La Biotecnología Y La Producción De Antibióticos

LA BIOTECNOLOGÍA Y LA PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS

Los antibióticos son sustancias que se usan para matar o inhibir el crecimiento de las bacterias. El antibiótico pionero fue la penicilina, que revolucionó el tratamiento de las infecciones, como la neumonía y la tuberculosis, y su producción, a partir de hongos, constituyó la primera aplicación de la biotecnología a la industria farmacéutica. Su descubrimiento se debe a Alexander Fleming, que en 1928 encontró que el hongo Penicillum notatum producía "algo" capaz de matar a las bacterias que estaba estudiando. En 1938 Howard Florey y Ernst Chain aislaron la penicilina a partir del hongo y realizaron los experimentos claves en ratones. La producción comercial comenzó en 1943. Actualmente, la mayoría de los antibióticos, denominados "naturales", se obtienen a partir de los microorganismos que los producen. Así, mientras algunas especies de Penicillum producen penicilina, otras fabrican antibióticos tan importantes como las cefalosporinas. Otros antibióticos naturales muy conocidos, como la tetraciclina, la estreptomicina y la eritromicina, son elaborados por bacterias del género Streptomyces. Los antibióticos denominados "semi-sintéticos" son extraídos de microbios y luego mejorados en el laboratorio. Tal es el caso de la ampicilina, que surge de la modificación química de la penicilina. Finalmente, algunos antibióticos, como las sulfamidas, son fabricados enteramente en el laboratorio y por eso son llamados "antibióticos sintéticos".

La producción de antibióticos que se inició a mediados del siglo XX, se considera la primera aplicación de la biotecnología a la vida cotidiana de las personas.

Para comprender mejor esta afirmación, se debe recordar a qué se llama biotecnología y definir qué es un antibiótico.

La biotecnología se define tradicionalmente como “el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre”. Actualmente, la biotecnología moderna emplea técnicas de ingeniería genética, e incluye la producción de proteínas recombinantes, el mejoramiento de cultivos vegetales y del ganado, el empleo de organismos para limpiar el medio ambiente, y otras aplicaciones industriales”.

Los antibióticos pueden definirse como moléculas con actividad antimicrobiana y, originalmente, eran el producto del metabolismo de hongos y bacterias.

De lo anterior se desprende que los antibióticos para uso humano que se obtienen a partir de los microorganismos son productos biotecnológicos, y por eso se los considera la primera aplicación de la biotecnología a la industria farmacéutica.

Penicilina, un poco de historia

La penicilina es el antibiótico que revolucionó el tratamiento de las infecciones bacterianas, como la neumonía, sífilis, tuberculosis y gangrena, y dio origen a la industria farmacéutica. El descubrimiento de la penicilina fue un hecho casual, que se debe al trabajo de Alexander Fleming, bacteriólogo del Hospital St. Mary de Londres, quien estaba interesado en el desarrollo de métodos de profilaxis y asepsia. Mientras se encontraba trabajando con bacterias del tipo estafilococos observó que una de las placas de cultivo había sido contaminada por un hongo. Decepcionado, pero sorprendido, Fleming observó que alrededor del hongo se formaba un enorme halo sin bacterias. Era evidente que el hongo (que luego se supo era de la especie Penicillum notatum) producía “algo” capaz de matar a las bacterias. Fleming llamó a este principio activo “penicilina notatum”. El 1929 publicó sus experimentos, aunque no despertó el interés de la comunidad científica.

En 1938 fueron los ingleses Howard Walter Florey y Ernst Boris Chain quienes retomaron las investigaciones de Fleming, aislaron la penicilina y realizaron los experimentos claves en ratones. Los ensayos clínicos se iniciaron en 1941, y en 1943 comenzó la producción comercial en Estados Unidos. Fleming compartió en 1945 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina con Florey y Chain por sus contribuciones al desarrollo de la penicilina.

Fabricación industrial de la penicilina

El hongo utilizado industrialmente para la producción de penicilina es Penicillum chrysogenum. El primer sistema de producción de penicilina fue el conocido como “método de superficie”, donde el hongo crecía en la superficie de una capa de medio de cultivo en bandejas. Pero después de 1944, el desarrollo del método de “fermentación sumergida” permitió disminuir los requerimientos de espacio y, consecuentemente, los costos de producción.

Los fermentadores para la producción de penicilina alcanzan los 20.000 a 115.000 litros de capacidad. El medio de cultivo para la fermentación se compone básicamente de un caldo de maíz, con el agregado de lactosa y compuestos inorgánicos. Después de ajustar el pH (4,5-5,0), el medio de cultivo se pasa al fermentador equipado con un agitador vertical y con un sistema de inyección de aire estéril y serpentinas para mantener la temperatura entre 23 y 25 ºC. El hongo se introduce estérilmente y se inicia la fermentación, durante la cual el aire estéril permite el crecimiento del hongo y la agitación facilita su distribución en el fermentador. Después de unas 50 a 90 horas la tasa de crecimiento del hongo disminuye, el fermentador se enfría a 5 ºC para prevenir la desestabilización del antibiótico y el hongo se separa por filtración.

La penicilina se extrae posteriormente empleando solventes, se concentra, se esteriliza por filtración y luego el producto se cristaliza y se envasa.

ANTIBIÓTICOS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

1. Inhiben el crecimiento (bacteriostáticos) y matan (bactericidas).

2. Son efectivos a bajas concentraciones.

3. Poseen toxicidad selectiva: actúan sobre el patógeno si afectar al organismo hospedador.

4. Pueden actuar frente a procariotas y eucariotas.

5. Pueden ser de acción muy específica o de amplio espectro.

6. Solubles en agua.

7. Poseen estabilidad química

8. Son productos del metabolismo secundario.

MICROORGANISMOS PRODUCTORES

Procariotas: Bacillus – Streptomyces – Nocardia

Eucariotas: Penicillium – Aspergillus – Cephalosporium

Tipos de antibióticos

Los antibióticos naturales son productos del metabolismo secundario de ciertos microorganismos provenientes del suelo, como los hongos o las bacterias.

El metabolismo secundario comienza cuando el microorganismo detiene su crecimiento por alguna razón (por ejemplo, por agotamiento de nutrientes), y los intermediarios metabólicos o productos finales comienzan a acumularse dentro de la célula. Estos intermediarios y productos finales pueden resultar tóxicos, y por eso la célula los convierte en productos menos tóxicos, como los antibióticos.

La producción y secreción de las sustancias antibióticas no afectan al microorganismo productor, y le ofrecen una ventaja desde el punto de vista de la supervivencia ya que le permiten colonizar ambientes con más eficacia que sus competidores.

Antibióticos sintéticos y semi-sintéticos

En la actualidad no sólo se fabrican antibióticos naturales, es decir, a partir del cultivo a gran escala de microorganismos, sino que también hay antibióticos sintéticos y semi-sintéticos. Los antibióticos sintéticos se producen en el laboratorio a través de procesos de síntesis química, como es el caso de las sulfamidas. Otros antibióticos se obtienen a partir de cultivos microbianos y luego se modifican químicamente. Éstos últimos son los antibióticos semi-sintéticos, como por ejemplo, la ampicilina, derivada de la penicilina.

Clasificación

Los antibióticos pueden clasificarse tomando en cuenta diferentes criterios:

 Según su mecanismo de acción, algunos antibióticos impiden la síntesis de la pared celular de los microorganismos, otros alteran la membrana plasmática, y la mayor parte de ellos inhiben la síntesis de ácidos nucleicos o proteínas.

 Según la estructura química:

• β-Lactámicos: penicilinas, cefalosporinas.

• Macrólidos: eritromicina.

• Aminoglucósidos: estreptomicina.

• Polipeptídicos: bacitracina.

• Poliénicos: anfotericina B.

• Tetraciclinas.

• Derivados del benceno: cloranfenicol.

 Según su espectro de acción, es posible dividirlos en agentes de amplio espectro, que actúan frente a multitud de bacterias, y agentes de espectro restringido que solo actúan frente a algunos tipos de bacterias.

ACTIVIDAD DE ANTIBIÓTICOS

• Agente Bacteriostático: es aquel que tiene la propiedad de inhibir la multiplicación bacteriana, mientras se mantiene el agente. El número de células iniciales es igual al número de células finales.

• Agente bactericida: Aquel que tiene la propiedad de matar a las bacterias. La acción bactericida difiere de la bacteriostática únicamente en que es irreversible, es decir, el microorganismo “muerto” no puede reproducirse más, aun cuando sea retirado del contacto con el agente.

• Agente bacteriolítico: Tiene la propiedad de matar a las bacterias, provocando su lisis y degradación.

¿Cómo se vuelven resistentes las bacterias?

La resistencia de las especies previamente sensibles puede cambiar por mutación o transmitirse en forma vertical entre miembros de la misma especie o puede ser resultado de la adquisición horizontal de material genético de otras especies bacterianas,

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