Producción microbiana de antibióticos

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Resumen

Los antibióticos son medicamentos que combaten las infecciones causadas por bacterias y no sirven para tratar enfermedades causadas por virus. Actúan sobre células infectadas destruyéndolas o directamente impidiendo su reproducción. Su producción a nivel industrial se realiza a través de cultivo por lote alimentado y con reactores a distintas escalas con el fin de optimizar tiempo, sustrato, etc. Existen tres tipos de producción de antibióticos, los naturales, semisintéticos y sintéticos. Cabe decir que para éste seminario no se realizó la revisión del proceso para antibióticos sintéticos, ya que estos no se producen a través de microorganismos.

Si bien estos fármacos son esenciales ante alguna infección, también poseen aspectos negativos como contaminación de aguas residuales y la aparición de las llamadas “súper bacterias”.

1. Introducción

Los antibióticos son sustancias que tienen el fin de ser usados para destruir o inhibir el crecimiento de bacterias no deseadas. El primer antibiótico en ser creado fue la penicilina, la que innovó en el tratamiento de distintas infecciones como la tuberculosis y la neumonía, su descubrimiento se debe a Alexander Fleming, bacteriólogo del Hospital St. Mary de Londres, que en 1920 observó una placa Petri que contenía bacterias, en la cual se habían formado hongos (Penicillum notatum), para su sorpresa en el borde de éste existía un halo sin bacterias, fue así que se pudo obtener una vacuna para la afección de distintas enfermedades.

Hoy en día los antibióticos son usados para una gran cantidad de enfermedades, curan infecciones causadas por bacterias, pero no son eficaces contra hongos o virus. Su uso en el momento no adecuado y en presencia de una enfermedad puede ocasionar que dicho problema siga su curso y además se haga más resistente.

Otro de los usos que tienen los antibióticos es en los animales, como lo son las aves de corral, cerdo y ganado vacuno. Tienen como fin un aumento en la tasa de natalidad, una mayor rapidez en engordar y además con el fin de prevenir o curar distintas enfermedades que se producen por medio de bacterias, con el propósito de cuidar la vida animal, y en el caso de ser consumidos por personas, de cuidar de ellas.

Dentro de la gama de antibióticos podemos encontrar los naturales, semisintéticos y sintéticos. En éste informe se hablará principalmente de los naturales y semisintéticos, que son los que se producen por medio de microorganismos.

Para poder lograr obtener un fármaco, en este caso un antibiótico, se deben realizar pruebas primarias para determinar cuál es el más efectivo a la hora de combatir una enfermedad, luego de tener claro ese punto se procede de trabajar a escala laboratorio a pasar a fabricarlo industrialmente, en ambos casos se utilizan biorreactores, obviamente de distintos tamaños, pero los que buscan la misma eficiencia para su comercialización.

Luego de lograr una fermentación exitosa del antibiótico es necesario una purificación (downstream) del cultivo que se tiene al final del proceso. Para este punto existen distintos métodos, y se definirá cual es el más apropiado dependiendo de las propiedades que el medio presente.

Es así que los antibióticos han pasado a formar parte de los medicamentos más usados por las personas y animales, ayudan con enfermedades y con diferentes tratamientos. Pero siempre se debe tener en cuenta que su uso debe ser supervisado y responsable, ya que una mala admiración puede llevar a cabo efectos adversos o la resistencia del microorganismo que se deseaba tratar.

1. Antibióticos naturales y semisintéticos

Según la RAE la definición de antibiótico es “sustancia química producida por un ser vivo o fabricada por síntesis, capaz de paralizar el desarrollo de ciertos microorganismos patógenos, por su acción bacteriostática, o de causar la muerte en ellos, por su acción bactericida”. (Morán, 2014)

Los antibióticos son medicamentos fuertes que tienen como objetivo combatir infecciones bacterianas. Su buen uso puede ser tan importante que llega a salvar vidas. Logra controlar la reproducción de bacterias no deseadas en el organismo o incluso las mata. Luego de que una persona toma antibióticos, las defensas naturales del cuerpo son suficientes para que trabajen solas.

Es importante tener en conocimiento que dichos medicamentos sólo pueden atacar a bacterias, no son eficientes sobre virus. Es decir, dentro de una gripe o resfriado un antibiótico no cumple ninguna función de mejoramiento.

Dentro de sus propiedades más destacable es la de toxicidad selectiva, la que hace que su ataque sea dirigido hacia organismos invasores externos del cuerpo y no a los naturales de él.  (Medicine, 2015)

1. Cómo se producen los antibióticos con microorganismos

Hoy en día existen tres tipos de fabricación de antibióticos, están los naturales que se obtienen a partir de un cultivo de microorganismos para su posterior obtención, los sintéticos que son producidos en laboratorios por medio de síntesis química y los semisintéticos que al igual que los naturales se formar por un cultivos microbianos pero que posterior a eso se modifican químicamente para su propósito.[pic 5][pic 6]

En el caso de los sintéticos podemos encontrar las sulfamidas, en los semisintéticos la amoxicilina (derivada de la penicilina) y en los naturales la penicilina. (Anónimo, 2016).

Para su obtención el primer paso es hacerlo a nivel de laboratorio, en donde se prueba si efectivamente la bacteria u hongo que se quiere usar para fabricar el antibiótico tiene algún efecto sobre una bacteria “benigna”, luego de éste proceso y de concluir de que no tiene algún grado de toxicidad sobre el humano o animal en el que se usará se procede a la producción industrial, para ello se utilizan fermentadores a gran nivel. Por ejemplo para la producción de penicilina alcanzan los 20.000 a 115.00 litros de capacidad

2.1.1. Naturales

Los antibióticos naturales son un producto del metabolismo secundario de ciertos microorganismos los que pueden provenir del suelo, como las bacterias del género Streptomyces o los hongos del género Penicillium. (Anónimo, 2016)

Los metabolitos secundarios son aquellos compuestos orgánicos sintetizados por el organismo, los que no cumplen una tarea directa en la reproducción o crecimiento del mismo. A diferencia de lo que sucede con los metabolitos primarios, la ausencia de algún metabolito secundario no le impide la supervivencia. (Universidad)

En un principio los antibióticos involucraban productos de la metabolización de bacterias y hongos, los que tenían la capacidad de inhibir en pequeñas cantidades los procesos vitales de algunos microorganismos, impidiendo o destruyendo su reproducción y desarrollo.

El proceso comienza cuando el microorganismo detiene su crecimiento ya sea por agotamiento de nutriente, y los productos finales o intermediarios comienzan a acumularse dentro de la célula. Los productos pueden llegar a ser tóxicos, y es por ello que la célula decide convertirlo en otro producto menos tóxico, como por ejemplo los antibióticos. Dentro de la ventaja que se puede saber es que la producción y secreción de las sustancias antibióticas no afecta al microorganismo productor por lo que le ofrece una supervivencia, ya que puede colonizar ambientes con más eficacia que sus competidores.

Para la obtención de antibióticos por métodos naturales tienen similitudes entre todos los que existen, consiste en cultivar a gran escala el hongo o bacteria productora del antibiótico en un medio de cultivo que tenga una temperatura idónea, luego se extrae la sustancia activa desarrollada en el medio por solventes especiales, evaporar el solvente y someterlo a sucesivas purificaciones. En el caso de la penicilina se utilizan dos métodos, el de superficie y el de sumersión o de profundidad.

Para saber si un antibiótico cumple las funciones que necesitamos, en este caso inhibir el crecimiento de un determinado organismo se realizan una serie de ensayos, como lo son los antibiogramas, que es una prueba microbiológica que se realiza para determinar la sensibilidad de una colonia bacteriana ante un antibiótico.

Se hace reproducir una bacteria dentro de una placa Petri, de tal forma que crezca homogéneamente, posterior a ello se colocan una pequeñas capsulas que contienen el antibiótico en cuestión para liberarlo al medio. Luego de un tiempo las bacterias habrán crecido dentro de la plaza, excepto en las zonas que rodean al antibiótico al cual presentan sensibilidad. Luego de probar varios se determina cual es más eficiente. (Lucas, 2016)

2.1.2. Semisintéticos

Estos antibióticos se obtienen a partir de cultivos microbianos, y luego se mejoran  químicamente en el laboratorio, ejemplos de este tipo de antibiótico son  la ampicilina, la carbenicilina y meticilina.

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