"Não inventei a penicilina", disse Alexander Fleming sobre o medicamento que lhe rendeu o Prêmio Nobel e revolucionou a medicina. "A natureza é que a fez. Eu só a descobri por acaso".
Alexander Fleming nasceu em 6 de agosto de 1881, em Lochfield, no condado escocês de Ayr, no Reino Unido. Alec, como todos o chamavam, era o sétimo de oito filhos e ficou órfão de pai aos sete anos. Ele viveu numa fazenda até os 16 anos.
Em 1895, seu irmão Tom, oculista, levou para Londres os irmãos John, que aprendeu a fazer lentes, e os mais novos Robert e Alec, para estudar na Escola Politécnica. Na capital inglesa, Alec também trabalhou numa agência de navegação até ingressar, em outubro de 1901, na Escola Médica do Hospital de Saint Mary
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Após a formatura, Fleming entrou na equipe de Almroth Wright, um dos pioneiros da vacinação. Ele gostaria de ter sido cirurgião, mas apaixonou-se pela pesquisa da equipe de Wright. Seu primeiro grande feito foi simplificar o teste da sífilis, que era uma das grandes epidemias da época.
Com a Primeira Guerra, num hospital na França, desenvolveu técnicas que melhoraram o tratamento de feridas infectadas. Numa das suas curtas licenças, em 1915, casou-se em Londres com Sally McElroy. Após a guerra, seu irmão John casou-se com a gêmea de Sally, Elisabeth.
Com a Primeira Guerra, num hospital na França, desenvolveu técnicas que melhoraram o tratamento de feridas infectadas. Numa das suas curtas licenças, em 1915, casou-se em Londres com Sally McElroy. Após a guerra, seu irmão John casou-se com a gêmea de Sally, Elisabeth.
Alexander Fleming, bacteriologista do St. Mary's Hospital, de Londres, vinha já há algum tempo pesquisando substâncias capazes de matar ou impedir o crescimento de bactérias nas feridas infectadas. Essa preocupação se justificava pela experiência adquirida na Primeira Grande Guerra (1914-1918), na qual muitos combatentes morreram em conseqüência da infecção em ferimentos profundos.
Em 1922 Fleming descobrira uma substância antibacteriana na lágrima e na saliva, a qual dera o nome de lisozima.
Em 1928 Fleming desenvolvia pesquisas sobre estafilococos, quando descobriu a penicilina. A descoberta da penicilina deu-se em condições peculiaríssimas, graças a uma seqüência de acontecimentos imprevistos e surpreendentes.
No mês de agosto daquele ano Fleming tirou férias e, por esquecimento, deixou algumas placas com culturas de estafilococos sobre a mesa, em lugar de guardá-las na geladeira ou inutilizá-las, como seria natural.
Quando retornou ao trabalho, em setembro, observou que algumas das placas estavam contaminadas com mofo, fato que é relativamente freqüente. Colocou-as então, em uma bandeja para limpeza e esterilização com lisol. Neste exato momento entrou no laboratório um seu colega, Dr. Pryce, e lhe perguntou como iam suas pesquisas. Fleming apanhou novamente as placas para explicar alguns detalhes ao seu colega sobre as culturas de estafilococos que estava realizando, quando notou que havia, em uma das placas, um halo transparente em torno do mofo contaminante, o que parecia indicar que aquele fungo produzia uma substância bactericida. O assunto foi discutido entre ambos e Fleming decidiu fazer algumas culturas do fungo para estudo posterior.
O fungo foi identificado como pertencente ao gênero Penicilium, donde deriva o nome de penicilina dado à substância por ele produzida. Fleming passou a empregá-la em seu laboratório para selecionar determinadas bactérias, eliminando das culturas as espécies sensíveis à sua ação.
A descoberta de Fleming não despertou inicialmente maior interesse e não houve a preocupação em utilizá-la para fins terapêuticos em casos de infecção humana até a eclosão da Segunda Guerra Mundial, em 1939.
Em 1940, Sir Howard Florey e Ernst Chain, de Oxford, retomaram as pesquisas de Fleming e conseguiram produzir penicilina com fins terapêuticos em escala industrial, inaugurando uma nova era para a medicina - a era dos antibióticos.
Alguns anos mais tarde, Ronald Hare, colega de trabalho de Fleming, tentou, sem êxito, "redescobrir" a penicilina em condições semelhantes às que envolveram a descoberta de Fleming. Após um grande número de experiências verificou que a descoberta da penicilina só se tornou possível graças a uma série inacreditável de coincidências, quais sejam:
- O fungo que contaminou a placa, como se demonstrou posteriormente, é um dos três melhores produtores de penicilina dentre todas as espécies do gênero Penicilium;
- O fungo contaminante teria vindo pela escada do andar inferior, onde se realizavam pesquisas sobre fungos;
-O crescimento do fungo e dos estafilococos se fez lentamente, condição necessária para se evidenciar a lise bacteriana;
- No mês de agosto daquele ano, em pleno verão, sobreveio uma inesperada onda de frio em Londres, que proporcionou a temperatura ideal ao crescimento lento da cultura;
- A providencial entrada do Dr. Pryce no Laboratório permitiu que Fleming reexaminasse as placas contaminadas e observasse o halo transparente em torno do fungo, antes de sua inutilização.
Apesar de todas essas felizes coincidências, se Fleming não tivesse a mente preparada não teria valorizado o halo transparente em torno do fungo e descoberto a penicilina.
PENICILINA
ESTRUTURA
As penicilinas contêm um anel activo, o anel beta-lactâmico, que partilham com as cefalosporinas.
As penicilinas contém um núcleo comum a todas elas e uma região que varia conforme o subtipo.
Todas penicilinas têm a mesma estrutura básica: ácido 6 aminopenicilanico, um anel tiazolidina unido a um anel beta lactamico que leva um grupo amino livre.
MECANISMO DE AÇÃO
Todos os antibióticos beta-lactâmicos (penicilinas e cefalosporinas) interferem na síntese de parede celular bacteriana, através de sua ligação com as enzimas PLP. A penicilina acopla num receptor presente na membrana interna bacteriana (PBP) e interfere com a transpeptidação que ancora o peptidoglicano estrutural de forma rígida em volta da bactéria. Como o interior desta é hiperosmótico, sem uma parede rígida há afluxo de água do exterior e a bactéria lisa (explode).
O principal mecanismo de resistência de bactérias à penicilina baseia-se na produção de Beta-lactamases, enzimas que degradam a penicilina impedindo sua ação.
Outro mecanismo de ação da Penicilina é a inativação de enzimas autolíticas na parede celular, isto da como resultado a lise celular.
USOS TERAPÊUTICOS
Há dois tipos principais de penicilina:
1. A Penicilina G ou benzilpenicilina, foi a primeiramente descoberta é geralmente injectavel (intra-venosa ou intra-muscular) ainda que existam formas bucais para tratamento dental. Ela é mal absorvida a partir do intestino por isso a via oral não é utilizada.
2. A Penicilina V ou fenoximetilpenicilina é geralmente administrada por via oral e é absorvida para o sangue ao nível intestinal.
As penicilinas são eliminadas por secreção tubular nos rins.
É a primeira escolha para infecções bactérianas causadas por organismos Gram-positivos e outros que não sejam suspeitos de resistência.
É geralmente eficaz contra espécies Gram+ ou de Streptococcus, Clostridium, Neisseria, e anaérobios excluindo Bacteroides. Usa-se em casos de meningite bacteriana, bacterémia, endocardite, infecções do tracto respiratório (pneumonia), faringite, escarlatina, sífilis, gonorreia, otite média e infecções da pele causadas pelos organismos referidos.
A Penicilina já não é a primeira escolha em infecções por Staphylococcus devido a resistência disseminada nesse género.
EFEITOS INDESEJADOS
A penicilina não tem efeitos secundários significativos, mas pode raramente causar reações alérgicas e até choque anafilático nos indivíduos susceptíveis.
Sintomas iniciais nesses casos podem incluir eritemas cutâneos disseminados, febre e edema da laringe, com risco de asfixia. A sua introdução por injeção no organismo também é conhecida por ser dolorosa.
Além disso uso prolongado ou em altas doses pode causar deplecção da flora normal no intestino e suprainfecção com espécie patogénica.
FÁRMACOS DERIVADOS
Existem muitos antibióticos derivados por métodos químicos industriais da penicilina, constituindo as penicilinas semi-sintéticas:
Amoxicilina, Ampicilina e Pivampicilina têm maior espectro de acção, e são eficazes contra mais tipos de organismos.
§ Flucloxacilina é mais resistente à beta-lactamase (uma penicilinase).
§ Carbenacilina, Aziocilina, Ticarcilina são eficazes contra espécies de Pseudomonas, especialmente a P.aeruginosa, que são importantes patogénios do meio hospitalar.
UM POUCO MAIS SOBRE ANTIBIÓTICOS
Introdução
Os antibióticos são produtos de enorme importância não apenas na área de saúde, como também na economia, visto que apenas nos Estados Unidos, cerca de 100.000 toneladas são produzidas anualmente. Embora aproximadamente 8000 substâncias com atividade antimicrobiana sejam conhecidas e, a cada ano, centenas de novas substâncias sejam descobertas, pouquíssimas são efetivamente aproveitadas e utilizadas como agentes antimicrobianos, visto que muitas destas não atendem aos requisitos mínimos para seu emprego terapêutico. Paralelamente, não podemos deixar de mencionar o crescente problema em relação ao surgimento de espécies bacterianas resistentes aos diferentes antibióticos. Este talvez corresponda ao principal desafio dos pesquisadores, visto que a multirresistência vem se tornando diariamente mais disseminada nas populações microbianas, sejam patogênicas ou não. Mais recentemente, outro aspecto que vem sendo cada vez mais levado em consideração refere-se à ocorrência dos biofilmes e sua importância na terapêutica antimicrobiana, pois o conhecimento sobre a ocorrência de biofilmes microbianos em nosso organismo levou a uma quebra do paradigma de tratamento das doenças infecciosas. Certamente, para que os antibióticos possam ser empregados de forma mais eficaz, será necessário um maior conhecimento acerca dos biofilmes formados naturalmente em nosso organismo. Pois, somente a partir da elucidação da ecologia dos biofilmes naturais do homem, teremos maiores chances de tratar de forma adequada as várias doenças infecciosas.
Conceitos
• Agente Antimicrobiano: Composto químico que mata ou inibe o crescimento de microrganismos, podendo ser natural ou sintético.
• Agentes Quimioterápicos (Antimicróbicos): Agentes químicos, naturais ou sintéticos, usados no tratamento de doenças. Atuam matando ou inibindo o desenvolvimento dos microrganismos, em concentrações baixas o suficiente para evitar efeitos danosos ao paciente.
• Antibióticos: Grupo de agentes quimioterápicos (maioria), que constituem-se em produtos microbianos ou derivados. São produtos do metabolismo secundário (quando a célula entra em fase estacionária), não essenciais para o crescimento ou reprodução, sendo sua síntese dependente da composição do meio (podem ser super produzidos). São geralmente compostos complexos, cuja síntese envolve várias etapas enzimáticas, sendo as enzimas reguladas separadamente das do metabolismo primário. Via de regra, a produção de antibióticos está associada ao fenômeno de quorum sensing.
• Quimioterápico: Agente químico sintético, exibindo as mesmas atividades de um antibiótico.
Histórico dos antibióticos e descobertas relacionadas
Paul Ehrlich (1854 - 1915): Desenvolveu o conceito de toxicidade seletiva, indicando que determinado agente exibia uma ação danosa aos microrganismos, sem afetar as células do hospedeiro. Tal conceito tem importante reflexo prático, pois indica se um agente pode, teoricamente, ser útil no tratamento de doenças infecciosas. Este pesquisador trabalhava com corantes e técnicas de coloração de microrganismos, quando verificou que alguns compostos coravam os microrganismos, mas não os tecidos animais. Esperava encontrar um corante tóxico aos microrganismos ("bala mágica").
1904 - Uso prático do vermelho de tripan, composto ativo contra o tripanossoma que causava a doença africana do sono.
Ehrlich & Hata: realização de testes com compostos arsenicais, em coelhos com sífilis. Descobriram que o composto 606, arsfenamida, era ativo => Em 1910, foi lançado o medicamento Salvarsan (nome comercial da arsfenamida), para o tratamento da sífilis.
1927 - Na I. G. Farbenindustrie (Bayer) - G. Domagk: testava corantes e outros compostos químicos, quanto à ação em microrganismos e toxicidade em animais.
1935 - Vermelho Prontosil: inócuo para animais, protegendo camundongos contra estafilococos e estreptococos patogênicos. Neste mesmo ano, foi descoberto que o prontosil era clivado no organismo, originando a sulfanilamida como um dos produtos. Na realidade, a droga eficaz era a sulfanilamida.
1939 - Nobel para Domagk
1896 - E. Duchesne: descobriu a penicilina, mas raramente tal pesquisador é citado, pois seus achados nunca foram devidamente publicados ou notificados, sendo esquecids durante vários anos.
A. Fleming: Busca de um tratamento eficaz para os feridos na II Guerra Mundial. Foi o "segundo" descobridor da penicilina e tentou, sem sucesso, purificá-la em quantidades suficientes para ser utilizada como medicamento.
1939 - H. Florey & E. Chain - testavam atividade bactericida de várias substâncias (lisozima, sulfonamidas). Obtiveram a cultura de fungo isolada inicialmente por Fleming, passando a trabalhar na purificação da penicilina. Injetarama penicilina em camundongos infectados com estafilococos ou estreptococos e observaram que quase todos sobreviveram. (Trabalho publicado em 1940).
1945 - Nobel para Florey, Chain e Fleming
1944 - S. Waksman: descobrimento da estreptomicina (Streptomyces griseus), a partir do teste de cerca de 10.000 linhagens de bactérias e fungos do solo.
1952 - Nobel para Waksman.
Até 1953 - Isolamento de microrganismos produtores de cloranfenicol, neomicina, terramicina e tetraciclina.
A partir de 1953 - a indústria investiu centenas de milhares de dólares na busca de novas drogas antimicrobianas, sendo que tal linha de pesquisa perdura até hoje em todo o mundo, empregando diversos tipos de abordagens.
Características gerais das drogas antimicrobianas
• Toxicidade Seletiva: característica que todo antimicrobiano deveria apresentar, pois reflete-se na capacidade de atuar seleivamente sobre o microrganismo, sem provocar danos ao hospedeiro.
Esta é expressa em termos do índice terapêutico: relação B/A, onde
A) Dose terapêutica: concentração p/ tratamento
B) Dose tóxica: concentração a partir da qual é tóxica
Drogas que atuem sobre funções microbianas inexistentes em eucariotos geralmente tem maior toxicidade seletiva e índice terapêutico (Penicilina).
• Espectro de ação: Refere-se à diversidade de organismos afetados pelo agente. Geralmente os antimicrobianos são de pequeno ou de amplo espectro. Atualmente, uma série de laboratórios vem trabalhando em busca de isolar e purificar antimicrobianos de espectro restrito, que atuam especificamente sobre um ou um pequeno número de microrganismos. No entanto, atualmente os antibióticos comercializados enquadram-se nas categorias de pequeno e amplo espectro de ação.
Exemplos de diferentes drogas antimicrobianas, classificadas de acordo com o espectro de ação.
(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)
• Quanto à síntese: Microbiana, química ou semi-sintética
Microbiana - geralmente por uma ou poucas bactérias (actinomicetos) e vários tipos de fungos filamentosos. Geralmente correspondem a produtos do metabolismo secundário.
Química - Sulfonamidas, Trimetoprim, Cloranfenicol, Isoniazida além de outros antivirais e antiprotozoários.
Semi-sintéticos - são antibióticos naturais, modificados pela adição de grupamentos químicos, tornando-os menos suscetíveis à inativação pelos microrganismos (ampicilina, carbencilina, meticilina).
• Quanto à ação: "státicos" ou "cidas"
Os "cidas" podem ser "státicos" dependendo da concentração, ou do tipo de organismo.
Os "staticos" tem sua ação vinculada à resistência do hospedeiro.
• CMI e CML: 2 parâmetros que indicam a eficiência da droga.
A droga "cida" geralmente elimina o agente em concentrações de
• Atingir concentrações efetivas nos tecidos e entrar em contato com o microrganismo.
• Não alterar os mecanismos naturais de defesa do hospedeiro.
Mecanismos de ação dos antimicrobianos
Vários são os possíveis alvos para os agentes antimicrobianos. O conhecimento dos mecanismos de ação destes agentes permite entender sua natureza e o grau de toxicidade seletiva de cada droga.
Exemplos das principais estruturas ou etapas metabólicas afetadas por antibióticos
(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)
1) Inibição da síntese da Parede Celular: estes agentes antimicrobianos correspondem aos mais seletivos, apresentando um elevado índice terapêutico.
penicilinas, ampicilina e cefalosporinas: contém em sua estrutura um anel b-lactâmico, que interage com proteínas denominadas PBPs (Penicillin Binding Protein), inibindo a enzima envolvida na transpeptidação, responsável pela ligação entre as cadeias de tetrapeptídeos do peptideoglicano. Com isso, há o impedimento da formação das ligações entre os tetrapeptídeos de cadeias adjacentes de peptideoglicano, ocasionando uma perda na rigidez da parede celular. Acredita-se também que tais drogas podem atuar promovendo a ativação de enzimas autolíticas, resultando na degradação da parede.
Mecanismo de ação dos antibióticos b-lactâmicos
(Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)
bacitracina: Interfere com a ação do carreador lipídico que transporta os precursores da parede pela mebrana. Resulta na não formação das ligações entre o NAM e NAG.
vancomicina: liga-se diretamente à porção tetrapeptídica do peptideoglicano. É ainda a droga de escolha para linhagens resistentes de S. aureus.
2) Ligação à Membrana Citoplasmática: são agentes antimicrobianos que muitas vezes exibem menor grau de toxicidade seletiva.
polimixinas: Ligam-se à membrana, entre os fosfolipídeos, alterando sua permeabilidade (detergentes). São extremamente eficientes contra Gram negativos, pois afetam tanto a membrana citoplasmática como a membrana externa.
Ionóforos: Moléculas hidrofóbicas que se imiscuem na Membrana citoplasmática, permitindo a difusão passiva de compostos ionizados para dentro ou fora da célula.
Exemplo de um antibiótico que atua como ionóforo
(Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)
3) Inibição da síntese de ácidos nucléicos: seletividade variável.
Novobiocina: se liga a DNA girase, afetando o desenovelamento do DNA, impedindo sua replicação.
quinolonas: Inibem a DNA girase, afetando a replicação, transcrição e reparo.
Rifampicina: Ligação à RNA polimerase DNA-dependente, bloqueando a transcrição.
4) Inibição da tradução: São geralmente bastante seletivos. Correspondem a um dos principais grupos de agentes antimicrobianos, uma vez que a síntese protéica corresponde a processo altamente complexo, envolvend várias etapas e diversas moléculas e estruturas.
Diferentes etapas da tradução que podem ser afetadas por agentes antimicrobianos
(Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)
estreptomicina e gentamicina: Liga-se à subunidade ribossomal 30S, bloqueando-a e promovendo erros na leitura do mRNA. Interferem com a formação do complexo de iniciação.
tetraciclina: Liga-se à subunidade ribossomal 30S (sítio A), impedindo a ligação do aminoacil-tRNA.
cloranfenicol: Liga-se à subunidade ribossomal 50S e inibe a ligação do tRNA e da peptidil transferase, inibindo a elongação.
eritromicina: Liga-se à subunidade ribossomal 50S e inibe a elongação.
Exemplos de drogas que interferem com a síntese protéica
(Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)
5) Antagonismo metabólico: geralmente ocorre por um mecanismo deinibição competitiva.
Sulfas e derivados: inibição da síntese do ácido fólico, pela competição com o PABA.
Trimetoprim: bloqueio da síntese do tetrahidrofolato, inibindo a dihidrofolato redutase.
Similaridade estrutural entre a sulfanilamida e o PABA (importante precursor da síntese de purinas)
(Adaptado de Atlas, R.M., Principles of Microbiology, 1997)
Isoniazida: afeta o metabolismo do NAD ou piridoxal, inibe a síntese do ácido micólico - "fator corda".
Resistência microbiana
Este tema tornou-se um motivo de preocupação crescente entre os profissionais da área de saúde, pois a cada ano observamos o aumento de linhagens resistentes aos mais diversos agentes antimicrobianos.
 Proporção de bactérias fecais, isoladas de indivíduos normais, resistentes aos diferentes antibióticos. |  Aumento na proporção de linhagens de N. gonorrhoaea resistentes à penicilina. |
(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003) | |
A resistência microbiana aos antimicrobianos pode ser de dois tipos:
• Natural: ausência da estrutura, ou via metabólica alvo.
• Adquirida: Através de mutações espontâneas e seleção, ou por recombinação após transferência de genes.
Dentre os principais mecanismos de resistência podemos citar:
Impermeabilidade à droga: Muitas bactérias Gram negativas são resistentes à penicilina G por serem impermeáveis à droga, ou por apresentarem alterações em proteínas de ligação à penicilina. No caso das
sulfonamidas, o microrganismo pode também apresentar uma menor permeabilidade à droga.
Inativação: muitas drogas são inativadas por enzimas codificadas pelos microrganismos. Por exemplo, a penicilinase (b-lactamase) é uma enzima que cliva o anel b-lactâmico inativando a droga. Outras drogas podem ser inativadas em decorrência de modificações introduzidas pelo microrganismo, tais como a adição de grupamentos químicos. Assim, muitos microrganismos são capazes de promover a fosforilação ou acetilação de antibióticos.
Modificação de enzima ou estrutura alvo: Por exemplo, alterações na molécula do rRNA 23S (no caso de resistência à eritromicina e cloranfenicol), alteração da enzima, no caso de drogas que atuam no metabolismo, ou uso de vias metabólicas alternativas.
Bombeamento para o meio: Efluxo da droga - No caso da resistência às tetraciclinas, em bactérias entéricas.
Fonte:
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