Dicas pedagógicas de biologia para o ensino médio: A luta contra os micróbios – A história dos antibióticos

Agentes quimioterápicos são substâncias químicas utilizadas para o tratamento de doenças, e alguns desses agentes são produzidos por micro-organismos. Para entender melhor a importância desses agentes, você pode conferir A Importância da Educação ao Longo dos Anos.

A maioria dos antibióticos utilizados são produzidos por bactérias do gênero Streptomyces e alguns por fungos do gênero Penicillium e Cephalosporium. Esses compostos podem ter ação antibacteriana, antifúngica, antiviral e antiblástica.

A quimioterapia tem sido utilizada há vários séculos. A primeira grande descoberta foi realizada por Paul Ehrlich, um médico alemão. Ele acreditava que podia sintetizar um produto químico para curar a sífilis, mas sem prejudicar o paciente. Ele observou que o arsênio poderia inibir o agente causal da sífilis, porém era tóxico ao ser humano. Em 1908, ganhou um Prêmio Nobel por descobrir o primeiro composto químico sintetizado em laboratório que podia curar uma doença sem intoxicar o paciente. O composto foi eventualmente chamado de salvarsan.

Aproximadamente 30 anos mais tarde, pesquisas realizadas por Domagk e por Tréfouël e seus colaboradores resultaram na descoberta das sulfonamidas.

A descoberta da Penicilina

Em 1928, Alexander Fleming observou que o crescimento de bactérias Staphylococcus aureus era inibido na área ao redor de um fungo que havia contaminado a placa de Petri. Esta descoberta foi completamente acidental. Aparentemente, o fungo inibiu e matou as bactérias ao redor da colônia de fungos. Estudos deste fenômeno mostraram que o fungo do gênero Penicillium produzia uma substância contra estafilococos. Reações inibitórias similares entre colônias em meio sólido são comumente observadas em microbiologia e são chamadas de antibiose. Foi daí que surgiu o termo antibiótico.

Fleming denominou a substância descoberta de penicilina. A descoberta da penicilina e a subsequente utilização para o tratamento de feridos da guerra introduziram a era moderna dos antibióticos.

Desde 1940, muitos outros antibióticos têm sido isolados e identificados. A grande dificuldade é encontrar um composto que não seja tóxico para os tecidos humanos. Os antibióticos são relativamente fáceis de descobrir, mas poucos possuem valor medicinal ou comercial. Alguns são utilizados comercialmente como suplementos na alimentação de animais.

Para um composto químico ser um agente antimicrobiano ideal, ele deve ser capaz de destruir ou inibir muitas espécies de micro-organismos patogênicos, de preferência o maior número de espécies diferentes. A inibição dos micro-organismos deve ser de maneira que evite o desenvolvimento de formas resistentes, não produza efeitos colaterais indesejáveis no paciente, não elimine os micro-organismos da flora normal e seja solúvel nos fluidos corporais.

MECANISMOS DE AÇÃO DOS ANTIBIÓTICOS

Algumas bactérias são normalmente resistentes a determinado antibiótico, enquanto outras são sensíveis. As bactérias podem ser classificadas como sensíveis ou resistentes aos antimicrobianos. A resistência pode ser natural ou adquirida.

Na resistência natural, todas as amostras de uma espécie possuem essas características, e na adquirida, parte das amostras é resistente e a outra é sensível. A aquisição de resistência por uma célula bacteriana sensível é decorrente de uma alteração genética que se expressa bioquimicamente.

O antimicrobiano não induz a resistência, mas é um agente selecionador dos mais resistentes existentes no meio de uma população.

Existem vários mecanismos diferentes que podem explicar a resistência das bactérias aos antibióticos, como:

• Destruição ou inativação da droga, pela destruição do anel β-lactâmico, pela enzima β-lactamase ou penicilinase produzida pela bactéria.
• Incapacidade do antibiótico de penetrar na superfície das células bacterianas.
• Alteração dos sítios-alvo das drogas, como a troca de um aminoácido. A bactéria pode possuir uma via bioquímica alternativa que desvia a reação particular que é inibida pelo antibiótico da célula.
• Efluxo rápido: ejeta a droga para fora antes que possa se tornar efetiva.

A resistência mediada por mutações normalmente é simples e atinge apenas um antibacteriano. A resistência mediada por fator R (plasmídeo) pode ser simples, mas na maioria das vezes é múltipla, tornando a bactéria resistente a dois ou mais antimicrobianos graças à presença de genes de resistência para diferentes antimicrobianos em um só plasmídeo.

A resistência hereditária é carregada pelos plasmídeos ou por transposons (pequenos segmentos de DNA). A transferência pode ocorrer de uma bactéria para outra por conjugação, transdução ou transformação.

Em bactérias frequentemente selecionadas em hospitais, pode ocorrer a associação de resistência por mutação e plasmídio R em uma só bactéria.

Grupos antibacterianos

Os principais grupos antibacterianos incluem:

• β-lactâmicos: É através da produção de β-lactamases que as bactérias se tornam resistentes a estes antibióticos. Estas enzimas hidrolisam o anel β-lactâmico, transformando os antibióticos em produtos inativos.
• Aminoglicosídeos: Existem três mecanismos de resistência a estes antibióticos: alterações na permeabilidade, modificações ribossômicas e produção de enzimas inativantes. Este último é mediado por plasmídeo, os outros por mutações.
• Tetraciclinas: As bactérias se tornam resistentes às tetraciclinas por aquisição de plasmídeos de resistência.
• Cloranfenicol: A resistência bacteriana ao cloranfenicol é feita pela enzima cloranfenicol-acetil-transferase (CACT), fazendo com que a droga perca afinidade pelo seu alvo.
• Eritromicina: Pode ocorrer por mutação ou plasmídios de resistência.
• Rifamicinas e quinolonas: Ocorre devido a mutações que alteram as enzimas RNA polimerases e girases, fazendo com que as enzimas não mais se combinem com os dois grupos de drogas.
• Sulfonamidas e trimetoprim: A resistência bacteriana às sulfonamidas pode ser por mutação ou por plasmídios de resistência. A resistência ao trimetoprim é causada por plasmídeo.
• Glicopeptídeos: Uma enzima que permite que o estágio final da ligação bloqueado pela ação das drogas seja então concluído é produzida por enterococos resistentes.

AÇÃO DAS DROGAS ANTIMICROBIANAS

Os principais pontos de ação dos antibióticos são a inibição da síntese do peptideoglicano da parede celular bacteriana, lesão da membrana citoplasmática e interferência na síntese de ácido nucléico e proteínas.

Os antibióticos podem ser bactericidas (matam) ou bacteriostáticos (impedem o crescimento). A essência da quimioterapia antimicrobiana é a toxicidade seletiva: matar ou inibir o micro-organismo sem afetar o hospedeiro. Esta toxicidade se baseia nas diferenças entre a estrutura e a composição química das células procarióticas e eucarióticas.

Inibição da síntese da Parede Celular

A parede celular da bactéria é formada por peptideoglicano. A penicilina e outros antibióticos impedem a síntese completa dele, consequentemente enfraquecendo a parede celular e a célula sofre lise. Como as células humanas não possuem peptideoglicano, a penicilina possui baixa toxicidade para a célula do hospedeiro.

A síntese dos componentes do peptideoglicano é afetada por antibióticos β-lactâmicos (penicilinas e cefalosporinas).

Inibição da síntese protéica

A biossíntese de DNA, RNA e proteínas envolve um número de reações bioquímicas complexas. Como a síntese protéica é uma característica comum a todas as células, tanto as procariontes quanto as eucariontes, não é um alvo para a toxicidade seletiva. Porém, esta síntese é diferente entre as bactérias e as células do hospedeiro, pois existem diferenças entre seus ribossomos, os coeficientes de sedimentação são, respectivamente, 70S e 80S, o que permite ação seletiva dos aminoglicosídeos.

Vários antibióticos realizam suas ações inibitórias interferindo com as diversas etapas de síntese protéica, como a estreptomicina, tetraciclinas, cloranfenicol e rifamicina, por exemplo.

Danos à membrana plasmática

Vários antibióticos, especialmente os polipeptídicos, promovem alterações na permeabilidade da membrana plasmática. As polimixinas rompem os fosfolipídios, destruindo a característica normal de permeabilidade da membrana, deixando escapar substâncias essenciais das células, causando morte celular.

Os antibióticos que agem na membrana plasmática possuem grupamentos básicos (NH3+) e uma cadeia lateral de ácidos graxos. O ácido graxo, quando alcança a membrana plasmática, mergulha na sua parte lipídica e a porção básica permanece na superfície. Essa intercalação de moléculas provoca sua desorganização, resultando na saída dos componentes celulares e morte da bactéria.

Para complementar seu aprendizado sobre o tema, você pode acessar Habilidades da BNCC: Ciências da Natureza no Ensino Médio.

Referências
Luiz Rachid Trabulsi e Flavio Alterthum. Microbiologia, São Paulo: Atheneu, 2008.
Chan, E. C. S. Krieg, Noel R. Pelczar Jr. Microbiologia. São Paulo: Pearson, 1997.
Tortora, Gerard J. Funke, Berdell R. Case, Christine L. Microbiologia. São Paulo: Artmed, 2007.

Fonte: Pedagogia ao Pé da Letra