Factores que afectan la sobrevivencia de los
microorganismos
Crecimiento microbiano
Presencia de factores
Términos relacionados • Esterilización: destrucción de toda forma de vida microbiana, incluyendo las formas más resistentes (esporas). • Esterilización comercial: tratamiento térmico que destruye esporas de Clostridium botulinum. • Desgerminación: eliminación de microorganismos en un área limitada. • Sanitización: eliminación de microorganismos que pueden producir enfermedad. • Desinfección: destrucción de formas vegetativas (no esporas) en superficies inertes. • Antisépsis: tratamiento químico para la eliminación de formas vegetativas en tejidos vivos. • Asepsis: ausencia de contaminación significativa. • Técnicas asépticas: aquellas que minimizan la contaminación en áreas y equipos. • Biocida: mata a los microorganismos • Bio-estático: detiene el crecimiento de los microorganismos en su presencia. • Biolítico: tiene acción sobre membrana o pared celular. • Sepsis: indica contaminación por bacterias. En medicina describe una infección en el torrente sanguíneo.
Compuestos Químicos
Efecto de los agentes químicos
• Mecanismo de acción
• Concentración del agente químico
• Tiempo de exposición
• Factores ambientales
• Susceptibilidad de los microorganismos
• Edad de los microorganismos
• Presencia de materia orgánica
Fenoles y sus derivados
OH OH
Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática y desnaturalización de enzimas.
1. Fenol.
Biocida. Solo se utiliza como referencia.
Causa irritación como desinfectante o
antiséptico.
2. Fenólicos.
O-fenilfenol. Superficies, instrumentos,
limpiadores de la piel y membranas mucosas.
Fenoles y sus derivados Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática.
3. Bisfenoles
C
Cl Cl Cl Cl
Cl ClOH OHH
H
Cl
Cl Cl
OH
OHexaclorofeno: en lociones contra (G+), infecciones de la piel y contaminación de equipo quirúrgico. Causa
daño neurológico. Triclosán es usado en jabones,
pastas dentales lociones y desodorantes. Ataca G+ y hongos.
Biguanidas Mecanismo de acción: Destrucción de la membrana citoplasmática.
Clorhexidina. Bactericida no tóxico. Se emplea en infecciones bucales por diversas causas incluidas las producidas por roces de las prótesis dentales, en la prevención de infecciones tras cirugía bucal, en higiene bucal combate y reduce la formación de la placa dental, lavado quirúrgico y lavado antiséptico.
Halógenos
Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl Acido hipocloroso
HOCl H+ + OCl- Ión hipoclorito
Cloro
Agente oxidante. Usado como desinfectante de superficies, agua y equipos
Halógenos
HCH2
NH2
HO C
C
OH
I
OI
Soluciones de Iodo
Se une a residuos de tirosina y desnaturaliza proteínas. Antiséptico y desinfectante.
Alcoholes
Solubilizante de lípidos y desnaturalización proteínas.
Etanol e isopropanol.
Bactericida y funguicida. Antiséptico no afecta esporas y virus envueltos.
Metales pesados Plata AgNO3
Precipitación de proteínas
Biocida. Antiséptico utilizado para prevenir
ceguera en recién nacidos por :
N. gonorrhoeae
Mercurio y mercuriales orgánicos
Combinación con los grupos –SH de
las proteínas. Biocida. HgCl2 es utilizado como protector de
pinturas, corrosivo y tóxico.
Mercurocromo es Antiséptico en piel.
Cobre CuSO4
Precipitación de
proteínas. Alguicida. Albercas y depósitos para peces.
Colorantes Cristal violeta, verde brillante, eosina.
Combinación específica con ácidos nucleicos principalmente. Biostáticos. Antifúngicos, antisépticos locales, inhibidores en los medios de cultivo selectivos.
Br
NaO
Br
O
Br
O
Br
COO- Na+
Eosina
Surfactantes
1. Jabones y detergentes aniónicos ácidos
Remoción mecánica de
microorganismos. Germicida de piel. Algunos de
ellos contienen otros antimicrobianos.
2. Detergentes aniónicos ácidos
Interacción con la membrana
citoplasmática cargada, probable inactivación o destrucción de
enzimas. Sanitizante. No es tóxico, no
corrosivo actúa rápidamente y es de amplio espectro. Equipo de procesamiento de alimentos.
N+H H
H
H
Amonio
Surfactantes 3. Detergentes
catiónicos
Desnaturalización de proteínas, inhibición de
enzimas y destrucción de la membrana
citoplasmática.
Bactericidas, bacteriostático, funguicida
y virucida, destruye virus envueltos. Antiséptico de
piel, instrumentos, utensilios y gomas.
C Cl-C16H37
H
N+
CH3
Cloruro de Benzalconio
CH3H
(Zefiran)
Ácidos orgánicos Ácido sórbico y benzoico • Conservadores (ácido sórbico, ácido benzoico, ácido ortofosfórico, ácido cítrico, ácido ascórbico) • Inhibición metabólica.
Antifúngicos en alimentos y cosméticos.
Aldehídos
Inactivan proteínas por la formación de enlaces covalentes con grupos funcionales (-NH2, -OH, -COOH y –SH)
Formaldehído
Biocida. Solución acuosa 37% (gas)
es únicamente usada para la eliminación de
bacterias y virus en vacunas y la
conservación de especimenes
biológicos.
Glutaraldehído
Esterilizante. Biocida de bacterias incluyendo a
M. tuberculosis, esporas y virus.
Peroxigénos Su mecanismo de acción es la oxidación de moléculas.
Ozono O3
Desinfectante en agua. $$$$$
Peróxido de hidrógeno
H2O2 Antiséptico y
desinfectante. Esporocida. Usado en
heridas y superficies en la industria alimenticia.
Peroxigénos Su mecanismo de acción es la oxidación de moléculas.
Peróxido de benzoilo Antiséptico usado contra bacterias anaerobias en el tratamiento del acné.
Ácido peracético Esterilizante. Biocida para hongos y bacterias, endoesporas y virus. No tóxico usado como desinfectante de equipo médico y de procesamiento de alimentos.
Esterilizantes gaseosos Esterilizantes de plásticos y materiales termosensibles. Desnaturalizan proteínas.
H2C CH2
O
HC CH2
O
H3C H2C CH2
O OC
Oxido de etileno Oxido de propileno β-propiolactona
Bacillus atrophaeus
Análogos
H2N SO2NH2
Sulfamida
H2N COOH
Acido p-aminobenzoico
N C
Acido fólico
HO
HN C
COOH
CH2
H
COOH
CH2
CH2
N
N
N
HN
H2N
O
Fenilalanina
C
H
COO-CH2
NH2
P-fluorofenilalanina
C
H
COO-CH2
NH2
F
N
HN
O
UraciloH
O
N
HN
O
5 - BromouraciloH
O
Br
N
HN
O
TiminaH
O
CH3
N
HN
O
5 - FluorouraciloH
O
F
Antibióticos
Antibiograma
• Difusión en placa
• Dilución
Resistencia a antibióticos
• La resistencia natural
• La resistencia adquirida
Factores Físicos • Calor húmedo ~ Ebullición ~ Tindalización ~ Pasteurización ~ Esterilización en autoclave • Calor seco ~ Incineración ~ Esterilización en horno
• Bajas temperaturas
• Filtración
• Radiaciones
• Presión osmótica
Calor húmedo. Ebullición
Las altas temperaturas desnaturalizan los componentes celulares.
• Punto térmico mortal.
Temperatura variable y tiempo constante. La temperatura que destruye a los microorganismos en un tiempo determinado.
• Periodo térmico mortal
Tiempo variable y temperatura constante. El tiempo que tardar en destruir a los micoorganismos en una muestra a una temperatura determinada.
Calor húmedo. Tindalización
Löwenstein-Jensen
Condiciones Tiempo 1. Vapor de agua 85ºC 45 minutos
2. Incubación 37ºC 24 horas
3. Vapor de agua 85ºC 45 minutos
4. Incubación 37ºC 24 horas
5. Vapor de agua 85ºC 45 minutos
Proceso de destrucción de formas vegetativas por medio de vapor de agua y una incubación para favorecer la germinación de endosporas, para posteriormente repetir el proceso.
Calor húmedo. Pasteurización lenta
Este método consiste en calentar la leche a temperaturas entre 62 y 64ºC y mantenerla a esta temperatura durante 30 minutos Luego de los 30 minutos, la leche es enfriada a temperaturas entre 4 y 10ºC según la conveniencia. La leche es calentada en recipientes o tanques de capacidad variable (generalmente de 200 a 1500 litros); esos tanques son de acero inoxidable preferentemente y tienen doble pared; la leche se calienta por medio de vapor o agua caliente que circula entre las paredes del tanque, provisto éste de un agitador para hacer mas homogéneo el tratamiento.
Calor húmedo. Pasteurización rápida
Llamada también pasteurización contínua o bien HTST (High Temperature Short Time), este tratamiento consiste en aplicar a la leche una temperatura de 72 - 73ºC en un tiempo de 15 a 20 segundos.
Todo tratamiento térmico que se hace a temperaturas inferiores al del punto de ebullición del agua son considerados como métodos de pasteurización.
Leches ultrapasteurizadas y las leches esterilizados.
Una leche ultrapasteurizada se puede obtener con un tratamiento térmico entre 110ºC y 115ºC por un lapso de tiempo corto de 4 segundos, mientras que la leche esterilizada tiene un calentamiento hasta de 140-150ºC en 2 segundos.
El proceso mas común para obtener estos productos es por inyección directo de vapor purificado, con la cual se eleva la temperatura; la leche pasa inmediatamente a una cámara de vacío, en donde ocurre una expansión del líquido con la siguiente separación del vapor.
Calor húmedo. Autoclave
• Esterilización
121ºC, 15lb, 20 minutos
• Esterilización comercial 70ºC
Geobacillus stearothermophilus
Indicadores y biondicadores
Método de esterilización Bioindicador
Oxido de etileno Bacillus atrophaeus
Autoclave Geobacillus stearothermophilus
Horno Bacillus subtilis
Calor seco • El calor seco produce desecación de la célula, esto es tóxico por los niveles elevados de electrolitos y fusión de membranas. Estos efectos se deben a la transferencia de calor desde los materiales a los microorganismos que están en contacto con éstos.
• La acción destructiva del calor sobre proteínas y lípidos requiere mayor temperatura cuando el material está seco o la actividad de agua del medio es baja.
Calor seco • Ventajas : No es corrosivo para metales e instrumentos. • Desventajas: Requiere mayor tiempo de esterilización, respecto al calor húmedo, debido a la baja penetración del calor.
• Materiales que se pueden esterilizar: Textiles, materiales no alterables por el calor, soluciones acuosas, todo lo que sea inflamable, complejos farmacológicos en polvo, compuestos grasos, parafinas, aceites, etc. Los materiales para la esterilización por calor seco no hace falta que sean porosos, pero sí que resistan altas temperaturas, durante prolongados periodos de tiempo.
Estufas de esterilización (horno)
• Doble cámara, el aire caliente generado por una resistencia, circula por la cavidad principal y por el espacio entre ambas cámaras.
• Se mantiene una temperatura estable mediante termostatos de metal.
Procedimiento y control de la esterilización
Temperatura Tiempos 180ºC 30´
170ºC 60´
160ºC 120´
150ºC 2h. 30´
140ºC 3h.
120ºC Más de 6 horas.
• El calor seco en forma de aire caliente es difícil de controlar. La penetración en los materiales es lenta y casi igual y requiere largo periodo de exposición.
Para el control del proceso existen: • Métodos físicos. Uso del termómetro interno vs externo. • Métodos químicos. Cinta testigo y tiras reactivas. • Métodos biológicos. Bioindicadores de B. subtilis.
Temperaturas bajas Disminuye la velocidad de crecimiento de los microorganismos.
Provoca la formación de cristales*.
Conservación de alimentos, reactivos y muestras biológicas.
• Refrigeración 4ºC.
• Congelación -20ºC*
• Ultracongelación -70ºC a -96ºC*
Tiempo de reducción decimal
Es el tiempo que una población se reduce en 10 ordenes a una temperatura determinada.
El tiempo de reducción decimal D es característico de cada microorganismo.
Alta osmolaridad
Las concentraciones altas de cloruro de sodio o azúcares provocan que el medio sea hipertónico lo que dificulta el desarrollo microbiano.
Liofilización Consiste en retirarle el agua a una sustancia congelada (sólida) sin el paso por el estado líquido. Se congela una solución acuosa de la sustancia, a esa baja temperatura se impiden los cambios químicos de deterioro y luego se somete a un alto vacío que hacer pasar el agua del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido (sublimación); logrando así una deshidratación completa sin ese aumento de temperatura que puede hacer variar la composición química y los principios activos.
Esterilización por Filtración
• Se esterilizan soluciones oftálmicas, soluciones intravenosas, drogas diagnósticas, radiofármacos, medios para cultivos celulares, y soluciones de antibióticos y vitaminas.
• La filtración se emplea principalmente para esterilizar soluciones termolábiles, así como aire.
Esterilización por Filtración
Se usan membranas filtrantes con poros de un tamaño determinado. El tamaño del poro dependerá del uso al que se va a someter la muestra. Los filtros que se utilizan no retienen virus ni micoplasmas, estos últimos están en el límite de separación según el diámetro de poro que se utilice. Existen tres tipos básicos de filtros: • Filtros profundos o Filtros de profundidad • Membranas filtrantes • Filtros de huella de nucleación (Nucleoporo)
Filtros profundos o Filtros de profundidad
• En este tipo de filtros la retención de las partículas se produce por una combinación de absorción y de retención mecánica en la matriz. • Consisten de un material fibroso o granular prensado, plegado, activado, o pegado dentro de los canales de flujo (papel, asbesto o fibra de vidrio).
Filtros profundos o Filtros de profundidad
Se usan como prefiltros por el tamaño de partícula que retienen, son empleados en la esterilización de aire.
Membranas filtrantes
• Tienen una estructura contínua, y la retención se debe principalmente al tamaño de la partícula. Partículas más pequeñas al tamaño del poro quedan retenidas en la matriz del filtro debido a efectos electrostáticos. • Están compuestos por acetato de celulosa o nitrato de celulosa.
Membranas filtrantes La firma Millipore ha desarrollado membranas que deben ser montadas en un soporte estéril que permita el ingreso del líquido a esterilizar a presión.
Filtros de huella de nucleación (Nucleoporo)
• Son películas muy delgadas de policarbonato que son perforadas por un tratamiento conjunto con radiación y sustancias químicas. • Son filtros con orificios muy regulares que atraviesan la membrana verticalmente. Funcionan como tamices, evitando el paso de toda partícula con un tamaño mayor al del poro.
Radiaciones
Su acción depende de: • El tipo de radiación • El tiempo de exposición • La dosis • Radiaciones ionizantes: x y γ • Radiaciones no ionizantes: UV y microondas
Radiaciones ionizantes • Producen iones y radicales libres que alteran las bases de los ácidos nucleicos, estructuras proteicas y lipídicas, y componentes esenciales para la viabilidad de los microorganismos. • Forma radicales hidroxilo (OH·)
• Tienen gran penetrabilidad y se utilizan para esterilizar materiales termolábiles (termosensibles) como en la clínica y la industria de alimentos.
Radiaciones ionizantes
• Rayos Gamma Su empleo esta basado en los conocimientos sobre la energía atómica. Este tipo de esterilización se aplica a productos o materiales termolábiles y de gran importancia en el campo industrial. Puede esterilizar antibióticos, vacunas, alimentos, etc.
Rayos Ultravioleta
Afectan a las moléculas de DNA formando dímeros de timina. Son escasamente penetrantes y se utilizan para superficies, se utilizan para la esterilización en quirófanos e instrumental.
Reparación del ADN
Radiaciones de microondas
El efecto antimicrobiano de las microondas es debido al efecto térmico
La radiación de alta frecuencia y las microondas provocan vibraciones moleculares, produciendo calor –de ahí su empleo doméstico e industrial–, con lo que pueden producir quemaduras a partir de una determinada cantidad de radiación absorbida.