Embed Size (px)
Citation preview
1
2
3
Per a tota la meva família, especialment per a tu, Helena.
4
ÍNDEX
INTRODUCCIÓ 5
MARC TEÒRIC
BLOC 1: ELS BACTERIS
1. CLASSIFICACIÓ DELS ÉSSERS VIUS 10
2. CLASSIFICACIÓ CEL·LULAR 13
3. BACTERIS 20
4. BACTERIS ESTUDIATS 37
5. MICROBIOLOGIA 42
BLOC 2: ELS ANTIBACTERIANS
1. DEFINICIÓ I CARACTERÍSRIQUES DELS
ANTIBACTERIANS 52
2. CLASSIFICACIÓ DELS ANTIBACTERIANS 54
3. MECANISMES D’ACCIÓ 56
4. HISTÒRIA DELS AGENS ANTIMICROBIANS 65
5. ANTISÈPTICS 68
6. ANTIBACTERIANS NATURALS 71
BLOC 3: RESISTÈNCIA BACTERIANA
1. INTRODUCCIÓ 74
2. RESISTÈNCIA BACTERIANA 75
3. ANTIBIOGRAMA 82
PART PRÀCTICA
1. PLANTEJAMENT DE LA FASE EXPERIMENTAL 85
2. EXPERIMENT 1 89
3. EXPERIMENT 2 109
4. EXPERIMENT 3 112
CONCLUSIONS 114
FONTS D’INFORMACIÓ 120
GLOSSARI 124
ANNEX 1: LA CIÈNCIA DE LA MICROBIOLOGIA 130
ANNEX 2: “ANTIMICROBIAL RESISTANCE” 132
5
INTRODUCCIÓ
Objecte de l’estudi
Sota el títol de La guerra dels móns, anàlisi de la resistència bacteriana, aquest
treball pretén estudiar l’eficàcia de diferents antibacterians sobre un nombre
determinat de soques bacterianes. L’objectiu és mesurar la resistència dels
bacteris envers els diferents antibacterians per tal d’esbrinar quin és
l’antibacterià més eficaç i/o el bacteri més resistent.
Atès que es tracta d’un treball de recerca de batxillerat, s’inclouen
preceptivament, dues parts, un marc teòric i una part pràctica. Aquesta,
doncs, serà l’estructura d’aquest treball.
En qualsevol cas, el plantejament del treball considera que la part teòrica és
d’una gran importància en el conjunt de l’estudi, ja que constitueix els
fonaments de la part pràctica. Fins i tot es podria dir que aporta més
coneixements (pel que fa a la matèria, respecte de l’aprenentatge metodològic)
que la part d’investigació. Aquest plantejament es reflecteix en el
desenvolupament del cos de l’estudi.
La tria del tema d’estudi respon, principalment, a un interès personal per la
microbiologia, àmbit al qual pretenc enfocar el meu futur acadèmic. A part
d’això el fet de que es tracta d’un tema d’actualitat em va cridar l’atenció, ja
que el mal us dels medicaments i l’augment de les mesures higièniques ha
provocat una proliferació de soques bacterianes resistents que de vegades no
responen als tractaments, tenint com a conseqüència greus perjudicis per a la
salut de la població.
No obstant això, aquesta no va ser la meva primera tria. Així, en un primer
moment vaig pensar en algun tema relacionat amb la genètica. Un tema
d’actualitat, amb molta bibliografia i molt atractiu però amb un gran
inconvenient: la part pràctica era força limitada degut a la manca de recursos
en un centre de secundària, i semblava que només era factible la repetició de
l’experiment amb mosques del vinagre. Posteriorment, vaig valorar la
6
possibilitat d’estudiar l’efecte de les hormones en el culturisme, però la part
experimental tampoc no era de fàcil realització. Finalment, una visita al centre
de l’IRTA (Institut de Recerca Tecnologia Agroalimentàries de la Generalitat de
Catalunya) de Caldes de Montbui i l’assessorament d’una de les seves
investigadores (l’Alícia Serrano), em va fer decidir pel camp de la microbiologia
i, més concretament, els bacteris. A partir d’aquí, i d’acord amb la professora
Muntsa Estrada, tutora del treball, decidir l’objectiu concret i l’enfocament va
ser molt més fàcil.
Estructura del treball
El treball està dividit en dues grans parts. Per una banda trobem el marc
teòric en tres blocs. En el primer, sota el títol de Els bacteris, s’hi exposen les
característiques d’aquests microorganismes, com també una breu introducció
a la biologia més bàsica.
Al bloc segon, anomenat Els antibacterians, s’hi inclou una descripció i
classificació d’aquests, posant èmfasi en els antibiòtics més comuns.
Finalment, l’últim bloc relaciona els dos anteriors, i sota el nom Resistència
bacteriana, s’expliquen els diferents mecanismes que tenen els bacteris per ser
resistents als antibiòtics.
La part pràctica consta d'un informe de l’experiment on es descriu el
procediment emprat i s’analitzen i interpreten els resultats obtinguts en la
investigació realitzada. Per recollir i interpretar la informació s’han fet taules i
gràfics. L’informe va acompanyat d’un reportatge gràfic del procés.
La principal font d'informació consultada ha estat Internet, encara que els
llibres també n'han format una gran part. La selecció de la informació s'ha fet
de manera acurada, d'acord amb el nivell d'especificitat i la capacitat de
comprensió adequats.
7
L’estudi inclou també un glossari, situat al final, amb vocabulari especialitzat
de la matèria, on s’especifiquen i s’aclareixen els termes més complexos. Cada
terme es troba referenciat en el text i ordenat per ordre d’aparició.
S’inclouen dos annexos: el primer està relacionat amb el descobriment d’un
antibacterià, i el segon és un fragment d’un estudi (Antimicrobial Resistance)
realitzat per la Unió Europea l’any 2009, on es mostren dades sobre el
coneixement i l’ús correcte dels antibiòtics per part de la població europea.
Agraïments
Dono les gràcies a totes aquelles persones que han fet possible aquest treball
de recerca, tant durant la seva realització com en la recerca de l’objectiu i el
tema d’estudi.
Així doncs voldria agrair primer de tot a Muntsa Estrada, la tutora del treball,
per tota la seva ajuda durant la realització del treball i per la facilitació del
material necessari per a la part experimental.
A l’Alícia Serrano pel seus consells, indicacions i bibliografia, així com per la
interessantíssima visita al centre de l’IRTA de Caldes de Montbui.
També m’agradaria agrair al meu pare, Carlos López, per tota la seva ajuda
durant el procés: per totes les hores passades revisant una vegada i una altra
tot el contingut de l’estudi.
8
MARC TEÒRIC
9
BLOC 1
ELS BACTERIS
10
1. CLASSIFICACIÓ DELS ÉSSERS VIUS
Tots els éssers vius del planeta s’agrupen en cinc grans regnes: moneres,
protoctists, animals, plantes i fongs, a excepció dels virus, els quals es troben
a la frontera del que es considera vida.
- Moneres: Aquest grup inclou tots els organismes procariotes i dels
quals se’n donaran els detalls més endavant. Engloba tots els bacteris.
- Protoctists: S’hi comprenen tots els organismes eucariotes que no es
poden classificar en cap dels altres regnes. Inclou organismes molt
diversos, unicel·lulars (formats per una sola cèl·lula) i pluricel·lulars
(formats per més d’una cèl·lula). El formen algues i protozous.
- Fongs: Són organismes que es distingeixen de les plantes i dels animals
en el cicle vital, el mecanisme de nutrició i el desenvolupament. Es
reprodueixen per espores. Són els responsables de gran part de la
descomposició de matèria orgànica i poden ser tan unicel·lulars com
pluricel·lulars. S’hi trobem els bolets, els llevats i els líquens.
- Plantes: Van ser el primer grup d’organismes a colonitzar el medi aeri.
En el procés conegut com a fotosíntesi, les plantes utilitzen l’energia
solar per obtenir nutrients. Les seves cèl·lules contenen un orgànuls
anomenats cloroplasts, aquests fan possible la fotosíntesi.
- Animals: Són tots organismes pluricel·lulars. La mobilitat és la
característica que els distingeix dels altres organismes, com també la
seva reproducció sexual. Tenen una gran capacitat d’adaptació als
canvis que es produeixen en el seu ambient. També cal dir que no
poden produir el seu propi aliment, ja que no fan el procés de la
fotosíntesi. Es poden distingir, a grans trets, entre vertebrats (amb
columna vertebral) i invertebrats (sense).
- Virus: són microorganismes que només es reprodueixen dins de
cèl·lules hostes vivents. Actualment es qüestiona si es poden considerar
o no organismes vius, ja que no estan formats per cèl·lules, no es
11
mouen per si mateixos... Tot i així, tenen característiques comunes amb
els organismes vius: estan fets de biomolècules orgàniques*1, es
reprodueixen, etc.
Taula 1: característiques éssers vius
Font: elaboració pròpia
1 Tots els termes recollits a l’annex es troben referenciats amb un asterisc (*) en el
text.
Nom
bre
de
cèl·lu
les
Org
an
ització
cel·lu
lar
Meta
boli
sm
e
Repro
ducció
Respir
ació
Regne
Un
icel·lu
lar
Plu
ricel·lu
lar
Pro
cari
ota
Eu
cari
ota
Au
tòtr
of
Hete
ròtr
of
Asexu
al
Sexu
al
Aerò
bia
An
aerò
bia
Moneres X X X X X X X X
Protoctists X X X X X X X X
Fongs X X X X X X X
Plantes X X X X X X
Animals X X X X X
12
Figura 1: Esquema dels cinc regnes
Font: http://angelicacienciaatualcancez.blogspot.com
13
2. CLASSIFICACIÓ CEL·LULAR
Si en comptes de considerar l’ésser viu com a unitat de classificació ens
centrem en el nivell cel·lular, diferenciem entre eucariotes i procariotes, segons
si tenen o no un nucli diferenciat.
La principal diferència està en què els procariotes no tenen el nucli cel·lular
separat de la resta del citoplasma, com a les cèl·lules eucariotes, per tant,
trobem el material genètic (DNA) lliure pel citoplasma. També és important
destacar que les cèl·lules procariotes són molt més senzilles que les eucariotes.
Però cal dir que s’han fet diverses classificacions. Una d’elles és la que va
plantejar Carl Woese el 1977 en proposar una categoria superior a la de regne,
la qual va anomenar domini, reconeixent tres llinatges evolutius: Archaea,
Bacteria i Eukarya. Les característiques que separen aquests dominis són el
tipus de cèl·lula (unicel·lular o pluricel·lular), els compostos que formen la
membrana cel·lular i l’estructura del RNA*.
Figura 2: Comparació entre la cèl·lula procariota i l’eucariota
Font: http://www.icarito.cl/estructura-de-la-celula-procariota-y-eucariota-animal.shtml
14
Figura 3: Arbre filogenètic de la vida
Font: http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect20/A12d.html
2.1 La cèl·lula eucariota
Aquest tipus de cèl·lules es van desenvolupar 1500 milions d’anys enrere. Van
ser fruit de la gran evolució del primer tipus de cèl·lules que van aparèixer, les
cèl·lules procariotes.
Les cèl·lules eucariotes es troben a tots els éssers vius pluricel·lulars menys al
regne de les moneres.
Les principals característiques que les defineixen són les següents:
- Presenten un nucli diferenciat, el material genètic no es troba lliure pel
citoplasma sinó que està envoltat per l’embolcall nuclear.
- Són les cèl·lules més complexes.
- L’interior de la cèl·lula es troba dividit per sistemes interns de
membranes.
15
- Es divideixen en tres grups; cèl·lules vegetals, cèl·lules animals i
cèl·lules dels fongs.
o Cèl·lula vegetal: És el tipus de cèl·lula que formen els vegetals.
La seva principal característica és que presenten uns orgànuls*
anomenats cloroplasts, aquests són els encarregats de fer el
procés de la fotosíntesi. El seu principal component estructural
és la cel·lulosa (el component orgànic més abundant de la Terra) i
presenten una paret formada per aquesta.
o Cèl·lula animal: a diferència de la cèl·lula vegetal, l’animal no
presenta cloroplasts ni paret cel·lular. Algunes tenen capacitat de
moviment mitjançant uns orgànuls anomenats flagels. Tal i com
indica el seu nom, és la cèl·lula característica del regne animal.
o Cèl·lula dels fongs: És semblant a la cèl·lula animal amb
algunes excepcions: presenta una paret cel·lular gruixuda de
quitina. No té sistemes locomotors, per tant no li és possible el
moviment.
16
Figura 4: Cèl·lula animal
Font: http://biologiaenlaup.wikispaces.com
Figura 5: Cèl·lula vegetal
Font: http://biologiaenlaup.wikispaces.com
17
2.2 La cèl·lula procariota
la cèl·lula procariota va ser el primer tipus de cèl·lula present al planeta Terra,
data d’uns 3500 milions d’anys. Al principi vivien en un medi aquàtic i
utilitzaven els compostos orgànics de l’aigua com a font de carboni i com a
font d’energia mitjançant processos metabòlics anaeròbics (és a dir,
fermentacions). Però els compostos orgànics del medi es van anar acabant i
això els va suposar una dificultat per poder sobreviure. A causa d’això van
aparèixer un grup de cèl·lules que havien desenvolupat el sistema de
fotosíntesi, eren els avantpassats dels actuals cianobacteris. La quantitat
d’oxigen que alliberaven va anar generant la capa d’ozó (O₃), que va permetre
que alguns organismes poguessin colonitzar el medi terrestre, ja que aquest
gas (l’ozó) els protegia de les radiacions ultraviolades del Sol tal i com feia
l’aigua.
És el grup més abundant i heterogeni, compost per organismes unicel·lulars
molt petits i que es divideixen en els bacteris i els archaea, dels quals se’n
parlarà més endavant.
Les cèl·lules que formen els organismes procariotes presenten una estructura
molt senzilla: aquest tipus de cèl·lules no tenen un nucli diferenciat, el
material genètic, DNA, es troba lliure pel citoplasma i la regió que conté el
material genètic s’anomena nucleoide. Molts pocs orgànuls estan diferenciats
(ribosomes, mesosomes).
Poden sobreviure a múltiples hàbitats sota tot tipus de condicions; des de les
extensions gelades de l’Antàrtida fins a les fosques profunditats oceàniques.
Són capaces de resistir elevades temperatures, com per exemple les fonts
termals naturals. Igualment, poden sobreviure sense oxigen lliure, obtenint
així la seva energia per processos anaeròbics i si les condicions són
desfavorables, poden formar espores de paret i romandre així en estat latent
durant anys, podent tornar a viure de forma normal quan les condicions
milloren. Suporten una gran varietat de situacions que moltes altres formes de
vida no poden tolerar.
18
Són els principals descomponedors, degraden la matèria orgànica per a què
els vegetals la puguin utilitzar.
Alguns procariotes són fotosintètics, com els cianobacteris. Transformen el
diòxid de carboni (CO₂) en glúcids* (és a dir, són cèl·lules autòtrofs), i utilitzen
la llum solar com a font d’energia (és a dir, són fotòtrofs), així generen oxigen
com a producte residual.
Figura 6: Cèl·lula procariota
Font: http://biologiaenlaup.wikispaces.com
19
Figura 7: Bacil, microscopi electrònic, comparació entre la cèl·lula procariota i
l’eucariota (fig.9).
Font: http://www.lorem-ipsum.es
Figura 8: Cèl·lula eucariota, microscopi electrònic.
Font: http://www.lorem-ipsum.es
20
3. BACTERIS
3.1. Definició de bacteri
Un bacteri és un organisme unicel·lular que no disposa d’un nucli vertader, és
a dir, el seu material genètic no està envoltat per membranes com és el cas
dels eucariotes o eucarionts. Filogenèticament es divideixen en dos grups:
arqueobacteris i eubacteris, tot i que se n’han fet diverses classificacions, ja
que són uns microorganismes molt difícils de catalogar.
Pertanyen al regne de les moneres, aquest està format per microorganismes
unicel·lulars i colònies amb organització cel·lular procariota. Inclou una
àmplia varietat de bacteris, algues verd – blavoses o cianobacteris, i altres
organismes fotosintètics. La major part dels microorganismes d’aquest grup es
nodreixen per absorció, encara que alguns, com els cianobacteris, són
fotosintètics. La reproducció és principalment asexual, encara que un cert
nombre d’espècies es reprodueixen també sexualment.
Els bacteris són els organismes més abundants del planeta. Tal i com hem dit
abans, són presents arreu, fins i tot els podem trobar com a simbionts d’altres
éssers vius, com per exemple els bacteris que viuen dins l’intestí humà, els
anomenats flora intestinal, indispensables per a la salut.
Molts patògens, inclosos la majoria dels agents responsables de malalties no
hereditàries o infeccioses, són bacteris. Generalment són diminuts, al voltant
de 0,1-5 µm, tot i que hi ha exemplars (com molts del gènere Thiomargarita)
que poden arriba a mesurar 0.3 mm.
Normalment presenten paret cel·lular, com les plantes i els fongs, però la seva
composició química és diferents a la d’aquests. Molts es mouen utilitzant uns
orgànuls anomenats flagels.
Es calcula que al cos humà hi ha aproximadament deu cops més cèl·lules
bacterianes que cèl·lules humanes. Amb una gran quantitat de bacteris a la
pell, a l’aparell respiratori i al tracte genital i digestiu. Encara que l’efecte
protector del sistema immunitari fa que la gran majoria d’aquests bacteris
21
siguin inofensius o fins i tot beneficiosos, alguns bacteris patògens poden
causar malalties infeccioses, incloent la còlera, sífilis, lepra, tifus, etc.
3.2 Estructura bacteriana.
A continuació s’examinarà l’estructura d’un bacteri típic.
La cèl·lula bacteriana té dues parts bàsiques: la coberta (superfície externa de
la cèl·lula) i el citoplasma (interior on es localitzen el nucleoide i altres
estructures).
L’organització interna dels bacteris és molt més simple que la de les cèl·lules
eucariotes; en canvi, la seva estructura superficial és més complexa .
Estructura d’un bacteri qualsevol:
1. Càpsula bacteriana.
2. Paret bacteriana.
3. Membrana plasmàtica.
4. Ribosomes.
5. Inclusions.
6. Flagels.
7. Pèls i fímbries.
8. Cromosoma bacterià.
9. Orgànuls especialitzats
3.2.1. Càpsula Bacteriana
És una estructura que envolta la paret bacteriana i que només presenten
alguns bacteris, està composta de polisacàrids*, polialcohols* i aminosucres*
(polímers de glucosa). Compleix les següents funcions:
1. Resistència a la dessecació del medi.
2. Resistència a l’atac de cèl·lules fagocítiques i anticossos del sistema
immunològic.
22
3. Permet la fixació dels bacteris a les cèl·lules de l’hoste i l’adhesió de les
cèl·lules filles entre si, de manera que afavoreixen la formació de
colònies.
4. Intervé en els processos d’intercanvi d’aigua, ions i substàncies
nutritives.
Té un gruix molt variable (entre 100 i 400 Ǻ2 ). Gairebé tots els bacteris
gramnegatius patògens tenen càpsula.
Figura 9: Esquema de la càpsula bacteriana
Font: http://www.educa.madrid.org
3.2.2. Paret bacteriana
És una coberta rígida i forta que dóna forma a les cèl·lules bacterianes. Té una
amplada d’ entre 50 i 100 Ǻ. La tinció Gram permet diferenciar dos tipus de
bacteris segons l’estructura de la paret : els grampositius i els gramnegatius.
En tots dos tipus la paret té una capa de mureïna, peptidoglicà format per una
xarxa la base de la qual són N-acetilglicosamina* (NAG) i N-acetilmuràmic*
(NAM) units alternadament i que formen llargues cadenes. Els NAM tenen
enllaçada una cadena de quatre aminoàcids: L-alanina, D-isoglutàmic, L-lisina
2 Ǻ: angstörm, unitat de longitud que s’utilitza per expressar distàncies moleculars i
atòmiques. Equival a 10-10 metres.
23
i D-alanina. Les cadenes de NAG i NAM estan unides per enllaços encreuats
entre les cadenes d’aminoàcids.
3.2.3. Membrana plasmàtica
És una membrana lipídica de 75 Ǻ de gruix que envolta el citoplasma. Té una
estructura idèntica a les de les cèl·lules eucariotes, i tan sols varien algunes
de les molècules que la componen; per exemple, a la membrana bacteriana no
hi ha esteroides (colesterol).
La membrana plasmàtica és un mosaic de diferents tipus de proteïnes
(generalment glicoproteïnes*) intercalades en una bicapa de fosfolípids. El
conjunt es mou en el pla de la membrana com si fos un fluid, d'aquí el nom
que rep aquest model d'estructura: mosaic fluid.
Les funcions de la membrana plasmàtica bacteriana són les mateixes que en
la cèl·lula eucariota, és a dir, limiten el bacteri i regulen el pas de les
substàncies nutritives. Hi té lloc també la fotosíntesi, en el cas dels
cianobacteris, la respiració cel·lular i actua també en la replicació del DNA.
Figura 10: Estructura tridimensional de la membrana plasmàtica.
Font: http://recursos.cnice.mec.es
24
3.2.4. Ribosomes
Són partícules d’uns 200 a 250 Ǻ de diàmetre que estan lliures pel citoplasma
bacterià en un nombre d’uns 10.000. Estan constituïts per dues subunitats
que no sempre estan unides, aquestes es diferencien per la velocitat de
sedimentació, 30 S en la petita , de 50 S en la gran i de 70 S en la del
ribosoma complet. La subunitat petita té un pes molecular de 900.000 daltons
i està constituïda per una molècula de RNA ( pes molecular 600.000 daltons) i
21 proteïnes diferents. La gran té un pes molecular d’1.600.000 daltons i està
formada per dues molècules de RNA i 34 proteïnes. Els ribosomes bacterians
fan la síntesi de proteïnes per mitjà d’un mecanisme idèntic al de les cèl·lules
eucariotes, però sempre estan lliures pel citoplasma.
Figura 11: Comparació entre un ribosoma bacterià i un d’eucariota.
Font: http://www.genomasur.com/lecturas/Guia11.htm
25
3.2.5. Inclusions
Les inclusions son grànuls de reserva de diversos tipus de substàncies que el
bacteri sintetitza en moments d’abundància d’aliments, o bé, són residus del
seu metabolisme. Aquestes inclusions estan disperses pel citoplasma i no
tenen membrana que les aïlli del medi intern. Les substàncies que formen els
grànuls són polisacàrids (midó, glicogen), lípids (triacilglicèrids, cèrids) i
volutina* (polifosfats i sofre). Les inclusions serveixen com a elements de
reserva nutritiva.
3.2.6. Flagels
Els flagels són prolongacions fines amb una longitud que moltes vegades és
més gran que el propi bacteri. Donen mobilitat al bacteri i l’impulsen. Segons
la situació dels flagels, els bacteris poden ser monòtrics, lofòtrics, amfítrics i
perítrics.
Figura 12: Classificació dels bacteris segons la situació dels flagels. A: monòtric,
B: lofòtric, C: amfítric, D: perítric.
Font: http://www.educa.madrid.org
26
Els flagels estan formats per prop de 20 proteïnes, amb aproximadament
altres 30 proteïnes per a la seva regulació i coordinació.
El filament és un tub buit helicoïdal de 20 nm de gruix. Presenta una forta
corba o "colze" just a la sortida de la membrana externa, un eix s'estén entre el
colze i el cos basal, passant per diversos anells de proteïnes a la membrana de
la cèl·lula que actuen com si fossin coixinets. El filament acaba en una punta
de proteïnes.
El flagel bacterià està impulsat per un motor rotatiu compost per proteïnes
(complex Mot), situat en el punt d'ancoratge del flagell a la membrana
plasmàtica. El motor està impulsat per la força motriu d'una bomba de
protons, és a dir, pel flux de protons (ions d'hidrogen) a través de la membrana
plasmàtica bacteriana.
El flagel està relacionat amb el complex de porus i amb el sistema de secreció
de tipus III, una xeringa molecular que els bacteris utilitzen per injectar
toxines en altres cèl·lules. Donades les similituds, es pensa que tant el flagel
com el sistema de secreció s'han originat a partir del complex de porus. A més,
el sistema de secreció de tipus III sembla una simplificació del flagel, ja que
està format per un subconjunt de components d’aquest.
Figura 13: Estructura del flagel bacterià
Font: http://pt.wikipedia.org/wiki/Flagelo
1. Filament
2. Espai periplasmàtic
3. Colze
4. Unió
5. Anell L 6. Eix
7. Anell P
8. Paret cel·lular
9. Estàtor
10. Anell MS 11. Anell C
12. Sistema de secreció de
tipus III
13. Membrana externa
14. Membrana
citoplasmàtica 15. Extrem
27
3.2.7. Pèls o fímbries
Els pèls o fímbries són estructures rígides, cilíndriques i buides per dins.
Estan formades per molècules de la proteïna pillina. A diferència dels flagels
no tenen mobilitat. Es troben a la superfície d’alguns bacteris gramnegatius.
N’hi ha de molts tipus i es distingeixen fonamentalment pel diàmetre, que
oscil·la entre els 30 i els 300 Ǻ. La seva funció està relacionada amb
l'adherència als substrats i l'intercanvi de fragments de DNA entre bacteris,
l’única forma de reproducció sexual en aquests microorganismes.
3.2.8. Cromosoma bacterià
El DNA dels bacteris està constituït per una sola molècula de doble hèlix
(aquesta, és molt gran en comparació amb la grandària del bacteri), circular, i
superenrotllada a una proteïna, no a histones*. Sol estar unit a un dels
mesosomes*. Té la funció de mantenir i conservar la informació genètica i
alhora dirigir el funcionament de tot el metabolisme bacterià.
A les cèl·lules bacterianes pot haver-hi també diverses molècules de DNA
circular extracromosòmic, de menor massa molecular que el cromosoma,
denominats plasmidis. Aquests plasmidis, en alguns bacteris, poden tenir
gens que els protegeixen dels antibiòtics (resistència), o que intervenen en els
processos de reproducció.
Figura 14: Cromosoma bacterià circular
Font: http://www2.uah.es/
28
3.2.9. Orgànuls especialitzats
Només els cianobacteris (bacteris fotosintetitzadors) tenen uns orgànuls
delimitats per una membrana similar a la plasmàtica: els tilacoides, on estan
situats els pigments fotosintètics.
Tot i així, hi ha bacteris que també tenen orgànuls especialitzats, delimitats
per unes membranes rígides de proteïnes que no deixen passar l’aigua però sí
l’aire: són les vesícules de gas, que contenen aire i actuen com a flotadors del
bacteri.
Uns altres orgànuls especialitzats són els anomenats carboxisomes o cossos
polièdrics, presents en els cianobacteris i també en altres bacteris fotosintètics
i quimiosintètics*. Aquests contenen l’enzim responsable de la fixació del CO₂*
de l’aire.
3.3. Classificació i identificació dels bacteris
Els criteris de classificació dels bacteris són múltiples. Tradicionalment els
taxònoms han utilitzat la morfologia, la bioquímica i la fisiologia per a la seva
identificació, actualment però, s’utilitzen altres tècniques basades en la
composició i estructura del DNA, el perfil de les proteïnes, el RNA, etc.
Donada la gran varietat de classificacions, ens basarem en tres tipus, ja que
són les més utilitzades: la morfològica, l’anomenada tinció Gram i per últim
l’estratègia d’obtenció de matèria i energia, basada en el metabolisme dels
bacteris.
3.3.1 Segons la seva morfologia
El món microbià presenta una varietat morfològica pràcticament infinita. No
obstant, la forma de la majoria dels procariotes es limita a dos tipus:
o Els cocos: generalment presenten una forma esfèrica, però poden ser
ovalats o amb un dels costats aplanats. Poden presentar-se com a
unitats individuals o bé associades en agrupacions. Quan els cocs es
29
divideixen per reproduir-se, les cèl·lules romanen unides, aquest tipus
s’anomenen diplococs, i els que després de la divisió queden units en
forma de cadenes es denominen estreptococs. Els cocs que es divideixen
en dos plans i es queden junts en grups de quatre es coneixen amb el
nom de tètadres. Els que es divideixen en tres plans i romanen units en
grups amb forma de cub s’anomenen sarcines. I els que es divideixen
en plans múltiples i formen grups semblants a l’esqueix de raïm,
estafilococs.
o Els bacils: es divideixen exclusivament a través dels seus eixos menors,
de manera que la quantitat de grups de bacils és menor a la dels cocs.
La majoria s’observen com bastons aïllats. Els diplobacils romanen
units en parells després de la divisió, mentre que els estreptobacils
formen cadenes. Alguns bacils presenten una forma semblant a fils de
palla i altres presenten extrems afinats i s’acosten més a la figura de les
cigarretes. Altres són ovalats i s’assemblen molt als cocs, per això reben
el nom de coccobacils.
Els bacteris poden adoptar més formes, com per exemple helicoïdals (forma
d’espiral), vibrions (en forma de coma), etc.
Figura 15: Morfologia bacteriana
Font: http://www.esacademic.com
30
3.3.2 Segons la tinció Gram
Aquest mètode, que és un tipus de tinció empleat en microbiologia per a la
visualització dels bacteris, va ésser batejat així en honor a Hans Christian
Gram, qui va desenvolupar aquesta tècnica. Des de fa més de cent anys els
bacteris han estat classificats a partir de la tècnica de tinció Gram.
Diferenciem entre dos tipus de bacteri segons les diferències de la seva paret
cel·lular.
o Bacteris grampositius: La característica principal d’aquests bacteris
és la seva gruixuda paret cel·lular de peptidoglicà. Aquestes cèl·lules
tenen una membrana citoplasmàtica amb fosfolípids i proteïnes. Per
fora de la membrana citoplasmàtica es troba la paret cel·lular que està
composta per una capa ampla de peptidoglicà. Aquest peptidoglicà és
una molècula gegant formada per cadenes d’un dímer*. A la vegada que
aquestes cadenes es troben unides entre si per mitjà de pèptids, que
són petites cadenes d’aminoàcids que s’entrecreuen. Aquests ponts
peptídics són característics dels diferents bacteris i com més complet
sigui l’encreuament, més rigidesa tindrà la paret cel·lular. El
peptidoglicà és una malla porosa que li dona forma i rigidesa a la
cèl·lula, i evita que aquesta exploti en medis hipotònics*. Al ser porosa
permet el pas de nutrients des de l’exterior.
Figura 16: Esquema de l’embolcall d’un grampositiu.
Font: http://www.educa.madrid.org
31
o Bacteris gramnegatius: Els bacteris gramnegatius són cèl·lules amb
una capa fina de peptidoglicà i un segon embolcall anomenat
membrana externa. Les cèl·lules es troben embolcallades per una
membrana citoplasmàtica formada per una bicapa de fosfolípids i
proteïnes. Per sobre d’aquesta membrana hi ha una capa prima de
peptidoglicà, que es troba unida covalentment a unes lipoproteïnes
d’ancoratge que fixen la membrana externa. Entre la membrana
citoplasmàtica i la membrana externa queda delimitat l’espai
periplasmàtic. Aquest espai està ocupat pel periplasma, que és on es
troben compostos de catàlisi de la cèl·lula. La membrana externa té una
estructura de bicapa, on la cara externa està composta per
lipopolisacàrids i per fosfolípids a la cara interna. A més a més, aquesta
membrana és rica en proteïnes. La membrana externa funciona com
una barrera de permeabilitat per a certes substàncies (permeabilitat
selectiva) com els antimicrobians, i també alenteix el pas d’altres que
són inactivades pel periplasma. La presència del lipopolisacàrid a la
membrana externa li confereix a la cèl·lula una protecció efectiva contra
enzims digestius i dóna certa resistència.
Figura 17: Esquema de l’embolcall d’un gramnegatiu.
Font: http://www.educa.madrid.org
32
3.3.3 Segons el metabolisme
Tots els éssers vius porten a terme el processament dels nutrients que els
mantenen vius. A aquest conjunt de processos se’l coneix com a metabolisme i
consisteix en un gran nombre de reaccions químiques, unes destinades a
sintetitzar substàncies complexes a partir d’altres més simples (anabolisme) i
altres a degradar les més complexes per obtenir-ne de més simples
(catabolisme). Una altra part important del metabolisme és la de transformar i
conservar l'energia que està continguda en una reacció química en algun
procés que requereixi energia, com pot ser el treball, el moviment o la
reproducció.
Segons la font de carboni que utilitzen, els éssers vius es divideixen en
autòtrofs, la principal font de carboni és el CO₂, i heteròtrofs quan la seva font
de carboni és matèria orgànica.
D'altra banda segons la font d'energia, els organismes o éssers vius poden ser
fotòtrofs, la principal font d'energia és la llum, i quimiòtrofs, la font d'energia
és un compost químic que s'oxida. Atenent a les anteriors categories, entre els
bacteris podem trobar les següents formes:
o Els bacteris quimioheteròtrofs, utilitzen un compost químic com a font
de carboni, i al seu torn, aquest mateix compost és la font d'energia. La
major part dels bacteris cultivats a laboratoris i els bacteris patògens
són d'aquest grup.
o Els bacteris quimioautòtrofs, utilitzen compostos inorgànics com ara
H₂, NH₃, NO₂ reduïts com a font d'energia i el CO₂ com a font de
carboni.
o Els bacteris fotoautòtrofs, utilitzen la llum com a font d'energia i el
CO₂ com a font de carboni. Pertanyen a aquest grup algues i
cianobacteris.
o Els bacteris fotoheteròtrofs, utilitzen la llum com a font d'energia i
compostos orgànics com a font de carboni. Per exemple algues i bacteris
fotosintètics.
33
Figura 18: Quadre resum del metabolisme bacterià
Font: elaboració pròpia
3.4 Reproducció bacteriana
Com la majoria dels éssers vius, els procariotes es poden reproduir mitjançant
mètodes asexuals o sistemes parasexuals*.
3.4.1. Reproducció asexual
La reproducció asexual és el sistema més primitiu de reproducció, el primer en
aparèixer en el curs evolutiu i per tant el més estès. Considerem aquest un
sistema asexual doncs, a partir d'una sola cèl·lula original s'originen dos
individus genèticament idèntics entre si, és a dir clons.
L'avantatge del primer sistema, reproducció asexual és la seva rapidesa: si un
bacteri està vivint en un ambient adequat pot dividir-se en uns vint minuts i
generar grans poblacions.
El mètode més habitual és la bipartició o fissió binària en què, a partir d'una
cèl·lula original resulten dues cèl·lules filles aproximadament iguals en
grandària i amb la mateixa dotació genètica: una còpia de la molècula de DNA
Cèl·lules CO₂
Compostos inorgànics
QUIMIOAUTÒTROF
FOTOAUTÒTROF
CO₂ Cèl·lules
Llum O₂
Compostos orgànics Cèl·lules
Llum
FOTOHETERÒTROF
QUIMIOHETERÒTROF
Compostos orgànics
Cèl·lules
Compostos inorgànics
34
circular pròpia de la cèl·lula "mare" en cadascuna d'elles. Podem considerar
les següents etapes:
1. El procés s'inicia quan la cèl·lula ha augmentat una mica la seva
grandària i duplica el seu DNA. Les dues molècules resultants
romanen unides a la membrana per llocs propers.
2. La cèl·lula sintetitza els components fonamentals de la membrana:
lípids i proteïnes que s'incorporen a la zona situada entre els dos punts
d'unió de les molècules de DNA. Per tant la cèl·lula s'allarga,
especialment en aquesta zona central que separa els punts d'inserció
del DNA.
3. Apareix llavors en la meitat de la cèl·lula una invaginació dels
embolcalls externs que per estrangulació progressa divideix el
citoplasma en dues parts. Al mateix temps, nou material de la paret es
diposita a la cara externa de la membrana.
4. En poc temps la cèl·lula hi haurà format dues cèl·lules filles que seran
clons, individus genèticament iguals entre ells. Afortunadament per als
bacteris, l'elevada freqüència de mutacions permet que es generi una
certa diversitat, el que resulta fonamental per aconseguir la seva
extraordinària adaptabilitat als canvis ambientals.
Figura 19: Reproducció per bipartició
Font:http://www.unad.edu.co
35
3.4.2. Reproducció sexual
Els bacteris, en sentit estricte, no tenen mecanismes de reproducció
sexual. No es formen gàmetes, ni aquests es fusionen en un zigot. Però si que
tenen mecanismes d'intercanvi de gens que comporten l'aparició de bacteris
"fills" amb característiques diferents als originals, el que és una de les
principals conseqüències dels processos sexuals.
Existeixen en els procariotes tres mecanismes principals d'intercanvi de gens:
3.4.2.1. Conjugació
Es realitza a través de petits fragments de DNA circular anomenats
plasmidis. Aquests plasmidis "de fertilitat" es denominen comunament
"plasmidis F". Un bacteri amb aquest plasmidi (F +) actuarà com bacteri
donador i els bacteris que no tenen aquest plasmidi (F -) actuen com a
receptors. El procés més habitual de conjugació és la transferència del DNA
del plasmidi d'una cèl·lula F + a una F-. Això passa a través d'un pilus sexual*
de la cèl·lula donadora, que serveix per enganxar-se a la receptora i tirar d'ella
per apropar-se.
Després es forma un pont citoplasmàtic entre les dues cèl·lules. El DNA del
plasmidi F+ es replica i es transfereix una còpia pel pont a la cèl·lula
receptora. Després les cèl·lules, ara les dues són donadores, se separen.
En alguns bacteris donadors el plasmidi F es pot integrar al genoma bacterià.
En aquest estat el plasmidi F continua provocant la conjugació i, en fer-ho,
pot arrossegar amb si una bona part del cromosoma bacterià i transferir gens
del bacteri donador al receptor.
3.4.2.2. Transducció
El material genètic d'un bacteri és portat fins a un altre per mitjà d'un virus
que ataca bacteris (bacteriòfag). Com que els virus s'integren habitualment en
el cromosoma bacterià, quan aquest es replica i passa a altres bacteris pot
portar fragments del DNA del primer, actuant com un vector de reproducció
parasexual.
36
Figura 20: Reproducció per transducció.
Font:http://www.unad.edu.co
3.4.2.3. Transformació
Aquest procés s'ha observat in vitro*: algunes espècies bacterianes són
capaços d'introduir DNA present en el seu medi extracel·lular i incorporar-lo al
seu genoma. Es dubta de la importància d'aquest fenomen in vivo*, ja que el
DNA aïllat fora d'un organisme és extraordinàriament rar en la natura.
Aquest procés resulta de gran importància en els processos d’enginyeria
genètica.
37
4. BACTERIS ESTUDIATS
4.1. Serratia Marcenscens
És un bacil gramnegatiu inclòs dins la família Enterobacteriaceae a la qual
també pertanyen també Klebsiella, Proteus o Escherichia per exemple. És una
causa important d'infeccions d'origen nosocomial (és a dir, infeccions
adquirides dins de l'hospital): bacterièmies, pneumònies i infeccions del tracte
urinari. Sovint afecta a pacients ingressats a la UCI i en unitats de prematurs.
Moltes de les soques d'origen "salvatge" (és a dir, d'origen ambiental, no
hospitalari) són productores d'un pigment vermell, anomenat "prodigiosina".
Figura 21: Serratia Marcencens observada a través d’un microscopi òptic
a 100 X amb oli d’immersió.
Font: http://people.uleth.ca/
4.2 Staphylococcos epidermis
És un bacil grampositiu, que forma part de la nostra flora intestinal. És un
patogen oportunista, ja que requereix una anomalia important de les defenses
de l'hoste per actuar. És un dels principals patògens de les infeccions
nosocomials, especialment associades a infeccions anormals. L'organisme
produeix un glicocàlix que actua com un adhesiu, adherint-se així a les
38
cèl·lules de l’hoste i causant també resistència a la fagocitosi i a alguns
antibiòtics.
Figura 22: Staphylococcos epidermis, microscopi òptic, 100 X, oli d’immersió.
Font: http://web.uconn.edu
4.3 Pseudomonas fluorescens
És un bacteri gramnegatiu de la mateixa família que gairebé no afecta els
humans. Els Pseudomonas solen localitzar-se preferentment a terra i a l'aigua.
Des d'aquí passen a tots els éssers vius: animals, vegetals i a l'ésser humà. Per
als primers (vegetals i animals) hi ha alguns tipus que són patògens. En el cas
dels humans alguna espècie que actua com a microbi oportunista: afecta a
aquelles persones amb les defenses baixes. No és el cas, però, de
Pseudomonas fluorescens, que rarament afecta als humans.
Figura 23: Pseudomonas fluorescens, microscopi òptic, 100 X oli d’immersió.
Font:http://www.alken-
murray.com
39
4.4 Escherichia coli
És un bacteri gramnegatiu i una de les principals espècies d’eubacteris que
viuen a la part més baixa dels intestins dels animals de sang calenta, incloent-
hi ocells i mamífers. Són necessaris per a la correcta digestió dels aliments i la
seva presència en l'aigua subterrània és un indicador comú de la
contaminació fecal. La majoria no produeixen patologia i viuen a l’intestí de
l'home i mamífers com a flora normal intestinal sense causar malalties. El
tipus de patologia més freqüent que produeixen són les infeccions del tracte
urinari i les gastroenteritis. Moltes poden actuar com a patogen
oportunista. E. coli és el principal agent causal de septicèmies i també
produeix un tipus de meningitis.
Figura 24: Escherichia coli, microscopi òptic, 100 X amb oli d’immersió.
Font: http://www.esacademic.com
4.5 Micrococcus luteus
És un eubacteri no patogen grampositiu i sapròfit. En tractar-se d'un
organisme aeròbic es pot trobar al sòl, a la pols, a l'aigua o a l'aire i com a part
40
de la flora que es troba a la pell dels mamífers. Als humans, el bacteri també
colonitza la boca, les mucoses, l'orofaringe i el tracte respiratori superior.
Tot i que M. luteus no és patogen i habitualment és vist com un contaminant,
ha de ser considerat com un factor emergent d'infeccions nosocomials en
pacients immunodeficients.
Figura 25: Micrococcus luteus, microscopi òptic, 100 X amb oli
d’immersió
Font: http://www.rci.rutgers.edu
4.6 Bacillus cereus
És un eubacteri grampositiu que es pot trobar fàcilment al menjar i que
causa intoxicació alimentària. És un bacteri que pot aguantar diferents
condicions ambientals, és aeròbic. Bacillus cereus és el causant malalties
transmeses pels aliments com la intoxicació emètica (amb vòmits).
41
Hi ha soques capaces de multiplicar-se per sota dels 7ºC, i d'altres que poden
multiplicar-se per sobre del 45ºC, però no són gaire freqüents.
Figura 26: Bacillus cereus, microscopi òptic, 100 X amb oli d’immersió.
Font: http://www.kimicontrol.com/edu-e.html
42
5.MICROBIOLOGIA
5.1. Introducció al concepte de la microbiologia3
Entenem com a microbiologia com la ciència que estudia els éssers vius més
petits, concretament aquells que es troben fora de l’abast de l’ull humà.
El fet de que aquesta disciplina va tenir un origen molt tardà amb relació a
altres ciències biològiques, s’ha d’atribuir a la carència, durant molt de temps,
de les tècniques i instruments pertinents. Amb la invenció del microscopi al
segle XVII va començar un lent desplegament d’una nova branca de
coneixement, inexistent fins llavors.
Durant els 150 anys següents, la microbiologia es va limitar gairebé a una
simple descripció dels tipus de microorganismes i als primers intents de
classificar-los en un dels dos grans grups que existien llavors: els vegetals i els
animals.
La consolidació de la microbiologia com a ciència està estretament lligada a
una sèrie de controvèrsies i discussions (amb les nombroses filtracions de la
filosofia i inclús de la religió de l’època), que es van prolongar fins a finals dels
segle XIX. La resolució d’aquestes polèmiques va dependre del
desenvolupament d’una sèrie d’estratègies experimentals fiables (esterilització,
cultius purs, perfeccionament de les tècniques microscòpiques, etc.), que van
acabar formant la base de coneixements de la microbiologia tal i com la
coneixem. El reconeixement de l’origen microbià i el definitiu abandonament
de la idea de la generació espontània4 van representar les conquestes
definitives de la microbiologia.
Durant un cert temps, la microbiologia va quedar estretament lligada amb la
medicina, i amb un desenvolupament paral·lel al de la química, que li va
aportar múltiples avenços metodològics fonamentals. Però, un corrent, en
principi minoritari, dedicat als estudis centrats en certs bacteris del sòl, va
3 Veure annex 1: Relat: El cas de James Greenlees 4 La teoria de la generació espontània o autogènesi és una antiga teoria biològica que
sostenia que podia formar-se vida complexa a partir de matèria inerta.
43
aconseguir fer veure la presència ecològica i l’extrema diversitat fisiològica dels
microorganismes. Quan es va arribar a la conclusió que la molècula de
l’herència era el DNA per mitjà de materials i tècniques pròpies de la
microbiologia, juntament amb la comprovació de la uniat química de tot el
món viu, es va produir una combinació i intercanvi de conceptes entre
diferents disciplines, la microbiologia, la genètica i la bioquímica, donant com
a resultat el naixement de la biologia molecular.
D’altra banda, l’objectiu inicial de la microbiologia van conduir a la creació de
ciències subsidiàries (Virologia, immunologia) que finalment van acabar tenint
autonomia.
Tot seguit es farà un recorregut per el desenvolupament de la microbiologia al
llarg de la seva història, que ens permetrà tenir una visió concreta d’algunes
de les seves característiques.
5.2. Desenvolupament històric
La microbiologia, que és considerada una ciència especialitzada, no va
aparèixer fins a finals del segle XIX, com a conseqüència d’una sèrie de
progressos metodològics que es van començar a descobrir lentament al llarg
dels segles anteriors, i que van obligar a una revisió d’idees i prejudicis laics
(seculars) sobre la dinàmica del món viu.
Podem distingir quatre etapes o períodes en el desenvolupament de la
microbiologia:
1. Primer període: bàsicament especulatiu, que va des de l’antiguitat fins a
arribar als primers microscopis.
2. Segon període: caracteritzat per la lenta acumulació d’observacions, va
des de 1675 aproximadament fins a la meitat del segle XIX, arranca
amb el descobriment dels microorganismes per Leeuwenhook (1675)
3. Tercer període: es va basar en el cultiu de microorganismes i va arribar
fins a finals del segle XIX, on les figures de Pasteur i Koch van
encapçalar l’assoliment de fer considerar la microbiologia com a ciència
experimental.
44
4. Quart període: des de principi del segle XX fins a l’actualitat. Aquesta és
l’etapa en que els microorganismes s’estudien en tota la seva
complexitat fisiològica, bioquímica, genètica, ecològica, etc., i que
suposa un extraordinari creixement de la microbiologia, el sorgiment de
disciplines microbiològiques especialitzades i la forta relació de les
ciències microbiològiques en el marc general de les ciències biològiques.
5.2.1. Període previ al descobriment del microscopi
Malgrat que el descobriment d’éssers vius no apreciables a simple vista va
haver d’esperar fins a l’últim terç del segle XVII, les activitats d’aquests
organismes són conegudes per la humanitat des de fa molt de temps, tan les
beneficioses (representades per les fermentacions de la producció de begudes
alcohòliques, el pa i productes làctics), com les perjudicials (les malalties
infeccioses).
Diverses fonts escrites de l’antiguitat grega i romana parlen de gèrmens
invisibles que transmeten malalties contagioses. Lucreci (filòsof i poeta romà)
en el seu De rerum natura5 fa varies al·lusions a “llavors de malaltia” (referint-
se als microorganismes). Al Renaixement europeu, Girolamo Frascatorius, al
seu llibre De contagione et contagionis (1546) diu que les malalties contagioses
es deuen a “gèrmens vius” que passen de diverses maneres d’un individu a un
altre.
Aquests inicis d’explicació que renunciaven a invocar causes sobrenaturals
van ser probablement formats per la introducció a Europa de la sífilis, una
malaltia la qual estaven segurs de la necessitat de contacte per a ser
contagiada. Però, “la cosa” que es transfereix a la malaltia va seguir essent
objecte d’anàlisi durant molt de temps.
5.2.2. El període dels primers microscopis
Ja al segle XIV, amb la invenció de les primeres lents per corregir la visió, va
sorgir una certa curiositat sobre la seva capacitat d’augmentar la mida
5 De rerum natura, de Lucreci: poema filosòfic de sis cants. Conforma una exposició
dels conceptes religiosos, morals i físics dels epicuris.
45
aparent dels objectes. Al segle XVI van sorgir algunes idees sobre aspectes de
la física òptica de les lents d’augment, però no van trobar una aplicació
immediata. Es diu que Galileu va fer algunes observacions “microscòpiques”
invertint el seu telescopi a partir de lents muntades en un tub, però en
qualsevol cas està clar que no van tenir cap repercussió.
La primera referència segura sobre el microscopi data de l’any 1621 i es deu a
Constantijin Huygens, qui diu que l’anglès Cornelis Drebbel tenia un
instrument que rebia el nom de microscopium.
El descobriment dels microorganismes va ser obra d’un comerciant holandès
de teixits, Antonie Van Leeuwenhoek, qui tenia una gran passió per polir i
muntar lents quasi esfèriques sobre plaques d’or, plata o coure. Va fabricar
uns quatre-cents microscopis simples, amb els que va arribar a obtenir
gairebé 300 augments. El 1675 va descobrir que en una gota d’aigua d’un
estany estava plena de petites criatures a les que va anomenar “animàculs” .
Figura 27: Antonie Van Leeuwenhoek
Font:http://www.webkwestie.nl
El 1683 va descobrir els bacteris, per això se’l considera “el pare de la
microbiologia”. Durant varies dècades Leeuwenhoek va anar comunicant els
seus descobriments a la Royal Society de Londres. Les seves dotacions com a
observador el van portar a descriure protozous, l’estructura estirada del
46
múscul, la circulació capil·lar, va descobrir els espermatozoides i els glòbuls
vermells (per la qual cosa també se’l considera el fundador de l’histologia
animal), com també va detallar diversos aspectes estructurals de les llavors i
embrions de les plantes. Leeuwenhoek es va adonar de la gran abundància i
ubicació dels seus “animàculs” observant-los en vinagre.
Encara que els descobriments de Leeuwenhoek van despertar interès al ser
comunicats, pocs van intentar o van poder reproduir-los. A més a més, la
fabricació de lents senzilles de gran augment era difícil i el maneig dels
microscopis simples bastant complex.
Simultàniament l’anglès Robert Hooke (1635-1703) fent servir microscopis
més complexos, va aconseguir descriure els fongs filamentosos (1667), i va
descobrir l’estructura cel·lular de les plantes. Però el treball amb microscopis
complexos aplicats a l’estudi dels “animàculs” va trigar gairebé 200 anys,
degut a les seves imperfeccions òptiques, fins que cap al 1830 es van
desenvolupar les lents acromàtiques.
5.2.3. El debat sobre la generació espontània
L’autoritat intel·lectual d’Aristòtil per una banda, i l’autoritat moral
representada per la Bíblia, per l’altra, junt amb les opinions d’escriptors
clàssics com Galè, Plini i Lucreci, els quals se’ls citava com a referències
inqüestionables a la literatura mèdica de l’Edat Mitjana i del Renaixement, van
qualificar com a natural a l’idea de que alguns éssers vius podien originar-se a
partir de matèria inanimada , o bé a partir de l’aire o de materials en
descomposició. Aquesta doctrina de la genetratio spontanea o autogènesi, va
ser posada en dubte pels experiments de Francesco Redi (1621-1697), qui
havia inventat l’expressió “Omne vivum ex ovo6” (1668), després de comprovar
que els insectes procedien d’ous posats per animals adults de la seva mateixa
espècie. Va demostrar que si un tros de carn era cobert de greix de manera
que les mosques no podien dipositar-hi els seus ous, no apareixien “cucs”, que
ell va identificar correctament com les fases larvàries de l’insecte. Els
descobriments de Redi van tenir l’efecte de desacreditar la teoria de la
generació espontània per als animals i les plantes, però la van tornar a fer
6 “Omne vivum ex ovo”: del llatí, tot el que està viu prové d’un ou.
47
servir per als recent descoberts “animàculs”, de manera que encara que es va
acceptar la continuïtat de la vida en quan a les seves formes superiors, no tots
estaven disposats a admetre el més ampli “Omne vivum ex vivo7” aplicat als
microorganismes.
Figura 28: Experiment de Redi
Font: http://benitobios.blogspot.com
Es va haver d’esperar un segle més fins que uns quants naturalistes van
tornar a fer sorgir la teoria preformacionista. Durant el primer terç del segle
XIX la doctrina de la generació espontània va rebre un últim esforç abans de
morir, degut per un costat a raons extracientífiques (els filòsofs de la
naturalesa), i per l’altre el descobriment de l’oxigen i de la seva importància
per la vida.
La publicació de L’origen de les espècies de Darwin el 1859, va ser utilitzada
per alguns preformacionistes per donar suport als seus arguments.
Va ser finalment Louis Pasteur (1822-1895) qui va fer el cop definitiu i va
tancar la qüestió a favor de la teoria biogènica. Al 1861 Pasteur va publicar un
informe on quedava definitivament aclarit l’origen dels microorganismes, i
d’aquesta manera donava pas a l’Edat d’Or de l’estudi científic de les formes
de vida no observables a simple vista.
7 “Omne vivum ex vivo”: del llatí, tota la vida procedeix de la vida.
48
5.2.4. El debat sobre els ferments
Un altre factor que va contribuir el naixement de la microbiologia va ser
l’establiment de la relació que uneix certes transformacions químiques que es
produeixen en el creixement de gèrmens. Diversos científics de l’època, com el
físic Cagniard-Latour el 1836, i Schwann i Kützing el 1837, havien suggerit
que els llevats eren els causants de la fermentació alcohòlica, però es van
trobar amb la crítica dels grans químics de l’època (Berzelius, Wohler i Liebig).
Va ser Pasteur (que, des dels seus primers estudis sobre les propietats
òptiques dels cristalls de tartrat, suposava que aquests compostos tenien un
origen orgànic) qui de nou va intervenir en el debat de forma decisiva. El 1857
va demostrar que els agents de la fermentació làctia eren microorganismes.
A finals dels segle XIX diferents biòlegs eminents van desenvolupar les seves
tècniques en indústries i destil·leries.
Treballant sobre els agents de la fermentació butírica*, Pasteur va descobrir la
presència de microorganismes que es desenvolupaven en absència d’oxigen, la
qual cosa desmentia la creença de que totes les formes de vida necessiten aire
per créixer. Va anomenar aerobiosis i anaerobiosis a la vida en presència i en
absència d’oxigen respectivament.
Figura 29: l’experiment de Pasteur
Font: http://commons.wikimedia.org/
49
5.2.5. Els avenços tècnics
La doctrina del pleomorfisme, vigent durant una bona part del segle XIX, deia
que els microorganismes adopten formes i funcions canviants depenent de les
condicions ambientals. A aquestes idees s’oposaven frontalment investigadors
com Koch, Pasteur i Cohn, que estaven convençuts de l’especificitat i
constància morfològica i fisiològica da cada tipus d’organisme. El
pleomorfisme havia sorgit com una explicació a la gran varietat de formes i
activitats que apareixien en un simple flascó amb infusió, però ja anteriorment
Pasteur, en els seus estudis sobre la fermentació, s’havia adonat de que els
cultius que apareixien podien considerar-se como una successió de diferents
poblacions de microorganismes predominants que, a resultes de les seves
activitats, condicionaven la posterior composició de la comunitat microbiana.
La solució definitiva a aquesta qüestió depenia, de nou, d’un desenvolupament
tècnic, que a la vegada anava a subministrar una de les eines característiques
de la nova ciència: els medis de cultiu purs.
Els primers cultius purs van ser obtinguts pel micòleg8 Brefeld, qui va
aconseguir aïllar espores de fongs i cultivar-les sobre medis sòlids a base de
gelatina. Aquest mètode es feia inviable per als bacteris a causa de la seva
petita mida, però Lister, el 1878 va aconseguir mostres d’una sola cèl·lula.
Però la tècnica era llarga i dificultosa i, a més a més, normalment només
s’arribava a aïllar cèl·lules del tipus de bacteri més abundant en el cultiu
original.
5.2.6. Microbiologia actual i plans de futur
La nostra incapacitat de poder cultivar al laboratori la majoria de les espècies
de microorganismes ens ha restringit durant molt temps la possibilitat
d'utilitzar i, el que és encara pitjor, l'aprendre d'ells. Si considerem que tot el
nostre coneixement de la microbiologia es basa tan sols en l'estudi d’un 1%
dels microorganismes existents, ens adonarem de la revolució que significarà
el poder estudiar aquesta gran majoria encara inaccessible.
8 Micòleg: especialista en l’estudi dels fongs.
50
El desenvolupament de procediments moleculars ha permès començar a
caracteritzar des d'un punt de vista genòmic aquests microorganismes encara
no cultivables. L'avenç en les tecnologies de clonatge i seqüenciació ha
possibilitat reduir la quantitat de material de partida necessari per a realitzar
una biblioteca genòmica i els costos de seqüenciació. Tots dos factors han
generat les condicions necessàries per a possibilitar la construcció de
biblioteques genòmiques de mostres complexes.
Al començament del tercer mil·lenni es va encunyar el terme metagenòmica
per a referir-se a l'anàlisi genòmic de comunitats microbianes. Aquesta
estratègia ja està donant resultats impressionants. Des d'un punt de vista
biotecnològic, s'han pogut obtenir enzims i metabòlits amb propietats noves
d'interès industrial, per altra banda, diverses empreses farmacèutiques estan
adoptant aquesta metodologia per a obtenir nous antibiòtics.
L'esforç futur s'enfocarà en l'adquisició d'una gran quantitat de dades
concernents a la diversitat de microbis i en la caracterització del seu medi
ambient. El desafiament per als microbiòlegs ambientals és l'extracció i
interpretació d'informació ecològicament útil d'aquestes bases de dades
complexes.
La conquesta del genoma global significarà una font genètica massiva. En
l'actualitat, la metagenòmica és dominada principalment per EUA i en menor
grau per Europa. Els investigadors de Sud Amèrica, en particular del Brasil,
Argentina i Xile, tenen la capacitat i la visió per fer-ho, però no tenen ni fons
monetari ni una estructura apropiada. És clar que molt del nostre futur com a
societats sustentables dependrà de la nostra capacitat per reduir les deixalles
industrials i desenvolupar tecnologies i processos industrials més nets, així
com fonts d'energia renovables.
51
BLOC 2 ELS ANTIMICROBIANS
52
1. DEFINICIÓ I CARACTERÍSTIQUES DELS ANTIMICROBIANS
Els antimicrobians són compostos obtinguts a partir de microorganismes i per
síntesi química que tenen la propietat d'inhibir el creixement o destruir
microorganismes.
Els antimicrobians més importants són els antibiòtics, entesos com aquella
substància produïda per microorganismes que, a baixes concentracions, és
capaç d’inhibir el creixement d’altres microorganismes o de matar-los.9
En relació amb els antimicrobians, cal considerar també els
quimioterapèutics, substància produïda de manera sintètica que té la
capacitat d’inhibir el creixement o destruir microorganismes.
Els antimicrobians es caracteritzen per una sèrie de requeriments que els
doten d’eficàcia. Aquestes són les següents:
o Especificitat: Es refereix a l'espectre d'activitat antimicrobiana,
definida per la seva capacitat d'unió a un lloc específic del bacteri. És a
dir, cada bacteri és sensible a determinats agents antibacterians, i cada
antibacterià és útil per l’eliminació de bacteris determinats.
o Eficàcia "in vivo": Ha de ser bacteriostàtic o bactericida in vivo, és a
dir, la seva acció no ha de ser revertida a l'interior de l'organisme.
o Toxicitat selectiva: Ha de destruir o inhibir el patogen microbià
causant el menor dany possible a l’hoste. El grau de toxicitat selectiva
pot expressar-se en termes de:
a. La dosis terapèutica, el nivell del fàrmac necessari per el
tractament clínic d’una infecció en particular.
b. La dosis tòxica, els nivells del fàrmac en els que l’agent
antibacterià és massa tòxic per l’hoste.
9 Institut d’Estudis Catalans, antibiòtic definició.
53
c. L’índex terapèutic és el quocient entre la dosis tòxica i la
dosis terapèutica. Com major és l’índex terapèutic, millor
és l’agent antimicrobià. Això és indispensable per a la
utilització del antimicrobià en clínica.
54
2. CLASSIFICACIÓ DELS ANTIMICROBIANS
Els antibacterians es poden classificar segons diversos criteris, ja sigui
l’origen, l’efecte o l’espectre d’activitat.
2.1. Segons l’origen
Alguns bacteris i fongs són capaços de produir de forma natural molts dels
antibiòtics d’ús comú. Per contra, diversos agents quimioterapèutics
importants són sintètics, és a dir, fabricats per mitjà de procediments
químics independents a l’activitat microbiana. Cada cop, un nombre major
d’antibiòtics són semisintètics, són antibiòtics naturals que han estat
modificats estructuralment mitjançant l’addició de grups químics per fer-los
menys susceptibles a la inactivació de patògens. A més a més, molts
antibacterians semisintètics tenen un espectre d’acció més ampli que el de les
molècules de les que provenen.
o Naturals: Obtinguts a partir de microorganismes.
o Sintètics: Obtinguts artificialment en un laboratori per síntesi
química.
o Semisintètics: S’obtenen per modificacions químiques
d’antimicrobians naturals, amb la finalitat de millorar-los.
2.2. Segons l’efecte
Una segona classificació prendrà en consideració els efectes dels
antimicrobians sobre el microorganisme i la seva eficàcia.
o Bacteriostàtic: la màxima concentració no tòxica que s'aconsegueix
en sèrum i teixits impedeix el desenvolupament i multiplicació dels
microorganismes, sense destruir-los, podent aquests multiplicar-se
novament en desaparèixer l'agent antimicrobià. Serveixen per
complementar els mecanismes defensius de l'hoste.
55
o Bactericida: la seva acció és letal sobre els microorganismes, de
manera que aquests perden irreversiblement la seva viabilitat o
queden esguerrats.
2.3. Segons l’espectre d’activitat o l’especificitat
Una tercera classificació tindria en compte l’espectre d’incidència de
l’antibacterià, és a dir, l’amplitud de bacteris que cauen dins del rang
d’activitat de la substància. Així, doncs, distingim entre:
o Espectre ampli: actuen sobre un gran nombre d’espècies
microbianes.
o Espectre intermedi: actuen sobre un nombre limitat de
microorganismes.
o Espectre reduït: actuen sobre un petit nombre d’espècies de
microorganismes.
2.4. Segons els mecanismes d’acció
Però potser la classificació més representativa es basa en els mecanismes
d’acció dels antimicrobians, és a dir, la manera en què actuen sobre el bacteri.
Així, es classifiquen en:
o Inhibidors de la síntesi de la paret cel·lular bacteriana.
o Inhibidors de la síntesi de proteïnes.
o Inhibidors dels àcids nucleics.
o Antagonistes metabòlics.
Atesa la seva importància es dedica un punt específic a continuació.
56
3. MECANISMES D’ACCIÓ
3.1. Inhibidors de la síntesi de la paret cel·lular bacteriana.
Els antibiòtics més selectius són aquells que interfereixen amb la síntesi de la
paret cel·lular. Els fàrmacs com les penicil·lines, cefalosporines, vancomicina i
bacitracina tenen un alt índex terapèutic, ja que afecten estructures que no es
troben a les cèl·lules eucariotes, o sigui, a les cèl·lules de l’hoste.
3.1.1. Penicil·lines
La característica més important de la molècula és l’anell ᵝ-lactàmic, que és
essencial per la seva activitat biològica. Molts dels bacteris resistents a la
penicil·lina produeixen penicinilassa, un enzim que inactiva aquests
antibiòtics mitjançant la hidròlisi* d’un enllaç de l’anell betalactàmic (ᵝ-
lactàmic).
El mecanisme complet de l’acció de les penicil·lines encara no es comprèn del
tot, la seva estructura s’assembla a una part de l’estructura del peptidoglicà*
(present a les parets de la cèl·lula bacteriana). S’ha proposat que aquesta
estructura bloqueja l’enzim que catalitza la reacció de transpeptidació que
forma els enllaços creuats de la paret. D’aquesta manera es bloqueja la síntesi
de la paret cel·lular, el que causa la lisi osmòtica*. Així, la penicil·lina només
actua sobre bacteris en creixement que estan sintetitzant peptidoglicà.
Figura 30: Estructura química de la penicil·lina
Font: http://colmager.edu.co
1. Grup amino lliure* 2. Anell ß-lactàmic
3. Anell de tiazolina
R. Radical que determina les propietats
farmacològiques
57
3.1.2. Cefalosporines
Són una família d’antibiòtics que originalment es van aïllar del fong
Cephalosporium. Tenen una estructura ᵝ-lactàmica molt semblant a la de les
penicil·lines. Tal i com es podria esperar per la seva semblança estructural
amb les penicil·lines, les cefalosporines també inhibeixen la reacció de
transpeptidació durant la síntesi del peptidoglicà. Són fàrmacs d’ampli
espectre que solen aplicar-se a pacients al·lèrgics a la penicil·lina.
Es classifiquen en cefalosporines de primera, segona, tercera i quarta
generació en funció del seu espectre d’acció.
Figura 31: Estructura bàsica de la cefalosporina
Font: http://www2.ine.gob.mx
3.1.3. Vancomicina i teicoplanina
La vancomicina és un antibiòtic glucopeptídic* produït pel bacteri
Streptomyces orientalis. Aquesta molècula està formada per un pèptid unit a
un disacàrid*. La porció peptídica de la vancomicina bloqueja la reacció de
transpeptidació.
La teicoplanina és un antibiòtic glucopeptídic procedent del bacteri
Actinoplanes teichomyceticus, similar en estructura i mecanisme d’acció a la
vancomicina.
58
Figura 32: Estructura química de la vancomicina
Font: http://es.wikipedia.org/wiki/Vancomicina
3.2. Inhibidors de la síntesi proteica
Molts antibiòtics inhibeixen la síntesi de proteïnes quan s’uneixen amb el
ribosoma procariota. Degut que aquests antibiòtics distingeixen entre els
ribosomes eucariotes i procariotes, el seu índex terapèutic és bastant alt.
Poden alterar varies etapes de la síntesi de proteïnes: la unió dels aminoàcids
amb el tRNA*, la formació de l’enllaç peptídic o la lectura del mRNA*.
3.2.1. Aminoglicòsids
Encara que l’estructura dels antibiòtics aminoglicòsids més importants varia
considerablement, tots contenen un anell ciclohexà* i aminosucres.
Aquesta família d’antibiòtics interfereix en la síntesi proteica inhibint
directament el procés de síntesi i causant errors a la lectura del mRNA.
59
Són bactericides i solen ser més eficaços contra bacteris patògens
gramnegatius.
L’estreptomicina, el més antic dels aminoglicòsids és sintetitzada per diferents
espècies de bacteris del gènere Streptomyces.
Figura 33: Estructura química de l’estreptomicina
Font: http://www.losmedicamentos.net
3.2.2. Tetraciclines
Són una família d’antibiòtics amb una estructura comuna formada per quatre
anells a la que s’uneixen diverses cadenes laterals. S’uneixen al ribosoma de la
cèl·lula hoste, en concret a la subunitat petita (30S). Aquesta unió inhibeix la
unió de les molècules aminoacil-tRNA* en el lloc A del ribosoma*. Degut a que
la seva acció només és bacteriostàtica, l’eficàcia del tractament depèn de la
resistència activa de l’hoste davant del patogen. Les tetraciclines són
antibiòtics d’espectre ampli, actives contra bacteris gramnegatius i
grampositius.
60
Figura 34: Estructura química de la tetraciclina
Font:http://www.microinmuno.qb.fcen.uba.ar
3.2.3. Macròlids
Aquesta família d’antibiòtics contenen anells de lactona* de 12 a 22 carbonis
units a dos o més sucres. L’eritromicina sol ser bacteriostàtica i s’uneix al
rRNA de la subunitat gran del ribosoma per inhibir la prolongació de la cadena
peptídica durant la síntesi proteica. Aquesta és un antibiòtic d’espectre
relativament ampli eficaç contra bacteris grampositius i alguns gramnegatius.
Figura 35: Estructura química de l’eritromicina.
Font:http://www.microinmuno.qb.fcen.uba.ar/
61
3.2.4. Cloramfenicol
Inicialment s’obtenia a partir de cultius de Streptomyces venezuelae, però
actualment se sintetitza químicament. Com l’eritromicina, aquest antibiòtic
s’uneix al tRNA de la subunitat gran del ribosoma per inhibir la reacció de la
peptidil transferasa. Tenen un espectre d’acció molt ampli però,
desgraciadament, és bastant tòxic.
Figura 36: Estructura química del cloramfenicol
Font: http://www.losmedicamentos.net
3.3. Antagonistes metabòlics
Alguns fàrmacs actuen com a antimetabòlits, és a dir, bloquegen el
funcionament de les vies metabòliques inhibint l’ús de metabòlits* per enzims.
Aquests antibiòtics poden actuar com a anàlegs estructurals, és a dir,
molècules que són estructuralment similars a metabòlits naturals. Aquests
anàlegs, degut a la seva semblança estructural, competeixen amb els
metabòlits en els processos metabòlics però són suficientment diferents com
per bloquejar el metabolisme cel·lular normal. Són bacteriostàtics però d’ampli
espectre.
3.3.1. Sulfonamides
Els primers antimetabòlits usats amb èxit com a agents quimioterapèutics van
ser les sulfonamides, descobertes per G. Domagk. Aquestes estan relacionades
estructuralment amb la sulfanilamida, un anàleg de l’àcid p-aminobenzé o
PABA. El PABA s’utilitza en la síntesi del cofactor àcid fòlic*.
62
Quan la sulfanilamida o una altra sulfonamida entra dins d’una cèl·lula
bacteriana, competeix amb el PABA, el que causa una disminució de
concentració d’àcid fòlic. Aquesta disminució és perjudicial per el bacteri ja
que l’àcid fòlic és un precursor de les purines* i les pirimidines*, les bases que
s’utilitzen en la síntesi del RNA, del DNA i d’altres components cel·lulars
importants. La inhibició de la síntesi de purines i pirimidines provoca la
interrupció de la síntesi proteica i de la replicació, del DNA i, per tant, la mort
de l’organisme patogen. Les sulfonamides són selectivament tòxiques per
molts patògens, ja que aquests bacteris sintetitzen el seu propi àcid fòlic i no
són capaços de captar aquests cofactor de forma eficaç, mentre que els éssers
humans no sintetitzen l’àcid (l’obtenim en la dieta). Així, les sulfonamides
tenen un elevat índex terapèutic. Però la creixent resistència de molts bacteris
als fàrmacs limita la seva eficàcia.
Figura 37: Estructura de la sulfonamida.
Font: http://es.wikipedia.org
3.3.2.Trimetoprim
És un antibiòtic sintètic que també interfereix en la síntesi de l’àcid fòlic.
S’uneix a l’enzim dihidrofolat reductasa, responsable de la conversió de l’àcid
dihidrofòlic a àcid tetrahidrofòlic. És un antibiòtic d’ampli espectre.
3.4. Inhibidors de la síntesi d’àcids nucleics
Els fàrmacs antibacterians que inhibeixen la síntesi d’àcids nucleics actuen
inhibint la DNA polimerasa* i la DNA helicasa* o el RNA polimerasa*,
bloquejant així els processos de replicació o transcripció, respectivament.
63
Aquests antibiòtics no són selectivament tòxics com altres fàrmacs, ja que els
procariotes i els eucariotes no són tan diferents pel que fa a la síntesi dels
àcids nucleics.
Figura 38: Comparació entre un DNA afectat per un antibiòtic i un que no.
Font: http://www.dfarmacia.com
3.4.1. Quinolones
Les quinolones són fàrmacs que contenen l’anell 4-quinolona*. Són agents
antimicrobians importants que eviten la síntesi d’àcids nucleics.
Actuen inhibint el DNA girasa (un enzim del DNA que actua durant la seva
replicació) interrompent així la replicació del DNA.
Les fluoroquinolones també interrompen l’acció del topoisomerasa II, un altre
enzim que també desenrotlla el DNA durant la seva replicació. Les quinolones
són antibiòtics d’ampli espectre. Són molt eficaces contra bacteris com
Escherichia coli i Klebsiella pneumoniae i són eficients tant en grampositius
com en gramnegatius.
Lectura normal del DNA Lectura errònia del DNA a causa
d’un antibiòtic.
64
Figura 39: Resum dels mecanismes d’acció dels antibiòtics.
Font: http://www.ugr.es
65
4. HISTÒRIA DELS AGENTS ANTIMICROBIANS
4.1. Història del desenvolupament dels agents antimicrobians.
Mirant cap enrere en la història de les malalties humanes, les infeccioses han
representat una gran majoria dins el conjunt. No va ser fins la segona meitat
del segle XIX que els microorganismes van ser descoberts com a responsables
d'una gran varietat de malalties infeccioses que han estat perjudicant la
humanitat des de l'antiguitat. En conseqüència, la quimioteràpia dirigida als
organismes causals es va desenvolupar com l'estratègia terapèutica principal.
El primer agent antimicrobià en el món va ser el salvarsan, un remei per a la
sífilis que va ser sintetitzat per Ehrlich el 1910. El 1935, les sulfonamides
van ser desenvolupats per Domagk i altres investigadors. Aquests
medicaments van ser compostos sintètics i hi havia limitacions en termes de
seguretat i eficàcia.
El mecanisme d’acció dels antibiòtics no ha estat conegut de forma científica
fins el segle XX; sense tenir això en compte, la utilització de compostos
orgànics en el tractament de la infecció es coneix des de l’antiguitat. Els
extractes de certes plantes medicinals s’han usat durant segles, i també
existeix l’evidencia de la aplicació d’extractes de fongs que creixen en certs
ossos per al tractament tòpic de les infeccions.
La primera observació del que avui en dia s’anomenaria efecte antibiòtic va ser
realitzada al segle XIX per el químic francès Louis Pasteur, al descobrir que
alguns bacteris sapròfits* podien destruir gèrmens de l’àntrax*.
Cap al 1900 el bacteriòleg alemany Rudolf von Emmerich va aïllar una
substància capaç de destruir els gèrmens de la còlera i la diftèria en un tub
d’assaig. Però no eren eficaces en el tractament de les malalties.
En la primera dècada del segle XX, el físic i químic Paul Ehrlich va fer un
assaig de la síntesis de compostos orgànics capaços d’atacar de manera
selectiva els microorganismes infecciosos sense afectar l’organisme hoste. Les
seves experiències van permetre el desenvolupament, el 1909, del salvarsan,
66
un compost químic d’arsènic amb acció selectiva davant les espiroquetes, un
tipus de bacteris responsables de la malaltia sífilis.
El salvarsan va ser l’únic tractament eficaç contra la sífilis fins la purificació
de la penicil·lina a la dècada de 1940.
El 1928, Fleming va descobrir la penicil·lina. Va trobar que el creixement del
bacteri Staphylococcus aureus es va inhibir en una zona del voltant d'uns
contaminats de floridura blava (un fong del gènere Penicillium) en plaques de
cultiu, el que portà a la conclusió que un microorganisme pot produir
substàncies que podrien inhibir el creixement d'altres microorganismes.
L'antibiòtic va ser nomenat penicil·lina, i va entrar en ús clínic a la dècada de
1940. La penicil·lina, que és un agent destacat en termes de seguretat i
eficàcia, va salvar la vida de molts soldats ferits durant la Segona Guerra
Mundial. Aquest descobriment va permetre el desenvolupament de posteriors
compostos antibacterians produïts per organismes vius.
Howard Florey i Ernst Chain el 1940, foren els primers en utilitzar la
penicil·lina en éssers humans.
La tirotricina (antibiòtic polipèptid) fou aïllada de certs bacteris del sòl per
René Dubos el 1939; va ser el primer antibiòtic utilitzat en malalties humanes.
S’utilitza per el tractament de certes infecciones externes, ja que és massa
tòxic per a la seva utilització general.
Els antibiòtics produïts per un grup diferent de bacteris del sòl denominats
actinomicets han resultat més eficaços. La estreptomicina pertany a aquest
grup; va ser descoberta el 1944 pel biòleg Selman Waksman. És efectiva en el
tractament de moltes malalties infeccioses, incloses algunes contra les que la
penicil·lina no es eficaç, com la tuberculosis.
Des de la generalització d’utilització dels antibiòtics a la dècada de 1950, el
panorama de les malalties ha canviat de forma radical. Malalties que havien
sigut la primera causa de mort, com la tuberculosis, la pneumònia o la
septicèmia, son molt menys greus en l’actualitat. També han suposat un
67
avenç espectacular en el camp de la cirurgia, ja que han permès la realització
d’operacions complexes i prolongades sense un risc excessiu d’infecció.
4.2. Història de l'aparició de soques resistents als antibacterians
La capacitat dels microorganismes per obtenir la resistència als agents
antimicrobians ha superat la nostra imaginació. En alguns casos, els agents
antimicrobians anteriorment efectius ja no són útils.
L’Staphylococcus aureus és el bacteri conegut més resistent en l'àmbit
clínic. Aquest va adquirir resistència ràpidament a les sulfonamides quan
estaven en ús. La penicil·lina va ser inicialment eficaç cap a aquest
microorganisme, però les soques resistents que produeixen penicil·linasa* van
augmentar en la dècada de 1950.
Però l'any 1961, l’Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (SARM10) va
ser descobert al Regne Unit, i des de 1990 la infecció que provoca aquest
bacteri s’ha convertir en un gran problema social.
Durant aquest període el SARM va anar adquirint resistència a la majoria dels
antibiòtics β-lactàmics a través de la seva adquisició de la proteïna d'unió a la
penicil·lina.
Tot i que el bacteri Streptococcus pneumoniae va ser originalment susceptible a
la penicil·lina, a la segona meitat de la dècada de 1970 es va trobar un altre
tipus de soques d’aquest bacteri resistents a la penicil·lina.
Al Japó, Streptococcus pneumoniae resistent a la penicil·lina va ser trobat el
1980, i la detecció d’aquests soques va començar per augmentar al voltant del
1990. Sembla ser que l'ús freqüent per via oral d’antibiòtics és el responsable
d’aquest augment de resistència de Streptococcus pneumoniae.
10
SARM: Nom alternatiu al bacteri Staphilococcus aureus resistent a la meticil·lina
68
5. ANTISÈPTICS
Els antisèptics són substàncies que ajuden a combatre o prevenir les
infeccions, inhibint el creixement i la reproducció de bacteris, fongs i virus que
les ocasionen.
Els antisèptics poden ser d’origen natural, com la saliva, que microorganismes
allotjats a la cavitat bucal i que són responsables de les càries dentals, o es
poden obtenir al laboratori, on es preparen en concentracions ideals per
combatre malalties sense afectar el pacient.
És important esmentar que desinfectant i antisèptic no són sinònims, ja que el
primer és un producte que destrueix gèrmens localitzats en (pis, mobles,
bany, sala d'operacions) o objectes ( estris de neteja i instrumental emprat en
intervencions quirúrgiques, per exemple), mentre que els segons actuen
únicament sobre teixits vius.
Així, un requisit que han de complir els antisèptics és que no representin un
perill per a l’ésser humà, de manera que han de mancar de toxicitat o efectes
corrosius.
Les substàncies antisèptiques més importants són les següents11:
o Alcohol etílic o etanol: és un bon bactericida però la seva eficàcia pot
ser variable envers a fongs i virus. L’alcohol al 70% pot matar el 90%
dels bacteris de la pell.
o Nitrat de plata: El seu ús no és tan general com en els casos anteriors,
però es tracta d'un potent antisèptic de gran utilitat en el combat de
estafilococs i pseudomones, que són bacteris que solen habitar dins
dels hospitals.
o Derivats del mercuri: Els més habituals són el tiomersal (solució al
0.1%) i la merbromina (al 2%), que s'utilitzen per a desinfectar la pell
raspada, encara que poden produir irritació notable.
11
Només s’explicaran amb detall les empleades a la fase experimental.
69
o Iode: Altament eficaç contra tot tipus de gèrmens i espores, encara que
perd activitat en presència de matèria orgànica.
o Povidona iodada: És un bactericida i antifúngic d’ampli espectre. Es
tracta d’un complex molecular de iode amb povidona, que com a tal no
té activitat fins que es va alliberant el iode, el veritable responsable de
l’acció antisèptica. La dissolució incrementa el procés d’alliberament del
iode, i aquest actua mitjançant accions d’occidació-reducció, alterant
moltes molècules biològicament importants, com la glucosa, el midó,
lípids, proteïnes, etc. En aquest procés el iode es transforma en iodur,
que és biològicament inactiu.
Figura 40: Povidona iodada
Font: http://www.ltxguantes.com/povidona.htm
o Aigua oxigenada (peròxid d’hidrogen): H2O2, és una molècula d’aigua
a la qual se li ha afegit un àtom d’oxigen. Té unes característiques que
la fan un bon desinfectant: és un producte amb un gran poder oxidant,
el que el fa molt reactiu davant de matèria orgànica, i per tant li donen
un ampli rang d’acció davant de microorganismes: té bon poder
bactericida i víric. Els microorganismes anaeròbics són fins i tot més
70
sensibles a l’acció d’aquests productes, atès que no són capaços de
sintetitzar la catalasa, un enzim que pot descompondre el peròxid.
El seu mecanisme d’acció consisteix en l’oxidació dels grups sulfhidril* i
els dobles enllaços* dels enzims dels bacteris, provocant una
modificació de les proteïnes que formen aquests enzims, amb la pèrdua
de la seva funció, i per tant, la mort cel·lular.
Figura 41: Peròxid d’hidrogen.
Font: http://www.cofarvet.com.ar
71
6. ANTIBACTERIANS NATURALS
Els antibiòtics naturals són aquells remeis procedents del món vegetal que són
capaços d’inhibir el creixement de microorganismes o d’eliminar-los. Són
aquells remeis que poden ser capaços d’evitar o curar moltes malalties.
Els antibiòtics naturals es diferencien dels antibiòtics sintètics, és a dir
aquells produïts per síntesi al laboratori, en les següents característiques:
- No tenen efectes secundaris.
- Són capaços de respectar els microorganismes beneficiosos per
l’organisme.
- No resulten perillosos per acumulació.
Entre els principals antibiòtics naturals hi ha:
o Equinàcia (Equinácea angustifolia). Presenta propietats antimicrobianes
en contra de bacteris, fongs i virus, el que fa que sigui una bona
alternativa als antibiòtics químics.
o Gingebre (Zingiber officinale). Té gran capacitat antibacteriana, i és
capaç d’eliminar bacteris com Escherichia coli i Helicobacter pylori, un
bacteri que secreta amoníac, amb el qual es protegeix dels sucs gàstrics
de l’estómac humà.
o Farigola (Thymus vulgaris). Són fonamentalment els àcids que conté
aquesta planta els que li proporcionen propietats antivirils. És també
un fort antibacterià, no mata els bacteris però impedeix que es
multipliquin.
o All (Allium sativum). És el millor bactericida i antivíric natural. Conté
més de 20 components amb propietats antivirils, i gairebé 40
components antibacterians (alicina, ajoeno, àcid cafeic, àcid ascòrbic,
àcid clorogènic, etc.)
72
Figura 42: Alicina.
Font: http://es.wikipedia.org/wiki/Alicina
o Ceba (Allium cepa). Presenta una composició semblant a la de l’all i té
una gran quantitat de components sulfurats, àcids i flavonoides. És
considerada un bon desinfectant.
o Mel: ajuda en la curació i l'esterilització de les ferides i úlceres, en el
creixement de nova pell, i té moltes propietats antibacterianes i
antimicrobianes. La raó d'això és la combinació única de propietats que
té.
La mel és alta en sucre, baixa en proteïnes i molt àcides. Aquests
factors es combinen per deixar-la lliure de contaminants i ajudar-la a
matar els que entren en contacte. El principal agent antibacterià és el
peròxid d'hidrogen (H₂O₂), aquest component és produït per l'enzim
glucosa oxidasa, que s'introdueix en la mel de l'abella.
Figura 43: Mel
Font: http://saboresespeciales.blogspot.com
73
BLOC 3
RESISTÈNCIA
BACTERIANA
74
1. INTRODUCCIÓ
Els bacteris sensibles als antibiòtics constitueixen un recurs natural
renovable que s'ha anat esgotant en els últims cinquanta anys a causa de la
creixent aparició de soques resistents a molts d'ells. Aquest procés és la
resposta evolutiva a l'ús intensiu, continuat i abusiu dels
antibiòtics. Investigacions recents indiquen que soques de microorganismes
que s'han tornat resistents a un o més antibiòtics segueixen sent-ho tot i
haver cessat la seva exposició a ells. Aquesta situació agreuja el ja seriós
problema sanitari plantejat.
Entre els diversos factors que han contribuït a l'increment significatiu de
l'esperança de vida durant el segle passat es troba sens dubte en el control de
nombroses malalties infeccioses gràcies a intervencions com vacunes i
antibiòtics.
La resistència bacteriana és un fenomen creixent amb implicacions socials i
econòmiques enormes donades per l'increment de morbiditat* i mortalitat,
augment dels costos dels tractaments i de les llargues estades hospitalàries
generades.
Són diversos els factors que han contribuït a la seva aparició:
- La pressió selectiva exercida en prescriure formal o lliurement
medicaments per a ús terapèutic en humans o animals.
- La utilització generalitzada d'antimicrobians en pacients
immunodeficients* i en la unitat de cures intensives.
- L'ús de dosis o durada inadequada de la teràpia antimicrobiana.
- El desconeixement dels perfils de sensibilitat dels diferents gèrmens
tenint en compte la flora local de cada institució o comunitat.
- L’automedicació, és a dir, la medicació sense consell mèdic. El principal
problema que porta és la disminució de l’efecte dels antibiòtics i per
tant, la generació de soques resistents a l’antibiòtic.
75
2. RESISTÈNCIA BACTERIANA
2.1. Concepte
La resistència és la capacitat natural o adquirida d'un bacteri de romandre
refractària als efectes bactericides o bacteriostàtics dels antibiòtics.
2.2. Tipus de resistència
La resistència natural és pròpia de cada família, espècie o grup bacterià. Per
exemple, tots els gèrmens gramnegatius són resistents a la vancomicina, i
aquesta situació no és variable. Són mecanismes permanents determinats
genèticament, no correlacionats amb l'increment de dosi de l'antibiòtic.
La resistència adquirida és variable i és assolida per una soca d'una espècie
bacteriana. Així, hi ha soques de pneumococ* que han adquirit resistència a la
penicil·lina, soques de Escherichia coli resistents a l’ampicil·lina i soques
d'estafilococs resistents a la meticil·lina, entre altres. Apareix per canvis
puntuals en el DNA (mutació) o per l’adquisició d'aquest.
Existeixen altres denominacions de resistència com ara:
Resistència relativa o intermèdia: hi ha un increment gradual de la MIC
(Concentració inhibitòria mínima)* a través del temps. La susceptibilitat o
resistència del germen depèn, en aquest cas, de la concentració.
Resistència absoluta: es produeix un increment sobtat en la MIC d'un cultiu
durant o després de la teràpia.
Pseudoresistència: hi ha resistència in vitro però una gran efectivitat de
l’antibiòtic in vivo.
76
2.3. Origen de la resistència
2.3.1. Resistència per intercanvi genètic:
La informació genètica que controla la resistència bacteriana cap als agents
antimicrobians es troba codificada en el DNA cromosòmic i en el DNA
extracromosòmic (plasmidis).
La capacitat de resistència es transmet per transferència de gens mitjançant la
transformació, la transducció i/o la conjugació. La forma més eficaç de
propagació de la informació genètica es dóna per mitjà dels plasmidis
(plasmidis R o Factors R).
Els Factors R són plasmidis que li confereixen als microorganismes resistència
enfront als antibiòtics. El Factor R té dos components diferents: el factor de
transferència de resistència (FTR), que controla el procés de conjugació, i el
determinant r, que està format per un o més gens que confereixen la
resistència enfront de drogues específiques. Els determinants FTR i r
s'uneixen per formar el factor R. El factor FTR codifica la formació de pèls
específics pels quals es du a terme el procés de conjugació.
També hi ha plasmidis que atorguen als microorganismes la capacitat de
resistència davant antimicrobians i no tenen el factor FTR. Aquests tipus de
plasmidis són incapaços d'iniciar la conjugació i no codifiquen els pèls
sexuals. La transferència de gens que codifiquen la resistència als antibiòtics
també es pot realitzar mitjançant transposons.
2.3.2. Resistència deguda a mutacions cromosòmiques:
Aquest tipus de resistència es genera per mutacions en els gens del
microorganisme que controlen les estructures o funcions sobre les quals
actuen els diferents antimicrobians, modificant la susceptibilitat del
microorganisme als diferents antibiòtics. Aquesta forma de resistència per
mutació pot aparèixer en una generació (resistència en un sol esglaó) o en el
transcurs de diverses generacions (resistència en diversos esglaons). En el cas
de la resistència en un sol esglaó, el microorganisme que era inicialment
77
sensible a un determinat antimicrobià es torna resistent a la propera
generació. En canvi, en el cas de la resistència en diversos esglaons, la
sensibilitat a l’antibiòtic va disminuint progressivament a mesura que es
formen noves generacions, i arriba un moment en que el microorganisme es
torna totalment resistent.
2.4. Mecanismes de resistència
Els bacteris, per la seva gran capacitat d’adaptació, poden desenvolupar
mecanismes de resistència enfront dels antibiòtics. Es fan resistents als
antibiòtics desenvolupant mecanismes de resistència que impedeixen a
l'antibacterià exercir el seu mecanisme d'acció. Els mecanismes de resistència
dels bacteris són fonamentalment tres:
2.4.1. Inactivació de l'antibiòtic per enzims
El bacteri produeix enzims que inactiven l'antibiòtic; els més importants són
els betalactamases, i molts bacteris són capaços de produir-les. També hi ha
enzims modificants d'aminoglucòsids i encara que no és aquest el seu
principal mecanisme de resistència, també el cloramfenicol, les tetraciclines i
els macròlids poden ser inactivats per enzims.
2.4.2. Modificacions bacterianes que impedeixen la arribada de
l'antibiòtic al punt diana
Els bacteris produeixen mutacions en les porines de la paret que
impedeixen l'entrada de certs antibiòtics (betalactàmics) o alteren els sistemes
de transport (aminoglucòsids en els anaerobis), aquest fenomen és l’anomenat
permeabilitat. En altres ocasions poden provocar la sortida de l'antibiòtic per
un mecanisme d'expulsió activa, impedint que s'acumuli en quantitat suficient
perquè actuï eficaçment.
78
2.4.3. Alteració per part del bacteri del seu punt diana
Ho fan impedint o dificultant l'acció del antibiòtic. Aquí podem contemplar les
alteracions a nivell del DNA-girasa (resistència de quinolones), el RNA 23S*
(macròlids) dels enzims PBPS (proteïnes fixadors de penicil·lina) necessàries
per a la formació de la paret cel·lular (resistència a betalactàmics).
Un mateix bacteri pot desenvolupar diversos mecanismes de resistència
davant d'un o molts antibiòtics i de la mateixa manera un antibiòtic pot ser
inactivat per diferents mecanismes de diverses espècies bacterianes, la qual
cosa complica enormement l'estudi de les resistències dels bacteris als
diferents antimicrobians.
Figura 44: Els diferents mecanismes de resistència bacteriana.
Font: http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar
79
2.5. La resistència en els principals grups d’antibacterians
2.5.1. Betalactàmics
La resistència que desenvolupen els bacteris davant els betalactàmics
representa un greu problema, ja que és probablement el grup d'antibiòtics més
utilitzat.
Els bacteris desenvolupen almenys tres mecanismes per fer-se resistents a
ells, que són independents entre si però que poden actuar sinèrgicament12:
alteració dels enzims diana (PBPS), alteració de la membrana externa i
producció d'enzims inactivants (betalactamases).
Els PBPS són necessaris perquè el bacteri formi la seva paret cel·lular, i els
antibiòtics betalactàmics es fixen en aquests enzims impedint-ne la
formació. Si el bacteri modifica els seus PBPS de manera que no fixin
antibiòtic, es farà resistent.
La modificació de la membrana externa, quan és l'únic mecanisme implicat no
sol ser important, però sí quan s'associa a la producció de betalactamases,
sent especialment decisiva en els gramnegatius, ja que els betalactàmics
entren a través de les porines, que en modificar-se o desaparèixer poden
causar resistència als bacteris Escherichia coli i Neisseria gonorrhoeae i a les
famílies Pseudomonas i Haemophilus.
La producció d'enzims inactivants és sens dubte el mecanisme més important
dels betalactàmics, ja que l’adquisició de betalactamases (plasmídics o
cromosòmics), és la causa més freqüent de resistències. Els betalactamases
plasmídics de gramnegatius tenen un alt nivell de resistència i estan molt
estesos, sobretot entre els enterobacteris*, alguns són d'espectre ampli i
confereixen resistència pràcticament a tots els antibiòtics betalactàmics. Des
que es va posar de manifest la importància dels betalactamases, es van
començar a buscar inhibidors d'aquests enzims, incloent en aquest terme
12
Actuen sinèrgicament, és a dir, actuen més d’un medicament a la vegada, sumant
així els seus efectes, això vol dir que l’acció dels dos junts és més efectiva que si
suméssim les dues accions de cada medicament per separat.
80
diferents compostos químics, entre els quals destaquen diversos àcids. Tot i
així, ja s'ha detectat una nova classe de betalactamases que confereix
resistència a aquests inhibidors.
2.5.2. Aminoglucòsids
La inactivació enzimàtica per plasmidis representa el principal mecanisme de
resistència en enterobacteris, Pseudomonas, estafilococs i enterococs, però
existeixen altres mecanismes com alteracions en la permeabilitat de la
membrana i/o mutacions cromosòmiques. Els bacteris anaerobis són
resistents de manera natural per no tenir sistemes de transport per captar els
aminoglucòsids.
2.5.3. Glucopèptids
Micobacteris, els fongs i els bacteris gramnegatius són resistents a causa de la
incapacitat de la molècula per travessar la membrana externa i per tant
d'arribar a la diana, a excepció d’algunes soques de Flavobacterium
meningosepticum i de Neisseria gonorrhoeae.
2.5.4. Macròlids i lincosamides
Aquests grups d'antibiòtics travessen malament la membrana externa perquè
són hidrofòbics*, de manera que els bacils gramnegatius presenten resistència
natural. La resistència per metilats que impedeixen la unió dels fàrmacs al
ribosoma 50S, està codificada per plasmidis en transposons*, és creuada i pot
ser induïble (en macròlids de 14 i 15 àtoms) o constitutiva (també per als de
16 i lincosamides) i apareix en cocos grampositius i bacils anaerobis
grampositius, també la producció d’enzims transferases pot determinar
resistència estafilococs per lincomicina i clindamicina.
2.5.5. Quinolones
La resistència està relacionada amb la diana principal d'acció, la
topoisomerasa II o girasa i fonamentalment en la subunitat A del ribosoma. No
obstant això, cada vegada es dóna més importància a la presència de
81
mecanismes d'expulsió que impedeixen assolir concentracions intracel·lulars
d'antibiòtic suficients o dificulten el pas a través de la paret; recentment s'ha
descrit també la presència de plasmidis, i fins i tot una soca de Klebsiella
pneumoniae amb un plasmidi de resistència múltiple que incloïa també
quinolones.
2.5.6. Tetraciclines
Encara que hi ha resistència per modificació enzimàtica codificada per
transposons, el mecanisme de resistència més important en enterobacteris és
per expulsió activa, i en grampositius i en alguns gramnegatius, per producció
de proteïnes citoplasma que impedeixen la unió de la molècula al ribosoma.
2.5.7. Cloramfenicol
La modificació enzimàtica (plasmídica o cromosòmica) és el mecanisme de
resistència principal, encara que també s'han detectat canvis en la
permeabilitat de la membrana externa.
82
3. ANTIBIOGRAMA13
L' antibiograma és la prova microbiològica que es realitza per determinar la
sensibilitat d'un bacteri en front un antibiòtic o un grup d'antibiòtics.
L'antibiograma, dóna la següent informació:
o El grau de sensibilitat de la colònia bacteriana a un determinat
antibiòtic.
o Diferència de sensibilitat per part de la colònia a diferents antibiòtics.
Amb aquesta informació es classifica l'efecte del l'antibiòtic sobre aquesta
determinada colònia en: Resistent (R), Moderadament sensible (MS) i Sensible
(S).
Figura 45: Antibiograma
Font: http://picasaweb.google.com
13 La prova de l’antibiograma es desenvoluparà de manera més extensa a l’apartat
corresponent a la part experimental.
83
84
PART PRÀCTICA ANTIBIOGRAMA
85
1. PLANTEJAMENT DE LA FASE EXPERIMENTAL
1.1. Introducció
La fase experimental, és a dir, l’antibiograma, s’ha repetit tres vegades degut a
resultats inesperats, propis de tot treball experimental. S’explicarà
detalladament el primer experiment, ja que és en el que els resultats van ser
millors.
1.1. Problemes
o Influeix el tipus d’agent antibacterià14 en el tipus de bacteris15
obtinguts?
o Influeix el tipus d’antibacterià en la seva eficàcia16?
1.3. Hipòtesis
1. Potser tots els antibacterians són més eficaços en bacteris
gramnegatius.
2. Potser els antibacterians naturals són els menys eficaços sobre tot tipus
de bacteris.
3. Potser els antibiòtics són els antibacterians més eficaços sobre tot tipus
de bacteris.
4. Potser l’antibacterià natural més eficaç és la ceba.
5. Potser l’antisèptic més eficaç és la povidona iodada.
6. Potser l’antibiòtic més eficaç és la Furobactina.
7. Potser Micrococcus luteus és el bacteri més resistent davant de tots els
antibacterians.
14
Entenem per tipus d’antibacterià segons la seva procedència (naturals, antisèptics,
antibiòtics). 15 Entenem per tipus de bacteri segons si són Grampositius o Gramnegatius com
també l’espècie del bacteri. 16 Entenem per eficàcia com l’halo més gran format al voltant del cercle de paper de
filtre.
86
1.4. Deduccions
o Si tots els antibacterians són més eficaços en bacteris gramnegatius,
llavors si cultivem diverses plaques amb soques grampositives i altres
gramnegatives variant-ne l’agent antibacterià, observarem que els
bacteris grampositius resisteixen millor als antibacterians que els
gramnegatius.
o Si els antibacterians naturals són els menys eficaços, llavors si cultivem
bacteris en diverses plaques de Petri i hi afegim antibacterians naturals
i no naturals, aleshores observarem que els bacteris formen un halo
més petit, o no en formen, al voltant dels antibacterians naturals.
o Si els antibiòtics són els antibacterians més eficaços, llavors si cultivem
bacteris en plaques de Petri i hi afegim cèrcols de paper de filtre uns
sucats amb antibiòtic i altres amb antibacterians distints, aleshores
observarem que els bacteris formen un halo més gran al voltant dels
cèrcols sucats amb antibiòtic.
o Si la ceba és l’antibacterià natural més eficaç, llavors si cultivem una
soca bacteriana en diverses plaques de Petri i hi apliquem cèrcols de
paper de filtre sucats amb diferents antibacterians naturals i ho deixem
créixer, aleshores observarem que la ceba és l’antibacterià que forma un
halo més gran al voltant del cèrcol.
o Si la povidona iodada és l’antisèptic més eficaç, llavors si cultivem una
soca bacteriana en diverses plaques de Petri i hi apliquem cèrcols de
paper de filtre sucats amb diferents antisèptics i ho deixem créixer,
aleshores observarem que la povidona iodada és l’antibacterià que
forma un halo més gran al voltant del cèrcol.
o Si la Furobactina és l’antibiòtic més eficaç, llavors si cultivem una soca
bacteriana en diverses plaques de Petri i hi apliquem cèrcols de paper
de filtre sucats amb diferents antibiòtics i ho deixem créixer, aleshores
87
observarem que la Furobactina és l’antibacterià que forma un halo més
gran al voltant del cèrcol.
o Si Micrococcus luteus és el bacteri més resistent davant de tots els
antibacterians, llavors si cultivem diverses plaques de Petri amb
diferents soques bacterianes i els hi apliquem a totes els mateixos
antibacterians, aleshores observarem que els halos al voltant dels
cèrcols formats pels antibacterians, seran més petits en Micrococcus
luteus.
1.5. Variables
o Variable dependent: tipus d’agent antibacterià.
o Variable independent: creixement del bacteri17
1.6. Tractaments
Agents antibacterians:
o Naturals: mel i ceba
o Antisèptics: peròxid d’hidrogen (H₂O₂) i povidona iodada
o Antibiòtics: Clamoxyl i Furobactina
1.7. Control de variables
S’ha fet una rèplica amb el mateix medi de cultiu, amb els cèrcols
d’antibacterians però sense microorganismes cultivats i s’ha conservat sota les
mateixes condicions ambientals que la resta de repliques. D’aquesta manera
podem saber si el medi de cultiu o els cèrcols amb els que treballem estan o
no contaminats.
17 El creixement del bacteri es defineix mesurant el diàmetre de l’halo format al voltant
del paper de filtre sucat amb antibacterià, com més gran sigui aquest halo més eficaç
és l’antibacterià.
88
1.8. Repeticions
S’ha treballat amb dotze plaques en total, posat que s’han usat tres bacteris,
tots de diferent espècie, dels quals se n’ha fet dues rèpliques de cada, i sis
antibacterians diferents, dos antibiòtics, dos d’origen natural i dos antisèptics.
S’ha distribuït de la manera següent: cada placa s’ha dividit en tres, separant
així cada rodoneta de paper de filtre sucada amb un antibacterià diferent.
S’han assignat dos cèrcols de paper de filtre per a cada antibacterià (6 cèrcols
per placa), així es podrà observar la resistència bacteriana en més d’un cas
per a cada antibacterià.
89
2. EXPERIMENT 1 Figura 46: Material utilitzat
2.1. Material
2.1.1. Estris:
o Pinces
o Xeringues amb agulla
o Retolador permanent
o Fogonet d’alcohol
o Vareta de vidre Font: elaboració pròpia.
o Foradador de fulls
o Regle Figura 47:Plaques de petri i soques bacterianes
2.1.2. Recipients:
o 12 plaques de Petri amb agar
o Morter i mà de morter
o 6 recipients per posar els
antibacterians
2.1.3. Antibacterians:
o Ceba
o Mel Font: elaboració pròpia
o Clamoxyl (una pastilla de 250 mg)
o Furobactina (100 mg) Figura 48:antibacterians utilitzats.
o Povidona iodada
o Peròxid d’hidrogen (H₂O₂)
2.1.4. Aparells:
o Estufa
o Fogonet
o Càmera de fotos
2.1.5. Bacteris:
o Escherichia coli (Gram -)
o Micrococcus luteus (Gram +)
o Bacillus cereus (Gram +) Font: elaboració pròpia.
90
Figura 49: Escherichia coli.
Font: elaboració pròpia.
Figura 50: Bacillus cereus.
Font: elaboració pròpia.
Figura 51: Micrococcus luteus.
Font: elaboració pròpia.
91
2.1.6. Altres:
o Aigua destil·lada
o Alcohol de cremar
o Paper de filtre
Figura 52: Altres materials.
Font: elaboració pròpia.
2.2. Procediment
2.2.1. Cultiu de les plaques:
1. Amb cada xeringa amb agulla (una per a cada espècie bacteriana)
s’agafen 2 ml de bacteri i es dipositen dins de cada placa de petri,
sempre amb el fogonet d’alcohol a prop per tal de crear un medi
mínimament estèril i així no contaminar la sembra.
2. Es fan cèrcols de paper de filtre amb el foradador de paper, prèviament
desinfectat amb alcohol.
3. Es dilueixen amb aigua destil·lada els antimicrobians que ho necessitin
amb l’ajuda de la vareta de vidre dins de cada recipient.
92
4. Amb el retolador, es dibuixen unes línies que divideixin les plaques de
petri en tres per tal de distingir posteriorment els diferents
antibacterians. També s’escriu el nom del bacteri a cada placa.
5. Es suca cada paper de filtre amb els antibacterians amb l’ajuda de les
pinces. Per tal de no barrejar els diferents antimicrobians, es netegen
cada vegada les pinces amb alcohol.
6. Es posen dos cèrcols per a cada antibacterià, és a dir, sis a cada placa.
7. Es posen tots els papers de filtre dins les plaques de petri, respectant
les zones dibuixades.
8. Un cop sembrades les plaques de petri amb els antibacterians,
s'introdueixen a l’estufa a 30ºC, durant 48 hores.
9. Es medeixen els diàmetres dels halos amb un regle graduat cada 24
hores, fins que no s’hi apreciïn diferències. S’anoten els resultats en
una taula de recollida de dades.
10. S’elabora un reportatge gràfic de tot el procés.
Figura 53: El cultiu de les plaques.
Font: elaboració pròpia.
93
Figura 54: Cultiu de les plaques.
Font: elaboració pròpia.
94
0,8
0 0
1
0 0
0,7
0 0
0,9
0 00
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat de la mel en els bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.3. Resultats
Els resultats obtinguts són els següents:
Les taules i les gràfiques següents mostren l’efectivitat de cada antibacterià en
tots els bacteris.
2.3.1. Mel
Taula.: efectivitat de la mel
Antibacterià 1: mel Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 0,8 1 0,7 0,9
Micrococcus luteus 0 0 0 0
Bacillus cereus 0 0 0 0
Font: elaboració pròpia
Gràfica 1: Efectivitat de la mel en els bacteris
Font: elaboració pròpia
95
0
0,7
00 0 00 0 00 0 00
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat de la ceba en els bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.3.2. Ceba
Taula.: efectivitat de la ceba
Antibacterià 2: ceba Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 0 0 0 0
Micrococcus luteus 0,7 0 0 0
Bacillus cereus 0 0 0 0
Font: elaboració pròpia
Gràfica 2: efectivitat de la ceba en els antibacterians
Font: elaboració pròpia
96
2,2
0
2
2,3
0,7
3
2,4
0
2,32,3
0
2,1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat del peròxid d'hidrogen en els
bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.2.3. Peròxid d’hidrogen
Taula.: efectivitat del peròxid d’hidrogen
Antibacterià 3:
peròxid d'hidrogen Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 2,2 2,3 2,4 2,3
Micrococcus luteus 0 0,7 0 0
Bacillus cereus 2 3 2,3 2,1
Font: elaboració pròpia
Gràfica 3: efectivitat del peròxid d’hidrogen en els bacteris
Font: elaboració pròpia
97
1,5
0
1,31,3
0
0,9
1,2
0
1,2
0 0
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat de la povidona iodada en els bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.2.4. Povidona iodada
Taula.: efectivitat de la povidona iodada
Antibacterià 4:
povidona iodada Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 1,5 1,3 1,2 0
Micrococcus luteus 0 0 0 0
Bacillus cereus 1,3 0,9 1,2 1
Font: elaboració pròpia
Gràfica 4: efectivitat de la povidona iodada en els bacteris
Font: elaboració pròpia
98
1,2
0,8
1,5
1,2
1
1,7
1,3
0,9
1,4
1,2
0,9
1,8
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat del clamoxyl en els bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.2.5. Clamoxyl
Taula.: efectivitat del Clamoxyl
Antibacterià 5:
Clamoxyl Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 1,2 1,2 1,3 1,2
Micrococcus luteus 0,8 1 0,9 0,9
Bacillus cereus 1,5 1,7 1,4 1,8
Font: elaboració pròpia
Gràfica 5: efectivitat del Clamoxyl en els bacteris
Font: elaboració pròpia
99
2,3
0,8
2,12,2
0,9
2,32,3
1
22
1,2
2,1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Escherichia coli Micrococcus luteus Bacillus cereus
dià
metr
e d
el
cèrc
ol
(resis
tència
)
Bacteri
Efectivitat de la furobactina en els bacteris
cèrcol 1
cèrcol 2
cèrcol 3
cèrcol 4
2.2.6. Furobactina
Taula.: efectivitat de la Furobactina
Antibacterià 6:
Furobactina Rèplica 1 Rèplica 2
Bacteri
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Escherichia coli 2,3 2,2 2,3 2
Micrococcus luteus 0,8 0,9 1 1,2
Bacillus cereus 2,1 2,3 2 2,1
Font: elaboració pròpia
Gràfica 6: efectivitat de la Furobactina en els bacteris
Font: elaboració pròpia
100
A les taules i gràfiques següents es mostra l’efecte dels antibacterians sobre
cada bacteri.
2.2.7. Escherichia coli (Gram -)
Taula.: efecte en Escherichia coli
Font: elaboració pròpia
Rèplica 1 Rèplica 2
Tipus Antibacterià
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Naturals
Mel 0,8 1 0,7 0,9
Ceba 0 0 0 0
Antisèptics
Peròxid
d’hidrogen 2,2 2,3 2,4 2,3
Povidona
iodada 1,5 1,3 1,2 0
Antibiòtics
Clamoxyl 1,2 1,2 1,3 1,2
Furobactina 2,3 2,2 2,3 2
101
0,8
1
0,7
0,9
0 0 0 0
2,22,3
2,42,3
1,5
1,31,2
0
1,2 1,21,3
1,2
2,32,2
2,3
2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 2 3 4
efe
cti
vit
at
(dià
metr
e d
el
cèrc
ol
en
cm
)
cèrcols
Efecte dels antibacterians en
Escherichia coli
Mel
Ceba
Peròxid d’hidrogen
Povidona iodada
Clamoxyl
Furobactina
Gràfica 7: efecte del antibacterians en Escherichia coli
Font: elaboració pròpia
102
2.2.8. Micrococcus luteus (Gram +)
Taula.: efecte en Micrococcus luteus
Rèplica 1 Rèplica 2
Tipus Antibacterià
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Naturals
Mel 0 0 0 0
Ceba 0,7 0 0 0
Antisèptics
Peròxid
d’hidrogen 0 0,7 0 0
Povidona
iodada 0 0 0 0
Antibiòtics
Clamoxyl 0,8 1 0,9 0,9
Furobactina 0,8 0,9 1 1,2
Font: elaboració pròpia
103
0 0 0 0
0,7
0 0 00
0,7
0 00 0 0 0
0,8
1
0,9 0,9
0,8
0,9
1
1,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1 2 3 4
efe
cti
vit
at
(dià
metr
e d
el
cèrc
ol
en c
m)
cèrcols
Efecte dels antibacterians en
Micrococcus luteus
Mel
Ceba
Peròxid d'hidrogen
Povidona iodada
Clamoxyl
Furobactina
Gràfica 8: efecte dels antibacterians en Micrococcus luteus
Font: elaboració pròpia
104
2.2.9. Bacillus cereus (Gram +)
Taula.: efecte en Bacillus cereus
Font: elaboració pròpia
Rèplica 1 Rèplica 2
Tipus Antibacterià
cèrcol 1 cèrcol 2 cèrcol 3 cèrcol 4
(ø cm) (ø cm) (ø cm) (ø cm)
Naturals
Mel 0
0 0
Ceba 0 0 0 0
Antisèptics
Peròxid
d’hidrogen 2 3 2,3 2,1
Povidona
iodada 1,3 0,9 1,2 1
Antibiòtics
Clamoxyl 1,5 1,7 1,4 1,8
Furobactina 2,1 2,3 2 2,1
105
0 0 0 00 0 0 0
2
3
2,3
2,1
1,3
0,9
1,2
1
1,5
1,7
1,4
1,8
2,1
2,3
22,1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
1 2 3 4
efe
cti
vit
at
(dià
metr
e d
el
cèrc
ol
en c
m)
cèrcols
Efecte dels antibacterians en Bacillus
cereus
Mel
Ceba
Peròxid d'hidrògen
Povidona iodada
Clamoxyl
Furobactina
Gràfica 9: efecte dels antibacterians en Bacillus cereus
Font: elaboració pròpia
106
Figura 55: Plaques de Escherichia coli.
Font: elaboració pròpia.
107
Figura 56: Plaques de Micrococcus luteus.
Font: elaboració pròpia.
108
Figura 57: Plaques de Bacillus cereus.
Font: elaboració pròpia.
109
3. EXPERIMENT 2
La segona repetició de la fase experimental va ser semblant a la primera, amb
les diferències que tot seguit es detallaran. En aquest cas el cultiu no el
portaven les plaques sinó que es va haver de fer a partir d’agar nutritiu en pols
i aigua destil·lada. La segona diferència va estar en l’esterilització del material,
degut a la contaminació dels cèrcols de paper de filtre durant la primera
repetició, aquesta segona vegada es van esterilitzar a l’olla a pressió,
juntament amb totes les plaques de petri plenes del medi de cultiu. La resta
de passos a seguir són els mateixos que en la pràctica 1, degut a això no
s’especificaran a continuació.
3.1. Material
3.1.1. Estris:
o Pinces
o Xeringa
o Xeringues amb agulla
o Retolador permanent
o Encenedor Bunsen
o Vareta de vidre
o Foradador de fulls
o Regle
3.1.2. Recipients:
o 12 plaques de petri
o Morter i mà de morter
o Recipients per posar els
antibacterians
o Olla a pressió
3.1.3. Antibacterians:
o Ceba
o All
o Clamoxyl
o Furobactina
110
o Povidona iodada
o Peròxid d’hidrogen (H₂O₂)
3.1.4. Aparells:
o Estufa
o Fogonet
o Càmera de fotos
o Olla a pressió
3.1.5. Bacteris:
o Escherichia coli
o Micrococcus luteus Figura 58: Plaques a punt d’esterilitzar.
o Bacillus cereus
3.1.6. Altres:
o Aigua destil·lada
o Alcohol de cremar
o Paper de filtre
o Agar nutritiu18
Font: elaboració pròpia
3.2. Procediment
Per a la preparació de les plaques de petri amb agar nutritiu s’han seguit els
següents passos:
1. Es barregen 200 ml d’aigua destil·lada i 5,6g d’agar nutritiu en pols i es
deixa reposar cinc minuts.
2. S’escalfa la mescla suaument a foc baix sense deixar de remenar i es va
bullir durant un minut o dos.
3. Amb la xeringa es posa 6 ml d’agar a cada placa i es deixa refredar.
4. S’esterilitzen les plaques amb l’olla a pressió durant 20-25 minuts.
18 Composició (g/L) Extracte de carn: 3,0 Carn de peptona: 5,0 Agar: 12,0
111
Figura 50: Esterilització de les plaques.
Figura 60:Plaques esterilitzades i amb agar
Font: elaboració pròpia.
Font: elaboració pròpia.
3.3. Conclusions
Aquest tercer cop l’experiment no va donar els resultats esperats, no es va
produir creixement tot i estar en les mateixes condicions que els bacteris de la
pràctica anterior. Les causes de l’absència de creixement haurien pogut ser les
següents:
o Potser va haver un error en el procés de fabricació del medi de cultiu.
o Potser les soques bacterianes utilitzades estaven mortes, ja que
portaven un cert temps al refrigerador.
o Potser, al ser les plaques de petri més petites, els antibacterians van
impedir totalment el creixement dels microorganismes, ja que la
distància entre els cèrcols era menor.
112
4. EXPERIMENT 3
La diferència respecte la pràctica anterior va estar en els bacteris i en el medi
de cultiu, a falta dels bacteris usats a les pràctiques 1 i 2, es van fer servir tres
espècies diferents: Serratia Marcenscens, Staphylococcos epidermis i
Pseudomona fluorescens. Pel que fa al medi de cultiu se’n va tornar a fabricar
de nou, ja que potser algun defecte en el procés de fabricació en la pràctica
anterior, hauria pogut impedir el creixement dels microorganismes.
Com va passar amb la segona pràctica, no va haver creixement dels bacteris.
Les causes serien les mateixes, incloent-hi el fet de que les plaques es van
posar sobre un radiador, i la calor directa podria haver sigut el que va impedir
el creixement dels bacteris.
113
114
CONCLUSIONS
115
Les conclusions d’aquest treball de recerca recullen la valoració del
compliment o no de les hipòtesis plantejades així com un balanç general del
desenvolupament de l’estudi.
Després de realitzar la fase experimental, s’ha arribat a diverses conclusions
que tot seguit es detallaran. Cal dir que tota la valoració de les hipòtesis es
refereixen al primer experiment realitzat, ja que, tal i com s’ha escrit abans, en
el segon i el tercer no es van poder comprovar les hipòtesis atès que els
bacteris no es van arribar a desenvolupar.
Igualment, els resultats que s’exposen a continuació es refereixen a les tres
soques bacterianes amb les que s’ha treballat. Una altra tria de soques
bacterianes podrien haver donat resultats diferents.
A més, s’hauria de puntualitzar que aquest primer experiment va registrar
també diferents problemes. Així, tres dies després d’haver fet el cultiu van
créixer fongs al voltant del cèrcols de paper de filtre. Les causes de la
contaminació de les plaques podrien ser les següents:
o Els paperets de filtre sucats amb antibacterians estaven contaminats, ja
que no van ser esterilitzats.
o No es va crear un medi suficientment estèril: potser no n’hi va haver
prou posant un fogonet.
o El taulell sobre el qual es va treballar no havia estat prèviament netejat.
o Les plaques de Petri van estar massa temps obertes mentre es
cultivaven o s’hi posaven els antibacterians.
o Les mesures d’higiene no eren les adequades: no es van fer servir
mascaretes per evitar parlar sobre les plaques de cultiu i tampoc ens
vam rentar les mans abans de començar.
No obstant, com que els fongs van aparèixer al voltant del paper de filtre, tot
apuntaria cap a una contaminació o mala esterilització dels cèrcols.
A partir de les dades recollides en les taules i gràfiques és possible confirmar o
rebutjar les hipòtesis plantejades a l’inici de l’experiment. Aquestes han estat
avaluades segons el valor de la mitjana dels halos formats en cada cas. Així, és
116
possible que l’antibacterià més eficaç només ho sigui en una de les tres soques
bacterianes, i tot i així la mitjana que en resulta deixaria a aquest antibacterià
com el més eficaç.
Respecte la primera hipòtesi: Potser tots els antibacterians són més
eficaços en bacteris gramnegatius, es pot dir que queda totalment
confirmada, ja que com s’ha vist, Escherichia coli, gramnegatiu, ha resultat ser
el bacteri menys resistent a l’acció dels antibacterians. El bacteri més resistent
a tot tipus d’antibacterians és Micrococcus luteus, cosa que també ajuda a
confirmar la primera hipòtesi, donat que es tracta d’un bacteri grampositiu.
Tot i així, cal puntualitzar que hi ha una diferència mínima entre Escherichia
coli i Bacillus cereus pel que fa a la seva resistència.
Tal i com es va predir en un principi, els antibacterians naturals són els
menys eficaços en totes les soques bacterianes, tan la ceba com la mel
presenten valors d’eficàcia molt baixos, a saber, la major part dels bacteris no
han format halos al voltant dels cèrcols de paper de filtre. Per tant, la hipòtesi
plantejada, Potser els antibacterians naturals són els menys eficaços
sobre tot tipus de bacteris, queda confirmada.
No obstant, l’agent antibacterià d’origen natural que ha resultat tenir una
eficàcia superior és, contra tot pronòstic, la mel. Així doncs, la quarta hipòtesi,
Potser l’antibacterià natural més eficaç és la ceba, queda rebutjada.
En Bacillus cereus, tan la mel com la ceba no han format halo, en canvi a
Micrococcus luteus només la ceba n’ha format, i en Escherichia coli només la
mel. És a dir, l’eficàcia dels antibacterians naturals ha estat determinada pels
valors de dos dels bacteris. Així doncs, l’únic halo format per la ceba en
Micrococcus luteus ha estat més petit que el format per la mel a Escherichia
coli, fet que l’ha determinat com a antibacterià natural més eficaç.
Dels antisèptics, l’antibacterià més eficaç ha resultat ser el peròxid d’hidrogen.
Tampoc queda confirmada la hipòtesi sobre els antisèptics: Potser
l’antisèptic més eficaç és la povidona iodada. Només Micrococcus luteus
presenta una resistència significativa. Ha resultat ser també l’antibacterià més
eficaç, així doncs la hipòtesi: Potser els antibiòtics són els antibacterians
117
més eficaços sobre tot tipus de bacteris, queda rebutjada. El peròxid
d’hidrogen és l’antibacterià més eficaç tan en Escherichia coli com en Bacillus
cereus, en canvi, en Micrococcus luteus la Furobactina pren el primer lloc al
peròxid.
Pel que fa a la povidona iodada, s’han obtingut resultats bastant semblants
entre Escherichia coli i Bacillus aureus. Per contra, Micrococcus luteus hi té una
resistència absoluta.
La Furobactina ha resultat ser l’antibiòtic més eficaç: en totes les soques
bacterianes ha produït uns halos de mida superior als del Clamoxyl. Trobem
doncs, que la sisena hipòtesi, Potser l’antibiòtic més eficaç és la
Furobactina, queda confirmada. El Clamoxyl és més eficaç en Bacillus cereus
i menys eficaç en Micrococcus luteus. Podem dir que, en general, els antibiòtics
són uns bons antibacterians, ja que cap bacteri dels estudiats ha presentat
resistència.
En resum, l’experiment ha donat els resultats següents:
1. Els antibacterians més eficaços són els antisèptics.
2. Els antibacterians menys eficaços són els d’origen natural.
3. L’antibacterià més eficaç és el peròxid d’hidrogen.
4. El tipus de bacteris més resistent són els grampositius.
5. El bacteri més resistent és Micrococcus luteus.
6. L’antibacterià natural més eficaç és la mel.
7. L’antisèptic més eficaç és el peròxid d’hidrogen.
8. L’antibiòtic més eficaç és la Furobactina.
En molts casos, les diferències entre els valors de les mitjanes fetes per
mesurar l’eficàcia dels antibacterians són mínimes. No obstant això s’ha
arribat a la conclusió que l’antibacterià més eficaç és el peròxid d’hidrogen,
cosa que ha fet que la hipòtesi sobre el tipus d’antibacterià més efectiu quedés
rebutjada. També s’ha rebutjat la hipòtesi sobre l’antisèptic més eficaç, ja que
aquest ha resultat ser, altre cop, el peròxid d’hidrogen i no la povidona iodada.
L’antibacterià natural més eficaç és la mel, cosa que no s’esperava des d’un
118
principi, per tant també s’ha rebutjat la hipòtesis relacionada. Sí que s’ha
confirmat la hipòtesi sobre l’antibiòtic més eficaç, la Furobactina.
Per altra banda, ha quedat demostrat que els bacteris grampositius són més
resistents als antibacterians que els gramnegatius, així doncs s’ha confirmat
la primera hipòtesi. També s’ha confirmat la hipòtesi sobre el bacteri més
resistent: Micrococcus luteus, tenint en compte, això sí, que va tenir un
creixement deficient.
Per acabar, el balanç general del desenvolupament de l’estudi ha estat, per a
mi, molt positiu, ja que tant la primera part (teòrica) com la segona (pràctica)
m’han aportat coneixements de la matèria.
L’objectiu inicial d’aquest estudi era mesurar la resistència dels bacteris
envers els diferents antibacterians per tal d’esbrinar quin és l’antibacterià més
eficaç i/o el bacteri més resistent. A partir d’aquestes proposicions inicials,
s’ha seguit un procés de recollida i selecció de la informació amb el propòsit de
formar una base de coneixements per tal de realitzar la part experimental
correctament.
Naturalment, en el procés van anar sorgint diversos imprevistos, el més
rellevant dels quals va ser la decepció per no haver aconseguit realitzar
l’experiment de manera totalment correcta. Això va impossibilitar, per
exemple, poder practicar la tinció Gram per tal de veure a través del
microscopi els cultius bacterians i així poder distingir jo mateixa els bacteris
grampositius i els gramnegatius.
En canvi, valoro molt positivament la meva primera immersió en el món de la
microbiologia que ha consolidat el meu interès pel tema. Avui tinc més clar
que aquest ha de ser el meu camp de futur acadèmic. En aquest sentit,
m’agradaria haver aprofundit més en la genètica dels bacteris, cosa que espero
fer en els propers anys.
119
120
FONTS
D’INFORMACIÓ
121
WEBGRAFIA
o http://www.lular.info/a/salud/2010/06/Cuales-son-algunos-
productos-antibacterianos-naturales.html
o http://www.scribd.com/doc/14173131/5-Tecnicas-Basicas-Para-El-
Cultivo-de-Microorganismos
o http://ca.wikipedia.org/wiki/Lucreci
o http://www.xtec.cat/serveis/cda/a8902035/consulta/consaigua/gota
daigua/descripcio5regnes.pdf
o http://www.microbiologia.com.ar/bacteriologia/index.html
o http://www.unf.edu.ar/frn/Documents/MatCatedra/Zootecnia/Biologi
a/procariotas.pdf
o http://www.prepafacil.com/cobach/Main/BiomoleculasOrganicas
o http://www.biologia.edu.ar/biodiversidad/biodiversidad.htm
o http://www.agrovetmarket.com/TechnicalArticlesUI.aspx?.language=1
&.article=20
o http://www.biologia.edu.ar/microgeneral/micro-ianez/01_micro.htm
o http://portales.educared.net/wikiEducared/index.php?title=La_membr
ana_plasm%C3%A1tica
o http://revision.ogma9000.com/microbiologia/public_html/ficheros/fck
/Tema%2012%20y%2013%20Antibioticos%20-%20color(1).pdf
o http://www.med.or.jp/english/journal/pdf/2009_02/103_108.pdf
o http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iessantacatalina/palabra/1
8/antibioticos.htm
o http://med.javeriana.edu.co/publi/vniversitas/serial/v43n1/0026%20
Resistencia.PDF
o http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/Principalesmecanismosderesist
enciaantibiotica.pdf
o http://www.msc.es/biblioPublic/publicaciones/docs/bacterias.pdf
o http://ec.europa.eu/health/antimicrobial_resistance/docs/ebs_338_en
122
BIBLIOGRAFIA
o G. SCHLEGEL, Hans. Microbiología general. Barcelona: Ediciones
Omega, 1997.
o INGRAHAM, John, Catherine. Introducción a la microbiologia. Vol
1.Barcelona: Editorial Reverté, 1998.
o M. WILLEY, Joanne; M. SHERWOOD, Linda; J.WOOLVERTON,
Chirstopher. Microbiología de Prescott, Harley y Klein. Setena edició.
Madrid: McGraw-hill, 2009.
o BALDRY, Peter. La batalla contra las bacterias. Barcelona: Editorial
Reverté, 1981. Serie reverté ciencia y sociedad.
123
124
GLOSSARI
Biomolècules orgàniques: molècules sintetitzades només pels éssers vius que
tenen una estructura a base de carboni. Estan constituïdes principalment per
carboni, hidrogen i oxigen.
RNA (àcid ribonucleic): material genètic de certs virus, i en els organismes
cel·lulars és la molècula que dirigeix la síntesi proteica (formació de proteïnes).
N’hi ha de tres tipus, cadascun du a terme una funció diferent en la síntesi de
proteïnes.
Orgànuls: estructures cel·lulars especialitzades en funcions especifiques).
Glúcids: compostos orgànics formats per biomolècules orgàniques (carboni,
hidrogen i oxigen). Constitueixen la major part de la material orgànic de la
Terra, ja que serveixen com a reserva d’energia, formen estructures cel·lulars,
fan la funció de combustible i formen part dels àcids nucleics (DNA, RNA).
Polisacàrid: biomolècules formades per la unió d'una gran quantitat de
monosacàrids. S'enquadren entre els glúcids i compleixen funcions diverses,
sobretot de reserves energètiques i estructurals.
Polialcohol: (anomenats també sucres alcohòlics) família de compostos
químics orgànics amb sabor dolç.
Aminosucre: molècula de sucre que conté un grup amino en comptes d’un
grup hidroxil en algun dels seus radicals.
N-acetilglicosamina: és un derivat de la glucosamina que, al seu torn, és un
derivat de la glucosa, un monosacàrid de sis carbonis.
N-acetilmuràmic: és un àcid monosacàrid que prové de la unió mitjançant
un enllaç èter entre l'àcid làctic i la N-acetilglucosamina.
Glicoproteïna: és una biomolècula formada per una proteïna i un glúcid.
125
Volutina: Substància de reserva fosfàtica que es troba a les cèl·lules de certs
fongs, bacteris i cianofícies.
Histones: són proteïnes situades al nucli cel·lular. Són molt bàsiques, cosa
que els facilita unir-se al DNA per exercir la seva funció d’empaquetar-lo
formant part de la cromatina.
Mesosomes: són invaginacions de la membrana plasmàtica de cèl·lules
procariotes. Són presents tan en bacteris grampositius com en gramnegatius.
Els mesosomes juguen un paper en la formació de la paret cel·lular durant la
divisió cel·lular, en la replicació i distribució dels cromosomes i en els sistemes
de transferència d'electrons de la respiració.
Quimiosintètic: organisme que utilitza l’energia química d’algunes
substàncies inorgàniques com a font d’energia.
Fixació del CO₂ : procés pel qual els bacteris fotosintètics converteixen l’O₂₂en
CO₂.
Dímer: Polímer format per la unió de dues molècules idèntiques.
Medis hipotònics: medi que conté una concentració baixa de solut.
Reproducció parasexual: De vegades, la cèl·lula bacteriana té l’oportunitat
d'intercanviar informació genètica per processos de recombinació. Aquests
processos són la transformació, la transducció i la conjugació, on no hi ha
formació de cap tipus de gàmetes, pel que no és reproducció sexual.
Pilus sexual: estructura que interconnecta dos bacteris de la mateixa espècie
o d'espècie diferent construint un pont entre els dos citoplasmes. Això permet
la transferència de plasmidis entre els bacteris. L'intercanvi de plasmidis pot
afegir noves característiques al bacteri, per exemple, resistència als
antibiòtics.
In vitro: (del llatí dins del vidre), és una tècnica per realitzar un determinat
experiment en un tub d'assaig, generalment en un ambient controlat fora d'un
organisme viu.
126
In vivo: (del llatí en la mesura del viu), significa "que passa o té lloc dins d'un
organisme". En ciència, in vivo es refereix a experimentació feta dins o en el
teixit viu d'un organisme viu.
Fermentació butírica: és la conversió de glúcids en àcid butíric per acció de
bacteris en absència d’oxigen.
Hidròlisi: trencament de la molècula de l’aigua.
Peptidoglicà: és un polímer format per monosacàrids i aminoàcids que
compon la paret bacteriana.
Lisi osmòtica: Fenomen consistent en la destrucció total o parcial d’una
cèl·lula a causa de la diferència de concentració entre els medis intracel·lulars
i extracel·lulars.
Grup amino lliure: grup funcional derivat de l'amoníac, lliure significa que és
terminal, és a dir, està situat al final de la cadena.
Antibiòtic glucopeptídic: és un tipus d’antibiòtic que actua interferint en la
formació de la paret bacteriana.
Disacàrid: és un tipus de glúcid que es forma per la unió de
dos monosacàrids.
tRNA: àcid ribonucleic de transferència, tipus de RNA que transporta
un aminoàcid concret cap els ribosomes a la síntesi de proteïnes durant el
procés de la traducció.
mRNA: àcid ribonucleic missatger, serveix de model químic per a crear un
producte proteic. És transcrit a partir d'una plantilla de DNA i porta
informació codificada fins a les regions on se sintetitzen les proteïnes:
els ribosomes.
Anell ciclohexà: el ciclohexà està format per una cadena de 6 àtoms de
carboni, que es troba tancada en forma d’anell, i 12 àtoms d'hidrogen.
127
Aminoacil-tRNA: molècula de tRNA que està unida a un aminoàcid específic.
Lloc A del ribosoma: el ribosoma consta de tres llocs: el lloc A, el lloc P i el
lloc E. El lloc A és el punt d'entrada per a l’aminoacil-tRNA.
Lactona: és un compost orgànic que es forma com a producte de la
condensació d’un grup alcohol amb un grup àcid carboxílic en una
mateixa molècula.
Metabòlit: qualsevol molècula que intervé com a substrat o com a producte en
les reaccions metabòliques.
Cofactor àcid fòlic: vitamina, més concretament la B9, necessària per a la
formació de proteïnes estructurals i hemoglobina.
Purines: compostos derivats de la purina, que és un compost orgànic. Dues de
les bases del DNA són purines.
Pirimidines: derivats de la pirimidina, que és un compost orgànic. Tres de les
bases del DNA són pirimidines.
DNA polimerasa: enzim que intervé en la síntesi del DNA.
DNA helicasa: proteïna que promou el desenrotllament del DNA de cadena
doble durant la replicació.
RNA polimerasa: enzim que catalitza la síntesi de RNA.
Anell 4-quinolona: grup d’antibiòtics que contenen un anell de carbonis a la
posició 4 de la cadena.
Bacteri sapròfit: microorganisme que obté els nutrients que necessita de
la matèria orgànica no viva, normalment matèria vegetal o animal que està
morta i/o en descomposició.
128
Àntrax: és una malaltia bacteriana que pot infectar a tots els animals
homeoterms incloent l'ésser humà. El responsable de la malaltia és el Bacillus
anthracis.
Penicil·linasa: enzim que formen diversos microorganismes capaç
d'hidrolitzar i inactivar la penicil·lina.
Grup sulfhidril: grup funcional format per un àtom de sofre i un àtom
de hidrogen.
Doble enllaç: enllaç químic entre dos àtoms comparteixen dos parells
d’electrons.
Morbiditat: quantitat de persones d’un grup o d’una població que són
afectades per una determinada malaltia.
Immunodeficient: organisme que pateix alguna malaltia que afecta el normal
funcionament del sistema immunitari.
Pneumococ: Diplococ en forma de doble obús amb base comuna, pertanyent
al grup dels estreptococs (Streptococcus pneumoniae).
MIC: (Concentració inhibitòria mínima), és la concentració més baixa d'un
antimicrobià que inhibeix el creixement visible d'un microorganisme.
RNA 23S: és un component de la subunitat 50S dels ribosomes dels
procariotes.
Enterobacteris: són un grup d’eubacteris gramnegatius anaeròbics de la
família dels Enterobacteriaceae.
Hidrofòbic: substància que té com a propietat física la de ser repel·lit per
l’aigua, com per exemple alguns antibiòtics.
Transposons: són seqüències de DNA que es poden desplaçar al llarg de
diferents posicions del genoma d'una cèl·lula.
129
130
ANNEX 1: LA CIÈNCIA DE LA MICROBIOLOGIA
El cas de James Greenlees
El 12 d’agost de 1865, un nen d’11 anys anomenat James Greenlees,
passejava por un carrer de Glasgow quan va ser atropellat per un carro tirat
per un cavall. Una de les rodes li va passar per sobre la cama de James, just
per sota del genoll. Les puntes afilades de l'os trencat van produir un esquinç
a través de la pell.
La ferida del jove James era una sentència de mort. Les fractures
obertes (quan l’os es trenca i surt a través de la pell) són generalment ferides
brutes i, en el segle XIX, les persones amb ferides contaminades a la carn o
l’os gairebé sempre morien a conseqüència d’elles. Al cap d’unes hores, la
ferida traspuava gran quantitats de pus, i després el teixit que la rodejava
començava a deteriorar-se i a fer mala olor. Sense tractament, la víctima
començava a tenir febre i moria en qüestió de dies. L’únic tractament era
l’amputació immediata. Però inclús quan la ferida bruta era substituïda per
una incisió quirúrgica comparativament més neta, gairebé la meitat dels
malalts morien.
James va ser traslladat a la Royal Infirmary, on va quedar sota la tutela de
Joseph Lister, un jove cirurgià. Lister tenia una teoria pel que fa al tractament
de les ferides obertes i va decidir posar-la en pràctica amb James. Va
encanyar l’os trencat i va posar una bena mullada amb àcid carbòlic. Lister
creia que l’àcid, que actualment fem servir a les llars com a desinfectant,
impediria la infecció. Va observar la ferida de James amb deteniment per si hi
havia signes d’ulceració. Si el tractament amb àcid carbòlic no funcionava,
Lister seguiria el procediment habitual i amputaria.
Quatre dies després de l’accident, Lister va treure la bena amb àcid carbòlic
per a examinar la ferida de James. No hi havia signe d’infecció. Animat, Lister
va tornar a aplicar benes amb una solució més diluïda d’àcid carbòlic. La
ferida de James continuava sanant. Sis setmanes després, els fragments dels
ossos trencats s’havien unit i James Greeenlees va sortir de l’hospital amb les
seves dues cames sanes.
131
Lister va denominar a la seva tècnica amb àcid carbòlic antisèpsia, que
significa "contra la infecció". Aquesta tècnica va tenir unes implicacions
pràctiques molt importants, especialment per al desenvolupament de la
cirurgia. A mitjans del segle XIX, les operacions realitzades en un hospital
portaven gairebé segur a la infecció i a la mort, si es tractava de fractures
contaminades i ferides obertes.
Però, què va portar a Lister a utilitzar l’àcid carbòlic? De fet, tot el que
necessitava saber havia estat descobert anteriorment per altres. De la lectura
d’articles científics, Lister sabia que els microorganismes, éssers vius massa
petits per a ser observats a simple vista, causaven l’ulceració i putrefacció de
la ferida; també sabia que els microorganismes estaven a totes parts, al sòl, a
l’aigua i a l’aire. Finalment, sabia que l’àcid carbòlic matava els
microorganismes i, per tant, va concloure que aplicant-lo a la ferida ajudaria a
curar-la, impedint la seva putrefacció. El raonament lògic de Lister, basat en
fets científics demostrats, el va portar a formular una hipòtesi i a comprovar-la
per mitjà d’un experiment. El seu plantejament és l’essència del mètode
científic.
Figura 61: Joseph Lister
Font: http://www.nationalgalleries.org
132
ANNEX 2: “ANTIMICROBIAL RESISTANCE” Survey carried out by TNS
Opinion & Social at the request of the Directorate-General for Health
and Consumers. (Pàgines 25-42)
![CAS ACADÈMIA3.ppt [Modo de compatibilidad] · HORMONES BASALS HIPOFISÀRIES TSH 0.06 µU/ml T4L 0.66 ng/dL FSH 0.89 mUI/mL LH < 0.8 mUI/mL Test tot < 0.1 ng/dL Test lliure < 0.5](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5f18aa5a3044fd59f1343678/cas-acadmia3ppt-modo-de-compatibilidad-hormones-basals-hipofisries-tsh-006.jpg)
