Fungos na Indústria Farmacêutica PDF

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Trabalho sobre fungos e sua importância na indústria farmacêutica...

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FUNGOS NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA INTRODUÇÃO: Enquanto algumas espécies de fungos podem ser consideradas patógenas, outras estabelecem relações simbióticas com esses organismos, podendo ser utilizadas em diferentes setores da indústria. A produção de fármacos a base de fungos é bastante relevante para o Brasil, dada sua enorme biodiversidade em fungos. Vantagem o baixo custo de produção e a facilidade de manipulação das variáveis de cultivo, a fim de otimizar e viabilizar a produção dos metabólitos secundários em escala industrial. Metabólitos primários: Pequenas moléculas produzidas ao longo do crescimento vegetativo. Têm função conhecida: estrutura das hifas, metabolismo energético, regulação do metabolismo. Metabólitos secundários: Apresentam grande importância á humanidade, devido as atividades antibióticas e de importância farmacêutica, bem como atividades imunossupressoras e toxicas. Normalmente derivados do substrato utilizado para o crescimento celular, sendo sintetizados a partir de um metabólito primário. São frequentemente sem função conhecida, ocorrência restrita a poucas espécies ou gêneros e normalmente são produzidos após a paralização do crescimento. “Um metabólito secundário não é essencial para o crescimento vegetativo de um microrganismo em cultura pura” Antibiótico: produto metabólico de organismo que é prejudicial ou inibidor para certos organismos, em concentrações muito pequenas. O QUE SÃO ANTIMICROBIANOS? São produtos capazes de destruir microrganismos ou de suprimir sua multiplicação ou crescimento. Denominam-se antimicrobianos dois tipos de produtos: • antibióticos - antimicrobianos produzidos por microrganismos (bactérias, fungos, actinomicetes ); ex: penicilinas • quimioterápicos - antimicrobianos sintetizados em laboratório; ex: sulfas, quinolonas FERMENTAÇÃO A fermentação para produção de antibióticos é semelhante para a maioria dos antibióticos produzidos por esse método (fermentação submersa). Esse processo é aeróbico. Caldo de cultivo constantemente agitado. As condições ótimas do reator de fermentação (pH, temperatura, substrato) devem ser ajustadas para cada tipo de microrganismo (fungos, bactérias...) A produção do antibiótico inicia-se com a utilização de esporos de cepas pré-selecionadas (para se obter uma maior produção de metabólitos secundários). O inóculo vai ser propagado (em laboratório) para então seguir para os processos fermentativos. Primeiro os esporos são utilizados em meio sólido e depois em meio líquido, sob constante agitação - aeróbico. Em seguida, ocorre um processo de pré-fermentação (também chamado de fase de crescimento), durante o qual se forma a maior parte da massa celular. Esse processo pode durar entre 26h-46h (depende do microrganismo, cepa...)

Depois da fase de crescimento, o cultivo chega a etapa real da produção do antibiótico, um momento onde o fungo fica com o metabolismo secundário muito ativo, excretando no meio o antibiótico (penicilina, cefalosporina, griseofulvina...). Nessa etapa, o fermentador é alimentado com diferentes substratos (fontes de nitrogênio, carbono, precursores) como liquido de maceração de milho, extrato de carne, sacarose, glicose etc. A fermentação pode durar entre 48h-160h (depende do microrganismo). A temperatura aqui pode variar, dependendo do microrganismo, entre 25°C-28°C e o pH entre 5,5-7,0 Terminada a fermentação, é necessário a separação de uma porcentagem do antibiótico que permanece unida ao micélio, por processos de filtração. O filtrado passa para tanques de resfriamento, para então ser purificado. O processo de purificação depende da natureza da molécula (solubilidade, tamanho, ponto isoelétrico...), onde poderão ser utilizados processos como extração liquido-liquido; cromatografia; cristalização; filtração em gel; ultrafiltração etc., com o objetivo de separar o antibiótico do filtrado.

OBTENÇÃO DE ESTATINAS Em 1975 foi isolada a compactina (mevastatina) do fungo fermentado Penicillum brevicompactum. Mais tarde, esta substância foi também obtida de Penicilium citrinum. Este composto possui em sua estrutura uma função que mimetiza o intermediário envolvido na redução promovida pela HMG-CoA redutase, antecipando a possibilidade de que esta enzima possa reconhecer este produto natural, face à analogia estrutural com seu substrato natural. Mais tarde, a afinidade deste agente frente à HMG-CoA redutase foi determinada como 10.000 maior que o substrato natural da enzima. FOTO: Penicillum citrinum e Penicillum brevicompactum MICROMORFOLOGIA Ambos são fungos filamentosos Observam-se: hifas e conídios. O reconhecimento desta similaridade molecular incentivou diversos laboratórios a dedicarem esforços na busca de inibidores da HMGCo-AR. Em 1979, a lovastatina, homólogo em C-7 da compactina, foi isolada a partir de culturas de Monascus ruber. Em 1982, ensaios clínicos preliminares demonstraram que a lovastatina reduzia significativamente o LDLcol, com excelentes benefícios terapêuticos para os pacientes estudados, levando à sua aprovação, em 1987, pelo FDA. A lovastatina produz redução de 40% do LDLcol quando administrada por via oral em doses de 80 mg diárias. Em 1974, pesquisadores dos laboratórios Merck lograram identificar a lovastatina em uma segunda fonte natural, Aspergillus terreus, no âmbito de um projeto de pesquisa sobre produtos naturais de fermentação para “screening”. Estudos posteriores de otimização de 78 levaram à sinvastatina, análogo sintético da lovastatina que representa, ao mesmo tempo, a simplificação molecular do produto natural original e sua otimização, visto que o centro esterogênico presente na cadeia de C-9 foi abolido pela introdução de uma segunda metila. MICROMORFOLOGIA Ambos são filamentosos e ambos possuem conídios.

Monascus ruber: Conídios em cadeias persistentes de tipo basal, ovais a piriformes com base truncada, lisas (de diâmetro 6-8 μm), formado no final de filamentos pouco diferenciados. Sua parede pode ser espessa (clamidósporos). Aspergillus terreus: conidióforos em forma de cabeça.

OBTENÇÃO DA PENICILINA: 1928 - Alexander Fleming Bactérias cresciam em um meio de cultura e seu crescimento foi afetado por um fungo que contaminou o meio MICROMORFOLOGIA Fungo filamentoso O fungo apresenta conidióforo que ramifica-se na forma de um micélio. Conidióforos longos ramificando-se na parte terminal são hialinos, eretas, ramificados. As penicilinas apresentam uma estrutura em comum, o ácido 6-amino penicilâmico(6-APA O radical R dá o nome à penicilina. Para se obter uma penicilina específica, se faz necessário o fornecimento da cadeia lateral durante a fermentação.

Para se obter as penicilinas semissintéticas, é necessário fazer a hidrólise química ou enzimática de uma penicilina natural (penicilina G, por exemplo) para se obter o anel central, o ácido 6-amino penicilâmico (6-APA). É possível adicionar a esse anel central diferentes cadeias laterais, criando novos tipos de penicilinas que não são encontra das na natureza.

PRECISA DA NATURAL/ISOLADA PARA FAZER A SEMISSINTÉTICA! SINVASTATINA: são também pesquisadas como antifúngicos, pois atua em etapa bem primaria, e a biossíntese do colesterol é muito semelhante a do ergosterol, podento, assim ser usada para inibir crescimento de fungos.

OBTENÇÃO DAS CEFALOSPORINAS A molécula de cefalosporina C é sintetizada por diferentes microrganismos, mas é o fungo

Acremonium chrysogenum o microrganismo utilizado na biossíntese desse composto nas grandes indústrias que o produzem via processo fermentativo (ANDRIETTA, 1998).

Assemelham-se quimicamente às penicilinas, apresentando o ácido 7-aminocefalosporânico (7ACA) como núcleo central. Todas as cefalosporinas em uso clínico são derivados semi-sintéticos do 7-ACA, o qual foi obtido inicialmente de um antibiótico natural, a cefalosporina C, oriundo do fungo Cephalosporinum acremonium (atual Acremonium chrysogenum). A partir deste fungo, também foram identificadas as cefalosporinas P e N, no entanto apenas a Cefalosporina C demonstrou atividade contra bactérias gram-positivas e gram-negativas, além de estabilidade na presença de penicilinases. A PARTIR DO 7-ACA SÃO FORMADAS OUTRAS CEFALOSPORINAS!!!!!!! FOTO:

Penicillium chrysogenum

Fungo filamentoso Micélio e conídio. OBTENÇÃO DAS CEFALOSPORINAS Essas cefalosporinas são obtidas pela condensação de compostos adequados com um derivado da penicilina (G ou V) o ácido 7-aminodesacetoxicefalosporâmico ou 7-ADCA. A produção de cefalosporinas orais pode ser visualizada no esquema abaixo:

ENTÃO: Cefalosporina C é obtida a partir da FERMENTAÇÃO dos fungos, essa (cefalosporina C) possui o 7-ACA, que ao ser condensado com compostos adequados produz cefalosporinas orais semissintéticas.

Penicillium chrysogenum Fungo filamentoso Micélio e conídio. OBTENÇÃO DA GRISEOFULVINA O produto natural griseofulvina é um medicamento antifúngico, utilizado em terapêutica humana e animal, por possuir ação fungistática afetando o sistema microtubular dos fungos, o fuso mitótico e os microtúbulos citoplasmáticos A griseofulvina foi isolada em 1939 por Oxford e colaboradores a partir da produção metabólica do fungo Penicillium griseofulvum Diercks. Em 1946, foram publicados estudos por Brian e colaboradores sobre uma substância isolada a partir do fungo P.

janczewskii descrito como o "Fator de ondulação", devido à indução da ondulação das hifas fúngicas. Em 1947 descobriu-se que griseofulvina e o "Fator de ondulação" constituíam de fato a mesma substância.

Penicillium janczewskii Penicillium griseofulvum Ambos filamentosos Micélio e conídio. OBTENÇÃO DA GRISEOFULVINA Recentemente, griseofulvina tem atraído renovada atenção devido a relatos de bioatividades complementares tais como: antiviral, contra o vírus da hepatite C, suprimindo a replicação do vírus in vitro; e como antitumoral, quando em associação com outros medicamentos quimioterápicos, inibindo a proliferação de vários tipos de células cancerígenas induzindo a apoptose destas, com baixíssima toxicidade ao organismo, atraindo considerável atenção para utilização em quimioterapia. Existem relatos que as espécies de fungos Penicillium sp., Aspergillus sp., Xylaria sp. e Nigrospora sp. são típicos produtores de griseofulvina, e que apesar de alguns pesquisadores já proporem a possibilidade de se produzir esta substância por via sintética, esta forma de obtenção não é economicamente viável devido à necessidade de várias etapas e intermediários até o produto final. Deste modo, atualmente a griseofulvina é produzida comercialmente por fermentação empregando diferentes espécies de Penicillium OBTENÇAÕ DO TAXOL: Os fungos endofíticos (VIVEM NO INTERIOR DAS PLANTAS) são frequentes fontes de produtos naturais que podem agir como antibióticos, inibindo ou matando uma variedade de agentes causadores de doenças nocivas, como bactérias, fungos, vírus e protozoários que afetam humanos e animais. Além de antibióticos, diversos fármacos de alto valor agregado podem ser produzidos a partir de microrganismos endofíticos, extraídos de uma pequena porção de tecido vegetal, mantendo assim, a produção de compostos vitais para pessoas afetadas por inúmeras doenças13,37. A utilização de metabólitos de endófitos na indústria farmacêutica tornou-se evidente no século 20, com a descoberta da produção do diterpenóide taxol pelo fungo endofítico (VIVE NO INTERIOR DAS PLANTAS – falar que é endofítico) Taxomyces andreanea. Esse composto antitumoral com atividade citotóxica e de alto valor internacional foi originalmente encontrado e extraído de espécies vegetais do gênero Taxus. Com essa descoberta, tornouse possível a produção desse importante fármaco de maneira mais eficiente e menos dispendiosa, minimizando a ameaça de extinção de algumas espécies vegetais coletadas para a extração deste composto e seus precursores13. Atualmente, esse fármaco que interfere na multiplicação de células cancerosas, reduzindo ou interrompendo o seu crescimento e disseminação, já é utilizado para o tratamento do câncer de mama, pulmão e ovário. OBTENÇÃO DA BREFELDINA A A brefeldina A é um agente antiviral contra a dengue; A brefeldina A inibiu todos os sorotipos de vírus da dengue, incluindo o vírus da zika e o vírus da encefalite japonesa; Exerce seu efeito antiviral no ciclo inicial de vida do vírus; No estudo foi examinada a ação antiviral de metabolitos secundários de uma cepa de Penicillium sp., identificada como FKI-7127.

Essa linhagem foi isolada de um solo ao redor da raiz de Angelica keiskei (folha do amanhã, planta da família das cenouras). MÉTODO (eu acho): Extraíram o caldo de cultura com etanol, centrifugaram para separar as micelas e levaram para evaporar a fim de extrair o etanol. O resíduo aquoso foi eluído em coluna cromatográfica (HPLC) para separação e fracionamento. Dessa maneira, separaram a brefeldina A, que foi posteriormente identificada por espectrofotometria de massa; O extrato bruto do caldo da cultura de Penicillium sp. FKI-7121 apresentou boa atividade contra o crescimento viral Essa molécula é muito promissora, pois estudos visam num futuro reduzir sua toxicidade e ampliar sua capacidade antiviral por meio de inovações na molécula MECANISMO DA BREFELDINA A (BFA): inibe o transporte de proteínas do reticulo endoplasmático rugoso para o aparelho de golgi. HORMÔNIOS OBTIDOS A PARTIR DE FUNGOS Giberlina: Esta substância foi descoberta no Japão, no ano de 1926, quando o cientista Kurosawa estava pesquisando plantas de arroz que cresciam constantemente e descobriu que a substância que provocava este crescimento era proveniente do fungo Giberella fujikuroi ( Fusarium moniliforme - população de acasalamento A do complexo de espécies de Giberella fujikuroi). O fungo Gibberella fujikuroi é o mais comumente usado para a produção da mais importante giberelina comercial, o ácido giberélico, por fermentação submersa. A biotransformação de diterpenos tetracíclicos com o esqueleto caureno, por fungos como a Gibberella fujikuroi, leva a produção de giberelinas. O hormônio em questão atua principalmente no crescimento do caule e das folhas dos vegetais, regulando sua altura, sendo também importante no desenvolvimento dos frutos, na floração e no retardamento do envelhecimento dos tecidos vegetais. A giberelina é transportada via xilema, juntamente com a seiva bruta, para todas as partes do vegetal. A giberelina também tem grande importância durante a germinação da semente, pois durante esse processo, assim que a semente começa a absorver água do meio para que consiga germinar, essa absorção induz o embrião a produzir giberelina, desencadeando sua germinação e consequentemente seu crescimento. Pichia pastoris: Pichia pastoris é uma espécie de levedura metilotrófica. É amplamente utilizada para a expressão de proteínas usando técnicas de ADN recombinante. Portanto, é utilizada na investigação bioquímica e genética em academias e na indústria de biotecnologia Elson Sadalla está desenvolvendo um estudo no qual produzirá um bioanabólico a partir da utilização da Pichia pastoris para desenvolver uma linhagem de fungos (leveduras) capaz de produzir o hormônio de crescimento no tambaqui (Colossoma macropomum), espécie de peixe mais cultivado e comercializado no Amazonas e na região Norte.

Gibberella fujikuroi – Fungo filamentoso – é endofítica, com macroconídeos Pichia pastoris – Levedura...