estado físico líquidos, semi-sólidos, sólidos Composição química complexos, definidos Objectivos basais, enriquecidos, selectivos, transporte, identificação, conservação, Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 16

17 Actividade da água ou Actividade aquosa (aw) Medida da quantidade de água disponível para utilização por um microrganismo Varia entre 1 (100%) e zero Decresce à medida que a pressão osmótica sobe por dissolução de solutos A maioria dos microrganismos requer aw próximos de 1 para se multiplicar Alguns microrganismos adaptaram-se a habitats com baixa aw 0.7 bactérias halófilas e osmófilas fungos xerófilos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 17

18 6e/X gif Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 18

19 mp/image001.png Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 19

20 A vida com a w elevada A vida com a w baixa Ambientes hipotónicos Têm menos sais que o protoplasma Tendência para a entrada de água na célula: lise osmótica se não existir uma parede celular rígida Para que não ocorra choque osmótico por excesso de diluição do citoplasma, a bactéria pode excretar activamente a água através das aquaporinas Ambientes hipertónicos Têm mais sais que o protoplasma Tendência para a saída da água da célula : plasmólise Manutenção da concentração osmótica do protoplasma acima da concentração osmótica do meio Acumulação de solutos compatíveis: permitem o crescimento e metabolismo celular mesmo em concentrações intracelulares elevadas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 20

21 Ambientes extremos Microrganismos osmotolerantes Podem acumular solutos compatíveis Podem crescer em habitats com aw ou concentração osmótica variável Exemplo de bactéria osmotolerante patogénica: Staphylococcus aureus - pode viver na presença de cloreto de sódio a 30% Microrganismos halófilos Requerem M de NaCl para crescer Vivem em ambientes ricos em sais modificando a estrutura das suas proteínas e membranas Acumulam potássio, adquirido na forma de cloreto, para que o seu protoplasma fique hipertónico (4-7M) com o meio ambiente Exemplo: Halobacterium salinarum (Archaea) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 21

22 Microrganismos halófilos Halobacterium salinarum Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 22

23 ph Membrana citoplasmática impermeável a protões: ph interno dos microrganismos próximo da neutralidade Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 23

24 Influência dos microrganismos no ph Os microrganismos podem alterar o ph do seu habitat pela produção de produtos de degradação ácidos ou básicos Microrganismos fermentativos que formam ácidos orgânicos por fermentação de carbohidratos diminuem o ph do meio Thiobacillus sp. (quimiolitotrófico) - oxida enxofre reduzido a ácido sulfúrico Outros microrganismos originam amónia através da degradação de aminoácidos aumentando o ph do meio Para impedir a inibição do crescimento bacteriano in vitro devido a grandes alterações de ph, adiciona-se tampões - normalmente tampões fosfato - aos meios de cultura Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 24

25 Relações dos microrganismos com o ph Acidófilos: ph óptimo Neutrófilos: ph óptimo Alcalófilos: ph óptimo Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 25

26 Temperatura Os microrganismos são ectotérmicos: a sua temperatura reflecte a do seu meio ambiente A sensibilidade de reacções enzimáticas é um dos principais factores influenciados pela temperatura de crescimento dos microrganismos Quando a temperatura é baixa, um aumento da temperatura aumenta a taxa de crescimento uma vez que as reacções enzimáticas duplicam de velocidade por cada 10ºC de aumento de temperatura (regra Q10) Assim o metabolismo microbiano aumenta e o microrganismo cresce mais depressa A partir de certa altura o aumento de temperatura diminui o crescimento e torna-se letal, devido à desnaturação de enzimas e proteínas em geral e à desintegração das membranas por fusão lipídica Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 26

27 Estenotérmicos Euritérmicos Tolerância dos organismos às variações de temperatura Estenotérmicos: exemplo Neisseria gonorrhoeae Euritérmicos : exemplo Enterococcus faecallis Procariotas podem crescer em temperaturas superiores aos eucariotas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 27

28 Relação dos microrganismos com a temperatura Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 28

29 Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 29

30 Microrganismos psicrófilos Vivem em baixas temperaturas Máxima <20ºC Mínima <0ºC Óptima 5-10ºC As suas enzimas e proteínas funcionam bem a baixas temperaturas As membranas têm altos níveis de ácidos gordos insaturados mantendo-se fluidas a baixas temperaturas Pseudomonas, Listeria, flavobactérias, Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 30

31 Microrganismos mesófilos Vivem em temperaturas amenas Máxima <50ºC Mínima >15ºC Óptima 35ºC Quase todas as bactérias associadas ao ser humano estão nesta categoria Escherichia coli, Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 31

32 Microrganismos termófilos Vivem em temperaturas elevadas Máxima 80ºC Mínima 45ºC Óptima 55-65ºC As suas enzimas e proteínas são estáveis a elevadas temperaturas As membranas têm lípidos saturados com pontos de fusão muito altos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 32

33 Concentração de oxigénio Quase todos os organismos eucariotas são aeróbios O oxigénio é usado como aceitador final de electrões na cadeia transportadora de electrões durante a respiração aeróbia O oxigénio é também usado na síntese de esteróides e ácidos gordos insaturados Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 33

34 Microrganismos aeróbios Aeróbios estritos ou obrigatórios Só executam metabolismo oxidativo na presença de oxigénio (concentração atmosférica: 20%) que funciona como aceitador final de electrões na cadeia de transporte de electrões Exemplos: Aeromonas, Neisseria e Pseudomonas Microaerófilos São lesados pelo nível normal de oxigénio atmosférico requerendo apenas concentrações de cerca de 2-10% para crescer Exemplos: Helicobacter pylori e Campilobacter jejuni Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 34

35 Microrganismos anaeróbios Anaeróbios facultativos Não requerem oxigénio para crescer mas crescem melhor na sua presença. Ex. enterobactérias Aerotolerantes Crescem igualmente na presença ou ausência de oxigénio. Não usam o oxigénio, ignoram-no. Ex. Enterococcus faecalis Anaeróbios estritos (obrigatórios) Morrem na presença de oxigénio. Exs: Bacteroides, Fusobacterium, Methanococcus, Clostridium, Pirococcus Os microrganismos aerotolerantes e anaeróbios estritos obtêm energia somente pela fermentação ou respiração anaeróbia Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 35

36 Curva de crescimento Modelo matemático do crescimento Métodos para avaliação do crescimento de populações CRESCIMENTO MICROBIANO Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 36

37 Divisão celular bacteriana Durante a replicação do ADN cromossómico, cada cadeia do ADN em replicação liga-se a proteínas no que será o plano de divisão celular Quando as novas bactérias atingem o seu tamanho normal os cromossomas replicados separam-se No centro da bactéria um grupo de proteínas designadas Fts interagem e formam o aparelho de divisão celular designado por divisoma As proteínas do divisoma poderão sintetizar o peptidoglicano e novo material membranar que em conjunto dividem a bactéria em duas células filha e permitem que cada uma cresça até atingir o tamanho normal Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 37

38 Fissão binária As bactérias dividem-se em duas por fissão binária e aumentam o seu número de forma geométrica; isto é, a sua população duplica a cada tempo de geração Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 38

39 Tempo de geração (g) Tempo desde que uma célula nasce até que se divide Se população inicial=1 célula e g=20 minutos: Após 20 min.= 2 células Após 40 min.=4 células, A população duplica em cada geração, logo o aumento populacional é dado por 2 n, onde n é o número de gerações Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 39

40 Cálculos Equação do crescimento N t = N 0 2 n N 0 = número de células na população inicial N t = número de células no tempo t n = número de gerações no tempo t Número de gerações (n) Cálculo do número de gerações no tempo t (n): ou: logn t = logn 0 + n log2 n=(logn t -logn 0 )/log2 n=(logn t -logn 0 )/0.301 n = t/g t = tempo de incubação g = tempo de geração Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 40

41 Taxa de crescimento (k) É o número de gerações por unidade de tempo (e.g. número de gerações/hora) k = n/t k = (logn t -logn 0 )/0.301 t Se a população duplica então t = g e n = 1, logo a equação é convertida na sua forma mais simples: N t =2 N 0 Para calcular g: k = (log 2N 0 -logn 0 )/0.301 g k = (log 2+logN 0 -logn 0 )/0.301 g k = 1/g g = 1/k g = t /(logn 0 -logn 0 ) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 41

42 Cálculo gráfico do tempo de geração (g) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 42

43 Crescimento de uma população microbiana em sistema fechado 1) Fase lag ou de arranque (k=0) 2) Fase exponencial (k máxima) 3) Fase estacionária (k=0) 4) Fase de morte (k negativa) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 43

44 1. Fase lag ou de arranque Síntese de novos componentes celulares sem ocorrência de crescimento. Necessária porque: I) Pode ser necessária a síntese de compostos (cofactores essenciais, enzimas, ) devido ao envelhecimento celular 2) O novo meio pode ser diferente do meio em que o organismo estava e portanto novas enzimas terão que ser sintetizadas para utilizar novos nutrientes 3) Dá-se a replicação do ADN, a massa celular começa a aumentar e finalmente dá-se a divisão celular 4) Esta fase pode ser longa se o organismo provém de uma cultura velha ou refrigerada, ou se o novo meio for muito diferente do meio de onde as bactérias provêm. Pode ser curta ou praticamente inexistente quando se transfere uma cultura jovem em fase de crescimento exponencial para um meio fresco de igual composição Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 44

45 2. Fase do crescimento exponencial Os microrganismos crescem e dividemse à taxa máxima A taxa de crescimento (k) é constante Os microrganismos dividem-se em intervalos regulares de tempo (g) A biomassa duplica em cada um desses intervalos de tempo A uniformidade populacional e bioquímica permite o uso das culturas em fase exponencial em estudos fisiológicos e bioquímicos dos microrganismos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 45

46 O crescimento populacional cessa e a curva de crescimento torna-se horizontal 3. Fase estacionária Taxa de crescimento k = 0 Atingida quando a população bacteriana se aproxima de 10 9 células por ml. Os protozoários atingem concentrações máximas de 10 6 células por ml A densidade populacional depende da disponibilidade de nutrientes e do tipo de microrganismo que está em cultura O número total de microrganismos viáveis mantêm-se constante: equilíbrio entre divisão celular e morte celular ou pelo facto de a população parar de se dividir embora mantendo-se metabolicamente activa Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 46

47 4. Fase de morte Alterações ambientais como a falta de nutrientes e o aumento de produtos tóxicos provenientes do metabolismo celular conduzem a um declínio no número de células viáveis que é característico da fase de morte A fase de morte ocorre de forma exponencial negativa Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 47

48 Avaliação do crescimento microbiano Contagens Contagem directa câmaras de contagem: avaliação do nº total de microrganismos Contagem indirecta avaliação do nº de microrganismos viáveis (UFC) após cultura Biomassa Espectrometria Quantificação de metabolitos celulares (e.g. ATP, ergosterol, ) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 48

49 Contagem directa do número de células Câmaras de contagem (ex. Neubauer) Vantagens Processo mais directo, económico e rápido de contagem Observação do tamanho e da morfologia Desvantagens A população deve ser bastante grande para que a contagem seja o mais real possível devido aos pequenos volumes que se utilizam para contar É impossível distinguir as células vivas das células mortas: contagem do nº total de células Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 49

50 Câmaras de contagem Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 50

51 Contagem indirecta do número de células Após cultura em meio sólido Vantagem: Contagem de apenas células viáveis Desvantagens: Não imediato; 18h para bactérias de crescimento rápido a vários dias ou semanas para bactérias ou fungos de crescimento lento Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 51

52 Diluições e sementeira: contagem de unidades formadoras de colónias Incorporação Espalhamento Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 52

53 Cálculos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 53

54 Filtração e sementeira: contagem de UFC Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 54

55 Controlar = destruir, inibir ou remover Agentes físicos: temperatura; dissecação; radiação; filtração Agentes químicos: compostos que matam ou inibem CONTROLO DE MICRORGANISMOS Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 55

56 Controlo de microrganismos O objectivo é manter os microrganismos num nível aceitável A escolha do método depende do tipo de microrganismo e do tipo de material: meio de cultura; produtos farmacêuticos; superfície de instrumentos cirúrgicos; sala de cirurgia de um hospital; alimento de consumo humano; Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 56

57 1. Padrão de morte de uma população microbiana critério de morte de um microrganismo baseado na capacidade de reprodução morte de um microrganismo definida como a perda da capacidade de reprodução a avaliação da eficiência de um agente microbicida pode ser testada cultivando uma amostra do material tratado para determinar o número de sobreviventes Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 57

58 2. Condições que influenciam a actividade anti-microbiana tamanho da população microbiana: quanto maior mais tempo para morrer concentração do agente microbicida: quanto menor mais tempo para destruir tempo de exposição ao agente microbicida: quanto maior o tempo de exposição maior será o número de células mortas temperatura de exposição ao agente microbicida: quanto mais alta mais rapidamente a população é morta natureza do material que contém os microrganismos: em meio fluido e ph 5.0 o tempo de exposição é menor características dos microrganismos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 58

59 3. Mecanismo de destruição das células microbianas O conhecimento do mecanismo de acção de um dado composto permite predeterminar as condições sob as quais actuará mais eficientemente, além de também revelar que espécies de microrganismos serão mais susceptíveis àquele agente Os possíveis mecanismos estão associados com os principais aspectos estruturais : alteração do estado físico do citoplasma, inactivação de enzimas, ou rompimento da membrana ou parede celular - podem levar à morte da célula Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 59

60 Controlo com temperaturas elevadas 1. Calor húmido Vapor de água sob pressão (autoclave) Água fervente Pasteurização 2. Calor seco Estufas Incineração Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 60

61 mais eficiente que o calor seco (menos tempo e temperaturas mais baixas) Calor húmido desnaturação e coagulação das enzimas, enquanto o calor seco causa oxidação dos constituintes orgânicos da célula (queima lentamente) endósporos bacterianos são as formas mais resistentes de vida células vegetativas de bactérias: 5-10 min a o C células vegetativas de fungos: 5-10 min a o C esporos de fungos: 5-10 min a o C Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 61

62 Formas de aplicação do calor húmido Vapor de água sob pressão autoclave >1 atm, temperatura do vapor=121 o C Tempo depende do tipo de material (quanto mais fluido menos tempo) e do volume (quanto menor menos tempo) Água fervente 100 o C : mata microrganismos vegetativos alguns endósporos bacterianos podem resistir a 100 o C por mais de 1hora Pasteurização aquecimento lento a <100ºC mata as células vegetativas de microrganismos patogénicos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 62

63 Formas de aplicação do calor seco Estufas ar quente em temperaturas suficientemente elevadas mais tempo que o calor húmido há materiais que não podem ser esterilizados por calor húmido, neste caso o calor seco é o preferido Incineração é uma prática de rotina: ansas ou agulhas (bico de Bunsen) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 63

64 Controlo com temperaturas baixas temperaturas abaixo de 0 º C inibirão o metabolismo dos microrganismos em geral não matam Exemplos: Congelador doméstico: - 20 o C; Congelador de laboratório: - 70 o C; Azoto líquido: -196 o C Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 64

65 Controlo com radiações energia na forma de ondas electromagnéticas transmitidas através do espaço ou através de um material as radiações magnéticas são classificadas de acordo com os seus comprimentos de onda: quanto maior, menos energia radiações de alta energia (comprimento de onda baixo) podem matar as células, inclusive microrganismos: raios X, raios gama e radiação UV Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 65

66 Radiação ionizante a radiação de alta energia causa ionização das moléculas: rompe as moléculas em átomos ou grupos de átomos (H 2 O --- H + + OH - ) os radicais hidroxilo são altamente reactivos e destroem compostos celulares como o DNA e proteínas exemplos: raios X e raios gama além de microbicidas os raios de alta energia são capazes de penetrar em pacotes de produtos e esterilizar o seu interior são mais utilizados para esterilizar alimentos e equipamentos médicos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 66

67 Radiação não ionizante: UV comprimento de onda entre nm, que excita os electrões o DNA é o mais afectado a maior actividade bactericida ocorre no comprimento de onda próximo de 260 nm (mais fortemente absorvido pelo DNA) lâmpadas especiais que emitem luz UV com comprimento de onda microbicida são utilizadas para matar microrganismos - apenas os microrganismos da superfície de um objecto são mortos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 67

68 Controlo com filtração as membranas filtrantes são úteis para esterilização, e separação de diferentes tipos de microrganismos e para recolher amostras microbianas tamanho dos poros Bactérias: µm (geral) Leveduras: µm 5-30 µm Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 68

69 Controlo com dissecação células microbianas vegetativas quando dissecadas interrompem a sua actividade metabólica, levando a um declínio na população total viável no processo chamado liofilização os microrganismos são submetidos à desidratação extrema em temperaturas de congelamento (ampolas fechadas a vácuo) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 69

70 Controlo com agentes químicos Aplicação: redução do número de microrganismos na superfície de material inanimado (chão, mesas, utensílios domésticos) em lesões de pele para prevenir a infecção eliminação de microrganismos patogénicos da água potável e de piscinas Não existe um único composto químico que seja ideal para todos os propósitos É importante conhecer as suas propriedades para que se possa escolher o mais adequado Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 70

71 Anti-microbianos Microbiocidas matam os microrganismos (bactericida, fungicida, viricida) Microbiostáticos apenas inibem o crescimento dos microrganismos (fungistático, bacteriostático) Esterilização destruição de todos os microrganismos presentes num material, incluindo esporos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 71

72 Definição de termos Esterilizante - composto químico que realiza uma esterilização. Estéril é um termo absoluto, ou seja, um material está estéril ou não. Não pode ser "parcialmente estéril" ou "quase estéril" Desinfectante composto químico que mata as formas vegetativas de microrganismos patogénicos, mas não necessariamente suas formas esporuladas. Germicida - sinónimo do desinfectante; mas os microrganismos mortos por um germicida não são necessariamente patogénicos. São usados termos mais específicos como fungicida, bactericida, etc. Anti-séptico - composto químico usualmente aplicado na superfície do corpo humano para prevenir a multiplicação dos microrganismos. Mata os microrganismos, ou inibe seu crescimento e sua actividade metabólica Saneador - agente que mata 99,9% dos microrganismos contaminantes de uma área. São normalmente aplicados em objectos inanimados Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 72

73 Principais grupos de desinfectantes e antisépticos 1. Fenol e compostos fenólicos 2. Álcool 3.Halogénios Iodo e compostos iodados Cloro e compostos clorados 4.Metais pesados Mercúrio, prata, cobre 5.Detergentes ou surfactantes 6.Esterilizantes químicos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 73

74 1. Fenol e compostos fenólicos solução de fenol 5% mata rapidamente as formas vegetativas dos microrganismos, porém os esporos são muito mais resistentes o fenol por ser tóxico e apresentar odor desagradável não é muito utilizado como desinfectante ou anti-séptico. Substituição por derivados químicos menos tóxicos para os tecidos e mais activos mecanismo de acção : fenol e derivados, alteram a permeabilidade selectiva da membrana, desnaturam e inactivam proteínas como enzimas, causando perda de substâncias intracelulares (lisam as células) dependendo da concentração utilizada podem ser bacteriostáticos ou bactericidas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 74

75 2. Álcoois soluções de etanol a %: eficientes contra as formas vegetativas dos microrganismos não matam os endósporos bacterianos: Bacillus anthracis pode sobreviver no álcool durante 20 anos metanol não é utilizado como agente bactericida - é altamente tóxico. Quanto maior for a cadeia de carbono do álcool maior a sua propriedade bactericida, mas os álcoois maiores como o propílico e isopropílico já não são solúveis em água álcoois propílicos e isopropílicos a 40-80% são bactericidas para células vegetativas. álcool etílico a 70% e álcool isopropílico a 90% (mais eficiente contra vírus): utilizados como anti-sépticos de pele e como desinfectantes de termómetros clínicos de uso oral e de certos instrumentos cirúrgicos mecanismo de acção : capazes de desnaturar proteínas; como são solventes de lípidos, lesam as estruturas lipídicas da membrana das células microbianas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 75

76 Iodo, cloro e bromo 3. Halogénios Fortes agentes oxidantes e altamente reactivos - destruindo os componentes vitais da célula microbiana Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 76

77 3.1 Iodo e compostos iodados iodo tradicionalmente usado como agente anti-séptico agente microbicida de alta eficiência contra todos as espécies bacterianas; também esporicida, fungicida, viricida e amebicida usado principalmente para assepsia da pele mecanismo de acção: destruição de compostos metabólitos essenciais dos microrganismos por meio de oxidação., exemplo inactivação do aminoácido tirosina Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 77

78 3.2 Cloro e compostos clorados na forma gasosa (Cl 2 ) ou em combinações químicas representa um dos desinfectantes mais largamente utilizados o gás comprimido em forma líquida é a escolha universal para a purificação de águas de abastecimento, pública, piscinas e estações de tratamento de água e esgoto. como o cloro gasoso é de difícil manipulação, utilizam-se compostos inorgânicos clorados, como os hipocloritos e cloraminas, esta última é mais estável, mais o cloro é libertado num período maior que nos hipocloritos a concentração do cloro deve atingir 0.5 a 1.0 ppm mecanismo de acção : Cl 2 + H 2 O --- HCl + HClO HClO --- HCl + O (poderoso agente oxidante que pode destruir subst.âncias celulares) o cloro pode também combinar-se directamente com as proteínas celulares e destruir as suas actividades biológicas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 78

79 4.Metais pesados: Hg, Pb, Zn, Ag, Cu acção oligodinâmica - quantidades extremamente pequenas exercem efeito letal sobre as bactérias compostos com Hg orgânico possuem maior actividade antimicrobiana e menos toxicidade que os inorgânicos - mercurocromo o sulfato de cobre é efectivo como um algicida em resíduos abertos de água e piscinas, tem também acção fungicida mecanismo de acção: inactivam as proteínas celulares combinando-se com alguns componentes da proteína Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 79

80 5.Detergentes ou surfactantes diminuem a tensão superficial, utilizados para a limpeza de superfícies são compostos anfipáticos (possuem uma parte polar e outra apolar), como por exemplo os sabões quimicamente os detergentes são classificados em: Detergentes aniónicos - a propriedade detergente do composto reside na porção aniónica. Ex. sabão - [C 9 H 19 COO] - Na + Detergentes catiónicos - a propriedade detergente do composto reside na porção catiónica. Ex. cloreto de cetilpiridínico - [Ar-N C 16 H 33 ] + Cl - muitos detergentes antimicrobianos pertencem ao grupo catiónico, dos quais os compostos quaternários de amónio são mais largamente usados Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 80

81 5.1Compostos quaternários de amónia bactericidas (Gram-positivas e Gramnegativas) mesmo em concentrações muito baixas apresentam uma combinação de propriedades que fazem deles excelentes anti-sépticos, desinfectantes e saneadores: baixa toxicidade alta solubilidade em água alta estabilidade em solução não são corrosivos largamente aplicados em chão, paredes e outras superfícies e em equipamentos mecanismo de acção : desnaturação de proteínas das células, interferências com os processos metabólicos, e lesão da membrana citoplasmática Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 81

82 6.1 Óxido de etileno líquido a temperaturas abaixo de 10.8ºC, acima torna-se gás; vapores altamente irritantes para os olhos e a mucosa. inflamáveis mesmo a baixa concentração um grande poder de penetração; atravessa e esteriliza o interior de grandes pacotes desvantagem: baixa velocidade de acção, necessitando de várias horas de exposição para ser eficiente utilizado rotineiramente para a esterilização de materiais médicos e laboratoriais. No programa espacial pelos cientistas americanos e russos para a descontaminação dos compostos das naves espaciais mecanismo de acção: inactiva as enzimas e outras proteínas que tem átomos de hidrogénio lábeis Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 82

83 6.2 B-Propiolactona líquido incolor à temperatura ambiente ponto ebulição = 155 º C; não é inflamável causa irritação na pele e nos olhos bactericida, esporicida, fungicida e virocida mais activo contra os microrganismos que o óxido de etileno (2 a 5 mg/l de ß- propiolactona para fins de esterilização de material, contra 400 a 800 mg/l do óxido de etileno) desvantagem: não apresenta poder de penetração, apresenta propriedades cancerígenas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 83

84 líquido oleoso, incolor 6.3 Glutaraldeído a 2% já tem um largo espectro de actividade anti-microbiana vírus, células vegetativas e esporuladas de bactérias e fungos utilizado na medicina para esterilizar instrumentos urológicos, equipamentos respiratórios Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 84

85 6.4 Formaldeído gás que se mostra estável somente em alta concentração e temperatura extremamente tóxico; vapores intensamente irritantes para as mucosas em temperatura ambiente polimeriza-se formando uma substância sólida incolor (paraformaldeído) que libera o formaldeído por aquecimento o formaldeído em solução é utilizado para desinfecção de instrumentos. na forma gasosa pode ser utilizado para desinfecção e esterilização de áreas fechadas mecanismo de acção: inactivação de constituintes celulares (proteínas e ácidos nucleicos) Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 85

86 Mecanismos de acção de vários compostos químicos antimicrobianos atuitos/mb1504/capitulos/cap6.html Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 86