Aplicaciones de La Microbiología

 

Universidad Nacional de Asunción Facultad de Ciencias Químicas Ingeniería Química Microbiología Industrial  Aplicaciones de Microbiología Microbiología Industrial en Biomedicina

Prof. IQ. Karen Martínez Grupo 9:  

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Bogado, Sergio Espínola, Milagros Martínez, Marcelo Velázquez, Juan

San lorenzo-Paraguay 2020

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Índice Introducc Intro ducción. ión............ ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... ..................... .......................................... ...............................3 3 Objetivo General............................................................................................................4 Objetivos específicos.....................................................................................................4 Marco teórico.................................................................................................................5  Antibióticos.............  Antibióticos ........................... ............................. ............................. ............................ ............................. ............................. ..................... ............ ......... 5 Penicilina....................................................................................................................5 Penicillium notatum....................................................................................................5 Producción de penicilina.............................................................................................6 Proceso de producción...........................................................................................6 Diagrama de proceso..............................................................................................7 Las vacu vacunas nas.......... .................... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... .................... ............................. ................... 8 Producción de vacunas inactivadas........................................................................9 Producción de vacunas recombinantes................................................................10 Novedades sobre la fabricación de vacunas.........................................................10 Conclusión...................................................................................................................11 Bibliografía...................................................................................................................12  Anexos.....................................  Anexos....................... ............................ ............................. ............................. ............................. ............................. ...................... ............ .... 13

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Introducción Se puede definir a la Microbiología Industrial como la parte de la microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos. Por lo tanto la Microbiología Industrial representa una parte, seguramente la más importante, de la Biotecnología. La Biotecnología es un área multidisciplinaria que comprende toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos. Las áreas de aplicación de la Microbiología industrial son muy variadas y de ella el lass su surg rge e la im impo port rtan anci cia a y el im impa pact cto o que que tien tiene e es esta ta di disc scip iplilina na en la actualidad. Se debe destacar en primer lugar su importancia en el área de la salud y tratamiento de enfermedades, fundamentalmente por su aplicación en la producción de compuestos de actividad farmacológica y vacunas, como por  ejemplo la penicilina. Con el descubrimiento de la penicilina podemos afirmar que hubo un antes y un desp de spué uéss en la hist histor oria ia de la me medi dici cina na,, to todo do co come menz nzó ó cu cuan ando do Al Alex exan ande der  r  Fleming descubrió por accidente que había un hongo capaz de matar a algunas bacterias. Tenía unas placas de cultivo descuidadas y contaminadas de moho, y alrededor de las zonas de crecimiento del hongo observó que no había bacterias. Intrigado, comenzó a estudiar aquel fenómeno. Dicho hongo se trataba tratab a de u un nh hongo ongo del gene genero ro  penecillium, gracias a su descubrimiento se consi co nsigui guió ó ven vence cerr a un gra gran n núm número ero de mic microo roorga rganis nismos mos res respon ponsa sable bless de producir infecciones. La microbiología industrial ha sido clave en la producción de penicilinas, sus derivados y los compuestos relacionados, denominados genéricamente como antibióticos beta-lactámicos, continúan siendo el grupo de antibióticos que más se utilizan. La fab fabric ricaci ación ón de una vacuna vacuna es un pro proce ceso so com comple plejo jo con varia variass eta etapas pas rigurosamente controladas de inicio a fin. Esto se debe a que las vacunas son productos biológicos y se obtienen a partir de organismos vivos, como virus y bacterias. Tienen que cumplir los máximos estándares de calidad y seguridad y para ello, entre otros requisitos deben realizarse en atmósfera controlada y en estrictas condiciones de asepsia

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Objetivo General Investigar sobre las aplicaciones de la microbiología industrial en biomedicina

Objetivos específicos 

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Presentar la utilidad de los antibióticos Describir Describir el el proceso proceso de de producción producción de de la laspenicilina vacunas Enumerar los tipos de vacunas Explicar el propósito de las vacunas

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Marco teórico  Antibióticos Se denom denomina ina antibi antibióti ótico co a cua cualqu lquier ier sustan sustancia cia quí químic mica a pro produc ducida ida por un micr mi croo oorg rgan anis ismo mo,, ut utililiz izad ada a para para elim elimin inar ar o in inhi hibi birr el crec crecim imie ient nto o de otro otross microorganismos infecciosos. Una propiedad común a todos los antibióticos es la toxicidad selectiva.

Penicilina La penicilina es el primer antibiótico que se ha utilizado con éxito en la medi me dici cina na.. Esta Esta fu fue e desc descub ubie iert rta a de fo form rma a ca casu sual al por por el mi micó cólo logo go su suec eco o  Alexander Fleming en en 1928. El investigador estaba realizando un experimento con bacterias del género Staphylococcuss y el medio de cultivo fue contaminado por un hongo del género Staphylococcu penecillium. Fleming observó que en el sitio donde se desarrolló el hongo, la bacteria no crecía. La prim primer era a peni penici cilin lina a co come merc rcia iall se pr prod oduj ujo o en 19 1941 41 y ya en 19 1943 43 lo logr gró ó producirse a gran escala. Se pr prod oduc ucen en con con espe especi cial al ab abun unda danc ncia ia po porr el Penic Penicillium illium nota notatum tum. Co Como mo antibiótico, la penicilina mata bacterias e impide que éstas continúen con su crec crecim imie ient nto, o, sin sin em emba barg rgo, o, só sólo lo titien ene e el po pode derr de comb combat atir ir a aq aque uellllos os microorganismos patógenos que se encuentran en crecimiento y multiplicación, y no a esos que aún se encuentran en estado latente. Posee Pose e un es espe pect ctro ro de ac acci ción ón bast bastan ante te ampl amplio io y se ca cara ract cter eriz iza a po porr se ser  r  considerablemente inocua para el organismo humano, es por eso que en la práctica es el antibiótico más importante de todos los utilizados. La dosificación de la misma se hace en “Unidades internacionales de penicilina”. La familia de las penicilinas comprende penicilinas naturales (como la penicilina G) aisladas de cepas de Penicillium notatum y de otras especies, y derivados semisintéticos de las penicilinas naturales (por ejemplo, la amoxicilina).

Penicillium notatum Penicillium notatum o chrysogenum es la especie de hongo que se utiliza más frecuentemente en la producción de penicilina. La especie está dentro del género Penicillium de la familia Aspergilliaceae. Se ca cara ract cter eriz iza a po porr ser un ho hong ngo o fifila lame ment ntos oso. o. Cu Cuan ando do es cu cultltiv ivad ado o en la labo bora rato torio rio,, su suss colo coloni nias as so son n de cr crec ecim imie ient nto o rápi rápido do.. Ti Tien enen en ap apar arie ienc ncia ia aterciopelada hasta algodonosa y coloración verde azulada. P. chrysogenum es una especie saprófita, es capaz de descomponer materia orgán org ánica ica para para pro produc ducir ir compue compuesto stoss de car carbon bono o sim simple pless qu que e uti utiliz liza a en su alimentación. 5

 

La especie es ubicua (se puede encontrar en cualquier parte) y es común encontrarla en espacios cerrados, el suelo o asociada a plantas. También crece sobre el pan y sus esporas son comunes en el polvo.

Producción de penicilina La pe peni nici cililina na se pr prep epar ara a come comerc rcia ialm lmen ente te en form forma a de sa sall só sódi dica ca de la bencilpenicilina que es soluble en agua y bastante estable frente a la acción de esta. Para el proceso de producción de este antibiótico se sintetiza la bencilpenicilina mediante la fermentación aerobia en un biorreactor.

Proceso de producción Preparación del inoculo El hongo hongo es man manten tenido ido ini inicia cialme lmente nte como como es espor poras, as, co conse nserva rvadas das a baj bajas as temperaturas, puede ser por medio de liofilización o nitrógeno líquido, el fin de esto es mantener el desarrollo vegetativo antes de entrar a la siguiente fase del proceso. Preparación de los nutrientes De manera general, todos los microorganismos tienen un requerimiento de hidr hidrog ogen eno, o, carb carbon ono, o, nitró nitróge geno no y dióx dióxid ido o de azuf azufre re pa para ra el crec crecim imie ient nto o y mantenimiento de sus células. En esta etapa lo que se hace es calcular los requerimientos necesarios para el tipo de hongo y la cantidad a ser producida. Fermentación En esta etapa ocurre el crecimiento de la cepa, este crecimiento inicia en erlenmeyers para luego pasar a los biorreactores donde ocurre la fermentación en sí. Los nutrie nutriente ntess pre prepar parad ados os pre previa viamen mente te se deb deben en int introd roduci ucirr al reacto reactorr de manera continua. El proceso debe mantenerse con un pH de aproximadamente 6.5 y a una temperatura de entre 23-26 oC por un tiempo dependiente del tipo de reactor, su volumen, el tipo de cepas, entre otras variables. En este proceso se obtiene como producto un caldo que contiene penicilina, biomasa (micelio) y los productos alimentados al reactor, es por esto que es necesario un proceso de separación.

Proceso de separación Filtración El primer paso para la separación del micelio es la filtración, en esta etapa es sumame sum amente nte imp import ortant ante e evitar evitar la con contam tamina inació ción n con con enz enzima imass que pue puedan dan destruir el antibiótico. Los filtros comúnmente utilizados son los rotatorios a vacío. El micelio recuperado puede ser vendido como fuente de proteínas para el ganado.

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Extracción por solvente Se debe hacer en medio ácido (pH entre 2-2.5) y se debe efectuar de la manera más rápida posible ya que a estos valores de pH la penicilina es muy inestable. Las penicilinas G o V son ácidos fuertes y estas formas acidas son solubles de en una gran variedad de solventes orgánicos. Para un alto rendimiento, los solventes comúnmente utilizados son acetato de amilo o acetato de butilo. Tratamiento con carbón activado El solvente que tiene la penicilina se trata con carbón activado con el fin de eliminar pigmentos y otras impurezas. Terminado este tratamiento, se separa el carbón mediante filtración y posterior lavado con solvente. Este procedimiento es cada vez menos utilizado debido a las bajas impurezas en los caldos y los altos rendimientos obtenidos. Cristalización Se realiza adicionando acetato de potasio o sodio en exceso. Se separan mediante filtración. Secado y limpieza de los cristales Los cristales recuperados son lavados con alcohol butílico u otros solventes volátiles que remueva las impurezas residuales como pigmentos y acetato sin usar. El secado se lleva a cabo con una corriente de aire caliente, vacío o calor  radiante.

Diagrama de proceso

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Las vacunas Son productos biológicos, obtenidos de microorganismos, que buscan generar  una respuesta inmune similar a la infección natural, pero sin perjudicar al vacunado. La inmunización activa (vacunación) tiene por objeto la inducción y producción de respuestas inmunitarias específicas protectoras (anticuerpos o inmunidad medi me diad ada a po porr linf linfoc ocititos os T) po porr pa part rte e de un in indi divi vidu duo o sa sano no se sens nsib ible le como como consecuencia consecuenc ia de la administración de un producto inmunobiológico. Las vacunas son medicamentos que se producen mediante virus o principios orgánicos que convenientemente preparados, se inoculan a una persona o a un animal ani mal par para a pre preser serva varlos rlos de una enferm enfermeda edad d det determ ermina inada da (Gr (Gripe ipe,, Tif Tifus, us, Viruela, Varicela, Difteria, Poliomielitis, Hepatitis B, Tétanos, Hepatitis A, etc.). Des esde de el pun unto to de vis ista ta mi miccro rob bio ioló lóg gic ico, o, la lass vac acu una nass actu ctual alm men ente te comercializadas se clasifican en víricas y bacterianas. A su vez, cada una de ellas se divide en dos grupos: vivas atenuadas y muertas o inactivadas.

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Producción de vacunas inactivadas.

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Producción de vacunas recombinantes

Novedades sobre la fabricación de vacunas. Las vacunas se someten a rigurosas pruebas de seguridad antes seguridad  antes de que la FDA las apruebe, y que se les hace seguimiento continuo sobre su seguridad seguridad.. El pro proces ceso o de produc producció ción n de vacuna vacunass involu involucra cra var varias ias fases fases de prueba pruebass financiadas por los fabricantes durante fabricantes durante muchos años, para garantizar que su aplicación sea segura. También se estudian las vacunas para administrarlas en grupo,, a fin de que trabajen en conjunto para proteger a su hijo. grupo La pand pandem emia ia de COVI COVIDD-19 19 ha pues puesto to de mani manififies esto to la ne nece cesi sida dad d de vacunas contra el virus SARS-CoV-2; actualmente hay al menos 43 en desa de sarr rrol ollo lo.. es De Desp spué ués s de lo los nece cesa sario riosslosensa endoce sayo yosspróximos en el se ser r hu huma mano no, , la esperanza que quizás aslone largo de meses— una o 10

 

más de estas vacunas candidatas demuestren ser seguras y costoefectivas para responder a la pandemia. Llegado ese momento, las partes interesadas se enfrentarán sin embargo a otro desafío: cómo fabricar y distribuir suficientes vacunas de calidad para responder a la demanda mundial. Existe un amplio consenso en que las medidas para garantizar un volumen de pro produc ducció ción n suf sufici icient ente e deb deben en co comen menzar zar aho ahora. ra. Alg Alguno unoss go gobie bierno rnoss ya están negociando acuerdos con fabricantes de vacunas. Lo que parece indiscutible es que, si al final contamos con múltiples candidatos a vacuna que presenten eficacia, será mejor para todos. Sobre todo porque la ef efic icac acia ia y la dura durabi bilid lidad ad en la pr prot otec ecci ción ón tota totall de lo loss ca cand ndid idat atos os solo solo se conocerá con el tiempo. Sin embargo, es igualmente cierto que la marcha acelerada y urgente en la fabricación, azuzada por la presión sanitaria y las supuestas motivaciones políticas, ha aumentado la desconfianza de la población hacia las vacunas contra el SARS-CoV-2. Por esta razón, hace unas semanas los directores ejecutivos de Pfizer  Inc.,, AstraZeneca, Inc.  AstraZeneca, GlaxoSmithKline GlaxoSmithKline,, ModernaTherapeutics ModernaTherapeutics,, Novavax Inc.,, BioNTech, Inc. BioNTech, Sanofi Sanofi,, Johnso Johnson n & Joh Johnso nson n y Merck Merck  (MS (MSD D fue fuera ra de Est Estad ados os Unidos y Canadá), nueve de las principales compañías farmacéuticas que está es tán n invo inun volu lucr crad adas as en sin el precedentes desa desarr rrol ollo lo de vacu nass acordaban co cont ntra ra la defender COVI COVIDD-19 19, firmaron compromiso precedentes. . Enva elcuna que la, integridad del proceso científico en el desarrollo de las vacunas. Las com compañ pañías ías farmac farmacéut éutica icass se compr comprome ometie tieron ron a des desarr arroll ollar ar y pro probar  bar  vacunas potenciales para la COVID-19 de acuerdo con los altos estándares éticos y los más sólidos principios científicos. Entre los puntos orquestados establecían que siempre debe ser una máxima prioridad la seguridad y el bienestar de las personas vacunadas. También coincidían en la importancia de continuar cumpliendo los estándares científicos y éticos con respecto a la realización r ealización de ensayos clínicos.

Conclusión Las aplicaciones de la microbiología en la medicina son vastas, pero algunas de las más importantes en su historia son las vacunas y los antibióticos, dada la importancia de la producción en masa de estas. Este trabajo describe tanto las utilidades como la producción industrial de los tipos de vacunas existentes y la de uno de los antibióticos más usados como lo es la penicilina, dando a conocer así el gran valor de estos.

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Bibliografía 

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 Anexos

Ilustración 2. Estructura de la especie Penicillium. Ilustración 1. Observación de la acción de antibióticos en una placa de Petri 

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Ilustración 3. Estructura de la bencilpenicilina

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. By Crulina 98 [CC BY-SA 3.0 (https://creativ ive ecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.htm l)], from Wikimedia Commons

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