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16.3: Uso de productos químicos para controlar microorganismos - Biología


Habilidades para desarrollar

  • Comprender y comparar varios productos químicos utilizados para controlar el crecimiento microbiano, incluidos sus usos, ventajas y desventajas, estructura química y modo de acción.

Además de los métodos físicos de control microbiano, también se utilizan productos químicos para controlar el crecimiento microbiano. Se puede utilizar una amplia variedad de productos químicos como desinfectantes o antisépticos. Al elegir cuál usar, es importante considerar el tipo de microbio al que se dirige; qué tan limpio debe estar el artículo; el efecto del desinfectante en la integridad del artículo; su seguridad para los animales, los seres humanos y el medio ambiente; su gasto; y su facilidad de uso. Esta sección describe la variedad de productos químicos utilizados como desinfectantes y antisépticos, incluidos sus mecanismos de acción y usos comunes.

Fenólicos

En la década de 1800, los científicos comenzaron a experimentar con una variedad de productos químicos para la desinfección. En la década de 1860, el cirujano británico Joseph Lister (1827-1912) comenzó a utilizar ácido carbólico, conocido como fenol, como desinfectante para el tratamiento de heridas quirúrgicas (consulte Fundamentos de la teoría celular moderna). En 1879, el trabajo de Lister inspiró al químico estadounidense Joseph Lawrence (1836-1909) a desarrollar Listerine, una mezcla a base de alcohol de varios compuestos relacionados que todavía se usa hoy como antiséptico oral. Hoy en día, el ácido carbólico ya no se usa como desinfectante quirúrgico porque irrita la piel, pero los compuestos químicos que se encuentran en los enjuagues bucales antisépticos y las pastillas para la garganta se llaman fenólicos.

Químicamente, el fenol consiste en un anillo de benceno con un grupo –OH, y los fenólicos son compuestos que tienen este grupo como parte de su estructura química (Figura ( PageIndex {1} )). Los fenólicos como el timol y el eucaliptol se encuentran naturalmente en las plantas. Otros compuestos fenólicos pueden derivarse de la creosota, un componente del alquitrán de hulla. Los fenólicos tienden a ser estables, persistentes en las superficies y menos tóxicos que el fenol. Inhiben el crecimiento microbiano al desnaturalizar las proteínas y alterar las membranas.

Figura ( PageIndex {1} ): Se han utilizado fenol y compuestos fenólicos para controlar el crecimiento microbiano. (a) Estructura química del fenol, también conocido como ácido carbólico. (b) El o-fenilfenol, un tipo de fenólico, se ha utilizado como desinfectante, así como para controlar el crecimiento de bacterias y hongos en los frutos cítricos cosechados. (c) El hexaclorofeno, otro fenol, conocido como bisfenol (dos anillos), es el ingrediente activo en pHisoHex.

Desde la época de Lister, se han utilizado varios compuestos fenólicos para controlar el crecimiento microbiano. Los fenólicos como los cresoles (fenoles metilados) y el o-fenilfenol eran ingredientes activos en varias formulaciones de Lysol desde su invención en 1889. El o-fenilfenol también se usaba comúnmente en la agricultura para controlar el crecimiento de bacterias y hongos en los cultivos cosechados, especialmente los cítricos, pero su el uso en los Estados Unidos es ahora mucho más limitado. El bisfenol hexaclorofeno, un desinfectante, es el ingrediente activo de pHisoHex, un detergente de limpieza tópico ampliamente utilizado para lavarse las manos en entornos hospitalarios. pHisoHex es particularmente eficaz contra las bacterias grampositivas, incluidas las que causan infecciones cutáneas estafilocócicas y estreptocócicas. El pHisoHex se usaba anteriormente para bañar a los bebés, pero esta práctica se ha descontinuado porque se ha demostrado que la exposición al hexaclorofeno puede provocar problemas neurológicos.

El triclosán es otro compuesto de bisfenol que ha tenido una aplicación generalizada en productos antibacterianos durante las últimas décadas. Inicialmente utilizado en pastas dentales, el triclosán ahora se usa comúnmente en jabones de manos y con frecuencia se impregna en una amplia variedad de otros productos, incluidas tablas de cortar, cuchillos, cortinas de baño, ropa y concreto, para hacerlos antimicrobianos. Es particularmente eficaz contra las bacterias grampositivas de la piel, así como contra determinadas bacterias gramnegativas y levaduras.1

Metales pesados

Algunos de los primeros desinfectantes y antisépticos químicos que se utilizaron fueron los metales pesados. Los metales pesados ​​matan a los microbios al unirse a proteínas, inhibiendo así la actividad enzimática (Figura ( PageIndex {3} )). Los metales pesados ​​son oligodinámicos, lo que significa que concentraciones muy pequeñas muestran una actividad antimicrobiana significativa. Los iones de metales pesados ​​se unen fuertemente a los aminoácidos que contienen azufre y se bioacumulan dentro de las células, lo que permite que estos metales alcancen altas concentraciones localizadas. Esto hace que las proteínas se desnaturalicen.

Los metales pesados ​​no son selectivamente tóxicos para las células microbianas. También pueden bioacumularse en células humanas o animales, y concentraciones excesivas pueden tener efectos tóxicos en los seres humanos. Si se acumula demasiada plata en el cuerpo, por ejemplo, puede resultar en una condición llamada argiria, en la que la piel se vuelve irreversiblemente gris azulada. Una forma de reducir la toxicidad potencial de los metales pesados ​​es controlando cuidadosamente la duración de la exposición y la concentración del metal pesado.

Figura ( PageIndex {3} ): Los metales pesados ​​desnaturalizan las proteínas, lo que deteriora la función celular y, por lo tanto, les confiere fuertes propiedades antimicrobianas. (a) El cobre en accesorios como esta manija de puerta mata los microbios que de otro modo podrían acumularse en las superficies que se tocan con frecuencia. (b) Los utensilios para comer contienen pequeñas cantidades de plata para inhibir el crecimiento microbiano. (c) El cobre normalmente alinea las incubadoras para minimizar la contaminación de los cultivos celulares almacenados en el interior. (d) Los enjuagues bucales antisépticos comúnmente contienen cloruro de zinc. (e) Este paciente sufre de argiria, una condición irreversible causada por la bioacumulación de plata en el cuerpo. (crédito b: modificación del trabajo de “Shoshanah” / Flickr; crédito e: modificación del trabajo de Herbert L. Fred y Hendrik A. van Dijk)

Mercurio

El mercurio es un ejemplo de un metal pesado que se ha utilizado durante muchos años para controlar el crecimiento microbiano. Se utilizó durante muchos siglos para tratar la sífilis. Los compuestos de mercurio como el cloruro de mercurio son principalmente bacteriostáticos y tienen un espectro de actividad muy amplio. Varias formas de mercurio se unen a los aminoácidos que contienen azufre dentro de las proteínas, inhibiendo sus funciones.

En las últimas décadas, el uso de tales compuestos ha disminuido debido a la toxicidad del mercurio. Es tóxico para los sistemas nervioso central, digestivo y renal en altas concentraciones y tiene efectos ambientales negativos, incluida la bioacumulación en los peces. Los antisépticos tópicos como el mercurocromo, que contiene mercurio en concentraciones bajas, y el mertiolato, una tintura (una solución de mercurio disuelto en alcohol) alguna vez se usaron comúnmente. Sin embargo, debido a las preocupaciones sobre el uso de compuestos de mercurio, estos antisépticos ya no se venden en los Estados Unidos.

Plata

La plata se ha utilizado durante mucho tiempo como antiséptico. En la antigüedad, el agua potable se almacenaba en jarras de plata.8 La crema de silvadeno se usa comúnmente para tratar heridas tópicas y es particularmente útil para prevenir infecciones en heridas por quemaduras. Las gotas de nitrato de plata alguna vez se aplicaron de manera rutinaria a los ojos de los recién nacidos para protegerlos contra la oftalmía neonatal, infecciones oculares que pueden ocurrir debido a la exposición a patógenos en el canal del parto, pero las cremas antibióticas ahora se usan más comúnmente. La plata a menudo se combina con antibióticos, lo que hace que los antibióticos sean miles de veces más efectivos.9 La plata también se incorpora comúnmente en catéteres y vendajes, lo que los hace antimicrobianos; sin embargo, existe evidencia de que los metales pesados ​​también pueden mejorar la selección de resistencia a los antibióticos.10

Cobre, níquel y zinc

Varios otros metales pesados ​​también exhiben actividad antimicrobiana. El sulfato de cobre es un algicida común que se utiliza para controlar el crecimiento de algas en piscinas y peceras. El uso de cobre metálico para minimizar el crecimiento microbiano también se está generalizando. Los revestimientos de cobre de las incubadoras ayudan a reducir la contaminación de los cultivos celulares. Se está investigando el uso de ollas de cobre para el almacenamiento de agua en países subdesarrollados como una forma de combatir las enfermedades diarreicas. Los recubrimientos de cobre también se están volviendo populares para los objetos que se manipulan con frecuencia, como pomos de puertas, herrajes para gabinetes y otros accesorios en las instalaciones de atención médica, en un intento por reducir la propagación de microbios.

Los recubrimientos de níquel y zinc ahora se utilizan de manera similar. Otras formas de zinc, incluidos el cloruro de zinc y el óxido de zinc, también se utilizan comercialmente. El cloruro de zinc es bastante seguro para los humanos y se encuentra comúnmente en los enjuagues bucales, lo que aumenta sustancialmente su duración. El óxido de zinc se encuentra en una variedad de productos, que incluyen cremas antisépticas tópicas como loción de calamina, ungüentos para pañales, talco para bebés y champús anticaspa.

Ejercicio ( PageIndex {2} )

¿Por qué muchos metales pesados ​​son a la vez antimicrobianos y tóxicos para los seres humanos?

Halógenos

Otros productos químicos comúnmente utilizados para la desinfección son los halógenos yodo, cloro y flúor. El yodo actúa oxidando los componentes celulares, incluidos los aminoácidos, nucleótidos y ácidos grasos que contienen azufre, y desestabilizando las macromoléculas que contienen estas moléculas. A menudo se usa como tintura tópica, pero puede causar manchas o irritación de la piel. Un yodóforo es un compuesto de yodo complejado con una molécula orgánica, lo que aumenta la estabilidad del yodo y, a su vez, su eficacia. Un yodóforo común es la povidona yodada, que incluye un agente humectante que libera yodo de forma relativamente lenta. Betadine es una marca de povidona yodada que el personal médico suele utilizar como exfoliante para las manos antes de la cirugía y para la antisepsia tópica de la piel de un paciente antes de la incisión (Figura ( PageIndex {4} )).

Figura ( PageIndex {4} ): (a) Betadine es una solución del yodopovidona-yodo yodóforo. (b) Se usa comúnmente como antiséptico tópico en la piel de un paciente antes de la incisión durante la cirugía. (crédito b: modificación del trabajo de Andrew Ratto)

El cloro es otro halógeno que se usa comúnmente para la desinfección. Cuando el cloro gaseoso se mezcla con agua, produce un oxidante fuerte llamado ácido hipocloroso, que no se carga y entra fácilmente en las células. El cloro gaseoso se usa comúnmente en plantas de tratamiento de agua potable y aguas residuales municipales, y el ácido hipocloroso resultante produce el efecto antimicrobiano real. Quienes trabajan en instalaciones de tratamiento de agua deben tener mucho cuidado para minimizar la exposición personal al cloro gaseoso. El hipoclorito de sodio es el componente químico de la lejía doméstica común y también se usa para una amplia variedad de propósitos de desinfección. Las sales de hipoclorito, incluidos los hipocloritos de sodio y calcio, se utilizan para desinfectar piscinas. El cloro gaseoso, el hipoclorito de sodio y el hipoclorito de calcio también son desinfectantes de uso común en las industrias de procesamiento de alimentos y restaurantes para reducir la propagación de enfermedades transmitidas por los alimentos. Los trabajadores de estas industrias también deben tener cuidado de utilizar estos productos correctamente para garantizar su propia seguridad, así como la seguridad de los consumidores. Una declaración conjunta reciente publicada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y la OMS indicó que ninguno de los muchos usos beneficiosos de los productos de cloro en el procesamiento de alimentos para reducir la propagación de enfermedades transmitidas por los alimentos representaba riesgos para los consumidores.11

Otra clase de compuestos clorados llamados cloraminas se utilizan ampliamente como desinfectantes. Las cloraminas son relativamente estables, liberando cloro durante largos períodos de tiempo. Las cloraminas son derivados del amoníaco mediante la sustitución de uno, dos o los tres átomos de hidrógeno por átomos de cloro (Figura ( PageIndex {5} )).

Figura ( PageIndex {5} ): La monocloroamina, una de las cloraminas, se deriva del amoníaco mediante la sustitución de un átomo de hidrógeno por un átomo de cloro.

Las cloraminas y otros compuestos de cloro pueden usarse para desinfectar el agua potable, y los militares usan frecuentemente tabletas de cloramina para este propósito. Después de un desastre natural u otro evento que comprometa el suministro público de agua, los CDC recomiendan desinfectar el agua del grifo agregando pequeñas cantidades de lejía doméstica regular. Investigaciones recientes sugieren que el dicloroisocianurato de sodio (NaDCC) también puede ser una buena alternativa para la desinfección del agua potable. Actualmente, las tabletas NaDCC están disponibles para uso general y para uso militar, campistas o personas con necesidades de emergencia; para estos usos, es preferible el NaDCC a las tabletas de cloramina. El dióxido de cloro, un agente gaseoso que se usa para la fumigación y esterilización de áreas cerradas, también se usa comúnmente para la desinfección del agua.

Aunque los compuestos clorados son desinfectantes relativamente eficaces, tienen sus desventajas. Algunos pueden irritar la piel, la nariz o los ojos de algunas personas, y es posible que no eliminen por completo ciertos organismos resistentes del agua potable contaminada. El hongo Cryptosporidium, por ejemplo, tiene una capa exterior protectora que lo hace resistente a los desinfectantes clorados. Por lo tanto, se recomienda hervir el agua potable en situaciones de emergencia cuando sea posible.

También se sabe que el flúor halógeno tiene propiedades antimicrobianas que contribuyen a la prevención de la caries dental (caries).12 El flúor es el principal ingrediente activo de la pasta de dientes y también se agrega comúnmente al agua del grifo para ayudar a las comunidades a mantener la salud bucal. Químicamente, el fluoruro puede incorporarse a la hidroxiapatita del esmalte dental, haciéndolo más resistente a los ácidos corrosivos producidos por la fermentación de microbios orales. El flúor también mejora la absorción de iones de calcio y fosfato en el esmalte dental, promoviendo la remineralización. Además de fortalecer el esmalte, el flúor también parece ser bacteriostático. Se acumula en las bacterias formadoras de placa, interfiriendo con su metabolismo y reduciendo la producción de los ácidos que contribuyen a la caries dental.

Ejercicio ( PageIndex {3} )

¿Cuál es el beneficio de una cloramina sobre el hipoclorito para desinfectar?

Alcoholes

Los alcoholes constituyen otro grupo de productos químicos que se utilizan comúnmente como desinfectantes y antisépticos. Actúan desnaturalizando rápidamente las proteínas, que inhiben el metabolismo celular, y alterando las membranas, lo que conduce a la lisis celular. Una vez desnaturalizadas, las proteínas pueden replegarse si hay suficiente agua en la solución. Los alcoholes se utilizan típicamente en concentraciones de aproximadamente 70% de solución acuosa y, de hecho, funcionan mejor en soluciones acuosas que las soluciones de alcohol al 100%. Esto se debe a que los alcoholes coagulan las proteínas. En concentraciones de alcohol más altas, la coagulación rápida de las proteínas de la superficie evita la penetración efectiva de las células. Los alcoholes más comúnmente utilizados para la desinfección son el alcohol etílico (etanol) y el alcohol isopropílico (isopropanol, alcohol para frotar) (Figura ( PageIndex {6} )).

Los alcoholes tienden a ser bactericidas y fungicidas, pero también pueden ser viricidas solo para virus envueltos. Aunque los alcoholes no son esporicidas, inhiben los procesos de esporulación y germinación. Los alcoholes son volátiles y se secan rápidamente, pero también pueden causar irritación cutánea porque la deshidratan en el lugar de aplicación. Un uso clínico común de los alcoholes es frotar la piel para eliminar los gérmenes antes de la inyección con aguja. Los alcoholes también son los ingredientes activos de los desinfectantes de manos instantáneos, que han ganado popularidad en los últimos años. El alcohol en estos desinfectantes para manos actúa tanto al desnaturalizar las proteínas como al alterar la membrana celular microbiana, pero no funcionará eficazmente en presencia de suciedad visible.

Por último, los alcoholes se utilizan para hacer tinturas con otros antisépticos, como las tinturas de yodo discutidas anteriormente en este capítulo. Con todo, los alcoholes son económicos y bastante efectivos para la desinfección de una amplia gama de microbios vegetativos. Sin embargo, una desventaja de los alcoholes es su alta volatilidad, lo que limita su efectividad inmediatamente después de la aplicación.

Figura ( PageIndex {6} ): (a) El alcohol etílico, el ingrediente embriagador que se encuentra en las bebidas alcohólicas, también se usa comúnmente como desinfectante. (b) El alcohol isopropílico, también llamado alcohol para frotar, tiene una estructura molecular relacionada y es otro desinfectante de uso común. (crédito de una foto: modificación del trabajo de D Coetzee; crédito b foto: modificación del trabajo de Craig Spurrier)

Ejercicio ( PageIndex {4} )

  1. Nombra al menos tres ventajas de los alcoholes como desinfectantes.
  2. Describa varias aplicaciones específicas de los alcoholes utilizados en productos desinfectantes.

Tensioactivos

Los agentes tensioactivos o tensioactivos son un grupo de compuestos químicos que reducen la tensión superficial del agua. Los tensioactivos son los ingredientes principales de los jabones y detergentes. Los jabones son sales de ácidos grasos de cadena larga y tienen regiones polares y apolares, lo que les permite interactuar con regiones polares y apolares de otras moléculas (Figura ( PageIndex {7} )). Pueden interactuar con aceites y grasas no polares para crear emulsiones en agua, aflojando y eliminando la suciedad y los microbios de las superficies y la piel. Los jabones no matan ni inhiben el crecimiento microbiano y, por lo tanto, no se consideran antisépticos ni desinfectantes. Sin embargo, el uso adecuado de los jabones elimina mecánicamente los microorganismos, eliminando eficazmente los gérmenes de una superficie. Algunos jabones contienen agentes bacteriostáticos añadidos como triclocarbán o cloflucarbán, compuestos estructuralmente relacionados con el triclosán, que introducen propiedades antisépticas o desinfectantes a los jabones.

Figura ( PageIndex {7} ): Los jabones son las sales (sal de sodio en la ilustración) de ácidos grasos y tienen la capacidad de emulsionar lípidos, grasas y aceites al interactuar con el agua a través de sus cabezas hidrófilas y con los lípidos en sus colas hidrófobas.

Sin embargo, los jabones a menudo forman películas que son difíciles de enjuagar, especialmente en agua dura, que contiene altas concentraciones de sales minerales de calcio y magnesio. Los detergentes contienen moléculas tensioactivas sintéticas con regiones polares y apolares que tienen una fuerte actividad limpiadora pero son más solubles, incluso en agua dura y, por lo tanto, no dejan depósitos de jabón. Los detergentes aniónicos, como los que se utilizan para lavar la ropa, tienen un anión cargado negativamente en un extremo unido a una cadena hidrófoba larga, mientras que los detergentes catiónicos tienen un catión cargado positivamente en su lugar. Los detergentes catiónicos incluyen una clase importante de desinfectantes y antisépticos llamados sales de amonio cuaternario (quats), nombradas así por el átomo de nitrógeno cuaternario característico que confiere la carga positiva (Figura ( PageIndex {8} )). En general, los quats tienen propiedades similares a los fosfolípidos, con extremos hidrófilos e hidrófobos. Como tal, los quats tienen la capacidad de insertarse en la bicapa de fosfolípidos bacterianos y alterar la integridad de la membrana. La carga catiónica de los quats parece conferir sus propiedades antimicrobianas, que disminuyen cuando se neutralizan. Los quats tienen varias propiedades útiles. Son estables, no tóxicos, económicos, incoloros, inodoros e insípidos. Suelen ser bactericidas al alterar las membranas. También son activos contra hongos, protozoos y virus envueltos, pero las endosporas no se ven afectadas.En entornos clínicos, se pueden utilizar como antisépticos o para desinfectar superficies. Las mezclas de quats también se encuentran comúnmente en limpiadores y desinfectantes domésticos, incluidas muchas formulaciones actuales de productos de la marca Lysol, que contienen cloruros de benzalconio como ingredientes activos. Los cloruros de benzalconio, junto con el cloruro de quat cetilpirimidina, también se encuentran en productos como antisépticos para la piel, enjuagues bucales y enjuagues bucales.

Figura ( PageIndex {8} ): (a) Dos quats comunes son el cloruro de bencilalconio y el cloruro de cetilpirimidina. Tenga en cuenta la cadena de carbono no polar hidrófobo en un extremo y el componente catiónico que contiene nitrógeno en el otro extremo. (b) Los quats pueden infiltrarse en las membranas plasmáticas de fosfolípidos de las células bacterianas y alterar su integridad, lo que lleva a la muerte de la célula.

Ejercicio ( PageIndex {5} )

¿Por qué los jabones no se consideran desinfectantes?

LAVARSE LAS MANOS DE LA MANERA CORRECTA

El lavado de manos es fundamental para la salud pública y debe enfatizarse en un entorno clínico. Para el público en general, los CDC recomiendan lavarse las manos antes, durante y después de la manipulación de alimentos; antes de comer; antes y después de interactuar con alguien que está enfermo; antes y después de tratar una herida; después de ir al baño o cambiar pañales; después de toser, estornudar o sonarse la nariz; después de manipular basura; y después de interactuar con un animal, su alimento o sus desechos. La Figura ( PageIndex {9} ) ilustra los cinco pasos para lavarse las manos correctamente recomendados por los CDC.

El lavado de manos es aún más importante para los trabajadores de la salud, quienes deben lavarse bien las manos entre cada contacto con el paciente, después de quitarse los guantes, después del contacto con fluidos corporales y fómites potencialmente infecciosos, y antes y después de ayudar a un cirujano con procedimientos invasivos. Incluso con el uso de vestimenta quirúrgica adecuada, incluidos guantes, fregar para la cirugía es más complicado que lavarse las manos de rutina. El objetivo del lavado quirúrgico es reducir la microbiota normal en la superficie de la piel para evitar la introducción de estos microbios en las heridas quirúrgicas del paciente.

No existe un protocolo único ampliamente aceptado para el lavado quirúrgico. Los protocolos para la duración del lavado pueden depender del antimicrobiano utilizado; Los trabajadores de la salud siempre deben consultar las recomendaciones del fabricante. Según la Asociación de Tecnólogos Quirúrgicos (AST), los lavados quirúrgicos se pueden realizar con o sin el uso de cepillos (Figura ( PageIndex {9} )).

Figura ( PageIndex {9} ): (a) El CDC recomienda cinco pasos como parte del lavado de manos típico para el público en general. (b) El restregado quirúrgico es más extenso y requiere restregar comenzando desde las yemas de los dedos, extendiéndose hasta las manos y antebrazos, y luego más allá de los codos, como se muestra aquí. (crédito a: modificación del trabajo de la Organización Mundial de la Salud)

Bisbiguanides

Las bisbiguanidas se sintetizaron por primera vez en el siglo XX y son moléculas catiónicas (cargadas positivamente) conocidas por sus propiedades antisépticas (Figura ( PageIndex {10} )). Un antiséptico bisbiguanida importante es la clorhexidina. Tiene una actividad de amplio espectro contra levaduras, bacterias grampositivas y bacterias gramnegativas, con la excepción de Pseudomonas aeruginosa, que puede desarrollar resistencia en exposiciones repetidas.13 La clorhexidina altera las membranas celulares y es bacteriostática en concentraciones más bajas o bactericida en concentraciones más altas, en las que en realidad hace que el contenido citoplasmático de las células se congele. También tiene actividad contra virus envueltos. Sin embargo, la clorhexidina es poco eficaz contra Tuberculosis micobacteriana y virus no envueltos, y no es esporicida. La clorhexidina se usa típicamente en el entorno clínico como un exfoliante quirúrgico y para otras necesidades de lavado de manos del personal médico, así como para la antisepsia tópica de los pacientes antes de la cirugía o la inyección con aguja. Es más persistente que los yodóforos, proporcionando una actividad antimicrobiana duradera. Las soluciones de clorhexidina también se pueden usar como enjuagues bucales después de procedimientos orales o para tratar la gingivitis. Otra bisbiguanida, la alexidina, está ganando popularidad como exfoliante quirúrgico y enjuague bucal porque actúa más rápido que la clorhexidina.

Figura ( PageIndex {10} ): Las bisbiguanidas clorhexadina y alexidina son compuestos antisépticos catiónicos comúnmente utilizados como exfoliantes quirúrgicos.

Ejercicio ( PageIndex {6} )

¿Qué dos efectos tiene la clorhexidina en las células bacterianas?

Los agentes alquilantes son un grupo de productos químicos desinfectantes fuertes que actúan reemplazando un átomo de hidrógeno dentro de una molécula con un grupo alquilo (CnorteH2n + 1), inactivando así enzimas y ácidos nucleicos (Figura ( PageIndex {11} )). El agente alquilante formaldehído (CH2OH) se usa comúnmente en solución a una concentración del 37% (conocida como formalina) o como desinfectante y biocida gaseoso. Es un biocida y desinfectante fuerte de amplio espectro que tiene la capacidad de matar bacterias, virus, hongos y endosporas, lo que lleva a la esterilización a bajas temperaturas, que a veces es una alternativa conveniente a los métodos de esterilización por calor que requieren más mano de obra. También reticula proteínas y se ha utilizado ampliamente como fijador químico. Debido a esto, se utiliza para el almacenamiento de muestras de tejido y como líquido de embalsamamiento. También se ha utilizado para inactivar agentes infecciosos en la preparación de vacunas. El formaldehído es muy irritante para los tejidos vivos y también es cancerígeno; por tanto, no se utiliza como antiséptico.

El glutaraldehído es estructuralmente similar al formaldehído pero tiene dos grupos aldehído reactivos, lo que le permite actuar más rápidamente que el formaldehído. Se usa comúnmente como una solución al 2% para esterilización y se comercializa con el nombre comercial Cidex. Se utiliza para desinfectar una variedad de superficies y equipos médicos y quirúrgicos. Sin embargo, al igual que el formaldehído, el glutaraldehído irrita la piel y no se utiliza como antiséptico.

Un nuevo tipo de desinfectante que está ganando popularidad para la desinfección de equipos médicos es el o-ftalaldehído (OPA), que se encuentra en algunas formulaciones más nuevas de Cidex y productos similares, reemplazando al glutaraldehído. El o-ftalaldehído también tiene dos grupos aldehído reactivos, pero están unidos por un puente aromático. Se cree que el o-ftalaldehído funciona de manera similar al glutaraldehído y al formaldehído, pero es mucho menos irritante para la piel y los conductos nasales, produce un olor mínimo, no requiere procesamiento antes de su uso y es más eficaz contra las micobacterias.

El óxido de etileno es un tipo de agente alquilante que se utiliza para la esterilización gaseosa. Es muy penetrante y puede esterilizar artículos dentro de bolsas de plástico como catéteres, artículos desechables en laboratorios y entornos clínicos (como placas de Petri empaquetadas) y otros equipos. La exposición al óxido de etileno es una forma de esterilización en frío, lo que la hace útil para la esterilización de artículos sensibles al calor. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado con el uso de óxido de etileno; es cancerígeno, como los demás agentes alquilantes, y también es muy explosivo. Con un uso cuidadoso y una aireación adecuada de los productos después del tratamiento, el óxido de etileno es muy eficaz y los esterilizadores de óxido de etileno se encuentran comúnmente en entornos médicos para esterilizar materiales envasados.

La β-propionolactona es un agente alquilante con una estructura química diferente a los otros ya discutidos. Al igual que otros agentes alquilantes, la β-propionolactona se une al ADN y, por lo tanto, lo inactiva (Figura ( PageIndex {11} )). Es un líquido transparente con un olor fuerte y tiene la capacidad de matar las endosporas. Como tal, se ha utilizado en forma líquida o en forma de vapor para la esterilización de instrumentos médicos e injertos de tejido, y es un componente común de las vacunas, que se utiliza para mantener su esterilidad. También se ha utilizado para la esterilización de caldos nutritivos, así como plasma sanguíneo, leche y agua. Es metabolizado rápidamente por animales y humanos a ácido láctico. Sin embargo, también es irritante y puede provocar daños permanentes en los ojos, los riñones o el hígado. Además, se ha demostrado que es cancerígeno en animales; por tanto, es necesario tomar precauciones para minimizar la exposición humana a la β-propionolactona.14

Figura ( PageIndex {11} ): (a) Los agentes alquilantes reemplazan los átomos de hidrógeno con grupos alquilo. Aquí, la guanina se alquila, lo que da como resultado su enlace de hidrógeno con la timina, en lugar de la citosina. (b) Las estructuras químicas de varios agentes alquilantes.

Ejercicio ( PageIndex {7} )

  1. ¿En qué reacción química participan los agentes alquilantes?
  2. ¿Por qué los agentes alquilantes no se utilizan como antisépticos?

PRIONES DIEHARD

Los priones, las proteínas acelulares mal plegadas responsables de enfermedades incurables y fatales como el kuru y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ver Viroides, virusoides y priones), son notoriamente difíciles de destruir. Los priones son extremadamente resistentes al calor, los productos químicos y la radiación. También son extremadamente infecciosos y mortales; por lo tanto, el manejo y la eliminación de artículos infectados con priones requiere una capacitación extensa y extrema precaución.

Los métodos típicos de desinfección pueden reducir, pero no eliminar, la infectividad de los priones. La esterilización en autoclave no es completamente efectiva, como tampoco lo son productos químicos como fenol, alcoholes, formalina y β-propiolactona. Incluso cuando se fija en formalina, los tejidos del cerebro y la médula espinal afectados siguen siendo infecciosos.

El personal que manipule muestras o equipos contaminados o trabaje con pacientes infectados debe usar una capa protectora, protección facial y guantes resistentes a cortes. Cualquier contacto con la piel debe lavarse inmediatamente con detergente y agua tibia sin restregar. Luego, la piel debe lavarse con NaOH 1 N o una dilución 1:10 de lejía durante 1 minuto. Los desechos contaminados deben incinerarse o esterilizarse en autoclave en una solución básica fuerte, y los instrumentos deben limpiarse y empaparse en una solución básica fuerte.

Peroxígenos

Los peroxígenos son agentes oxidantes fuertes que pueden usarse como desinfectantes o antisépticos. El peroxígeno más utilizado es el peróxido de hidrógeno (H2O2), que a menudo se usa en solución para desinfectar superficies y también se puede usar como agente gaseoso. Las soluciones de peróxido de hidrógeno son antisépticos cutáneos económicos que se descomponen en agua y oxígeno gaseoso, ambos seguros para el medio ambiente. Esta descomposición se acelera en presencia de luz, por lo que las soluciones de peróxido de hidrógeno generalmente se venden en botellas marrones u opacas. Una desventaja de usar peróxido de hidrógeno como antiséptico es que también causa daño a la piel que puede retrasar la cicatrización o provocar cicatrices. Los limpiadores de lentes de contacto a menudo incluyen peróxido de hidrógeno como desinfectante.

El peróxido de hidrógeno actúa produciendo radicales libres que dañan las macromoléculas celulares. El peróxido de hidrógeno tiene una actividad de amplio espectro, actuando contra bacterias grampositivas y gramnegativas (con una eficacia ligeramente mayor contra bacterias grampositivas), hongos, virus y endosporas. Sin embargo, las bacterias que producen las enzimas catalasa o peroxidasa que desintoxican el oxígeno pueden tener tolerancia inherente a concentraciones bajas de peróxido de hidrógeno (Figura ( PageIndex {12} )). Para matar las endosporas, debe aumentarse la duración de la exposición o la concentración de las soluciones de peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno gaseoso tiene mayor eficacia y se puede utilizar como esterilizante para habitaciones o equipos.

Figura ( PageIndex {12} ): La catalasa convierte enzimáticamente el peróxido de hidrógeno altamente reactivo (H2O2) en agua y oxígeno. El peróxido de hidrógeno se puede utilizar para limpiar heridas. El peróxido de hidrógeno se usa para esterilizar artículos como lentes de contacto. (fotografías de crédito: modificación del trabajo de Kerry Ceszyk)

El plasma, un gas ionizado caliente, descrito como el cuarto estado de la materia, es útil para esterilizar equipos porque penetra en las superficies y mata las células vegetativas y las endosporas. El peróxido de hidrógeno y el ácido peracético, otro peroxígeno de uso común, pueden introducirse cada uno como plasma. El ácido peracético se puede utilizar como esterilizante líquido o de plasma en la medida en que mata fácilmente las endosporas, es más eficaz que el peróxido de hidrógeno incluso en concentraciones bastante bajas y es inmune a la inactivación por catalasas y peroxidasas. También se descompone en compuestos ambientalmente inocuos; en este caso, ácido acético y oxígeno.

Otros ejemplos de peroxígenos incluyen peróxido de benzoílo y peróxido de carbamida. El peróxido de benzoilo es un peroxígeno que se usa en soluciones de medicamentos para el acné. Mata la bacteria Propionibacterium acnes, que está asociado con el acné. El peróxido de carbamida, un ingrediente utilizado en la pasta de dientes, es un peroxígeno que combate las biopelículas orales que causan la decoloración de los dientes y halitosis (mal aliento).15 Por último, el gas ozono es un peroxígeno con cualidades desinfectantes y se utiliza para limpiar los suministros de aire o agua. En general, los peroxígenos son altamente efectivos y de uso común, sin riesgos ambientales asociados.

Ejercicio ( PageIndex {8} )

¿Cómo matan las células los peróxidos?

En los últimos 15 años, el uso de fluidos supercríticos, especialmente dióxido de carbono supercrítico (scCO2), ha ganado popularidad para determinadas aplicaciones de esterilización. Cuando el dióxido de carbono se lleva a aproximadamente 10 veces la presión atmosférica, alcanza un estado supercrítico que tiene propiedades físicas entre las de los líquidos y los gases. Los materiales colocados en una cámara en la que se presuriza el dióxido de carbono de esta manera se pueden esterilizar debido a la capacidad de scCO2 para penetrar superficies.

El dióxido de carbono supercrítico actúa penetrando en las células y formando ácido carbónico, lo que reduce considerablemente el pH de la célula. Esta técnica es eficaz contra las células vegetativas y también se utiliza en combinación con el ácido peracético para matar las endosporas. Su eficacia también puede aumentarse con un aumento de temperatura o mediante ciclos rápidos de presurización y despresurización, que probablemente produzcan lisis celular.

Beneficios de scCO2 incluyen las propiedades no reactivas, no tóxicas y no inflamables del dióxido de carbono, y este protocolo es eficaz a bajas temperaturas. A diferencia de otros métodos, como el calor y la irradiación, que pueden degradar el objeto que se esteriliza, el uso de scCO2 preserva la integridad del objeto y se usa comúnmente para tratar alimentos (incluyendo especias y jugos) y dispositivos médicos como endoscopios. También está ganando popularidad para desinfectar tejidos como piel, huesos, tendones y ligamentos antes del trasplante. scCO2 También se puede utilizar para el control de plagas porque puede matar huevos y larvas de insectos dentro de los productos.

Ejercicio ( PageIndex {9} )

¿Por qué está ganando popularidad el uso de dióxido de carbono supercrítico para usos comerciales y médicos?

Conservantes de alimentos químicos

Los conservantes químicos se utilizan para inhibir el crecimiento microbiano y minimizar el deterioro en algunos alimentos. Los conservantes químicos de uso común incluyen ácido sórbico, ácido benzoico y ácido propiónico, y sus sales más solubles, sorbato de potasio, benzoato de sodio y propionato de calcio, todos los cuales se usan para controlar el crecimiento de mohos en alimentos ácidos. Cada uno de estos conservantes no es tóxico y los humanos lo metabolizan fácilmente. También son insípidos, por lo que no comprometen el sabor de los alimentos que conservan.

Los ácidos sórbico y benzoico exhiben una mayor eficacia a medida que disminuye el pH. Se cree que el ácido sórbico actúa inhibiendo varias enzimas celulares, incluidas las del ciclo del ácido cítrico, así como las catalasas y las peroxidasas. Se agrega como conservante en una amplia variedad de alimentos, incluidos productos lácteos, pan, frutas y vegetales. El ácido benzoico se encuentra naturalmente en muchos tipos de frutas y bayas, especias y productos fermentados. Se cree que actúa disminuyendo el pH intracelular, interfiriendo con mecanismos como la fosforilación oxidativa y la captación de moléculas como los aminoácidos en las células. Los alimentos conservados con ácido benzoico o benzoato de sodio incluyen jugos de frutas, mermeladas, helados, pasteles, refrescos, goma de mascar y encurtidos.

Se cree que el ácido propiónico inhibe las enzimas y disminuye el pH intracelular, actuando de manera similar al ácido benzoico. Sin embargo, el ácido propiónico es un conservante más eficaz a un pH más alto que el ácido sórbico o el ácido benzoico. El ácido propiónico es producido naturalmente por algunos quesos durante su maduración y se agrega a otros tipos de queso y productos horneados para evitar la contaminación por moho. También se agrega a la masa cruda para evitar la contaminación por la bacteria. Bacillus mesentericus, lo que hace que el pan se vuelva viscoso.

Otros conservantes químicos de uso común incluyen dióxido de azufre y nitritos. El dióxido de azufre evita que los alimentos se doren y se utiliza para la conservación de frutos secos; se ha utilizado en la elaboración del vino desde la antigüedad. El gas de dióxido de azufre se disuelve fácilmente en agua, formando sulfitos. Aunque el cuerpo puede metabolizar los sulfitos, algunas personas tienen alergias a los sulfitos, incluidas reacciones asmáticas. Además, los sulfitos degradan la tiamina, un nutriente importante en algunos alimentos. El modo de acción de los sulfitos no está del todo claro, pero pueden interferir con la formación de enlaces disulfuro (ver [enlace]) en las proteínas, inhibiendo la actividad enzimática. Alternativamente, pueden reducir el pH intracelular de la célula, interfiriendo con los mecanismos impulsados ​​por la fuerza motriz del protón.

Se agregan nitritos a las carnes procesadas para mantener el color y detener la germinación de Clostridium botulínicoendosporas. Los nitritos se reducen a óxido nítrico, que reacciona con los grupos hemo y los grupos hierro-azufre. Cuando el óxido nítrico reacciona con el grupo hemo dentro de la mioglobina de las carnes, se forma un producto rojo que le da a la carne su color rojo. Alternativamente, se cree que cuando el ácido nítrico reacciona con la enzima ferredoxina de hierro y azufre dentro de las bacterias, este transportador de la cadena de transporte de electrones se destruye, lo que evita la síntesis de ATP. Sin embargo, las nitrosaminas son cancerígenas y pueden producirse mediante la exposición de carnes conservadas con nitritos (por ejemplo, salchichas, fiambres, salchichas para el desayuno, tocino, carne en sopas enlatadas) al calor durante la cocción.

Conservantes de alimentos químicos naturales

El descubrimiento de sustancias antimicrobianas naturales producidas por otros microbios se ha sumado al arsenal de conservantes utilizados en los alimentos. La nisina es un péptido antimicrobiano producido por la bacteria. Lactococcus lactis y es particularmente eficaz contra organismos grampositivos. La nisina actúa interrumpiendo la producción de la pared celular, lo que hace que las células sean más propensas a la lisis. Se utiliza para conservar quesos, carnes y bebidas.

La natamicina es un antibiótico macrólido antifúngico producido por la bacteria. Streptomyces natalensis. Fue aprobado por la FDA en 1982 y se usa para prevenir el crecimiento de hongos en varios tipos de productos lácteos, incluido el requesón, el queso en rodajas y el queso rallado. La natamicina también se usa para la conservación de la carne en países fuera de los Estados Unidos.

Ejercicio ( PageIndex {10} )

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes de utilizar sulfitos y nitritos como conservantes de alimentos?

  • Metales pesados, incluidos el mercurio, la plata, el cobre y el zinc, se han utilizado durante mucho tiempo para la desinfección y conservación, aunque algunos tienen riesgos de toxicidad y ambientales asociados.
  • Halógenos, incluidos el cloro, el flúor y el yodo, también se utilizan comúnmente para la desinfección. Compuestos de cloro, incluidos hipoclorito de sodio, cloraminas, y Dioxido de cloro, se utilizan comúnmente para la desinfección del agua. Yodo, en ambos tintura y yodóforo formas, es un antiséptico eficaz.
  • Alcoholes, incluidos el alcohol etílico y el alcohol isopropílico, son antisépticos de uso común que actúan desnaturalizando las proteínas y rompiendo las membranas.
  • Fenólicos son desinfectantes estables de acción prolongada que desnaturalizan las proteínas y rompen las membranas. Se encuentran comúnmente en limpiadores domésticos, enjuagues bucales y desinfectantes hospitalarios, y también se utilizan para preservar los cultivos cosechados.
  • El compuesto fenólico triclosán, que se encuentra en los jabones, plásticos y textiles antibacterianos, es técnicamente un antibiótico debido a su modo de acción específico de inhibir la síntesis de ácidos grasos bacterianos.
  • Tensioactivos, incluidos los jabones y detergentes, reducen la tensión superficial del agua para crear emulsiones que eliminan mecánicamente los microbios. Los jabones son ácidos grasos de cadena larga, mientras que los detergentes son tensioactivos sintéticos.
  • Compuestos de amonio cuaternario (quats) son detergentes catiónicos que rompen las membranas. Se utilizan en limpiadores domésticos, desinfectantes para la piel, enjuagues bucales y enjuagues bucales.
  • Bisbiguanides alteran las membranas celulares, lo que hace que el contenido celular se gelifique. Clorhexidina y alexidina se utilizan comúnmente para exfoliantes quirúrgicos, para lavarse las manos en entornos clínicos y en enjuagues bucales recetados.
  • Agentes alquilantes esterilizan eficazmente los materiales a bajas temperaturas, pero son cancerígenos y también pueden irritar los tejidos. Glutaraldehído y o-ftalaldehído se utilizan como desinfectantes hospitalarios pero no como antisépticos. Formaldehído se utiliza para el almacenamiento de muestras de tejido, como líquido de embalsamamiento y en la preparación de vacunas para inactivar agentes infecciosos. Óxido de etileno es un esterilizante de gas que puede penetrar materiales empaquetados sensibles al calor, pero también es explosivo y cancerígeno.
  • Peroxígenos, incluyendo peróxido de hidrógeno, Ácido peracético, peróxido de benzoilo, y el gas ozono, son agentes oxidantes fuertes que producen radicales libres en las células, dañando sus macromoléculas. Son seguros para el medio ambiente y son desinfectantes y antisépticos muy eficaces.
  • Dióxido de carbono presurizado en forma de fluido supercrítico penetra fácilmente los materiales empaquetados y las células, formando ácido carbónico y reduciendo el pH intracelular. El dióxido de carbono supercrítico no es reactivo, no es tóxico, no es inflamable y es eficaz a bajas temperaturas para la esterilización de dispositivos médicos, implantes y tejidos trasplantados.
  • Los conservantes químicos se agregan a una variedad de alimentos. Acido sorbico, ácido benzoico, ácido propiónicoy sus sales más solubles inhiben las enzimas o reducen el pH intracelular.
  • Sulfitos se utilizan en la elaboración del vino y el procesamiento de alimentos para evitar que los alimentos se oscurezcan.
  • Nitritos se utilizan para conservar carnes y mantener el color, pero cocinar carnes conservadas con nitrito puede producir nitrosaminas cancerígenas.
  • Nisin y natamicina son conservantes de producción natural que se utilizan en quesos y carnes. La nisina es eficaz contra las bacterias grampositivas y la natamicina contra los hongos.

Opción multiple

¿Cuál de los siguientes se refiere a un producto químico desinfectante disuelto en alcohol?

A. yodóforo
B. tintura
C. fenólico
D. peroxígeno

B

¿Cuál de los siguientes peroxígenos se usa ampliamente como desinfectante doméstico, es económico y se descompone en agua y oxígeno gaseoso?

A. peróxido de hidrógeno
B. ácido peracético
C. peróxido de benzoilo
D. ozono

A

¿Cuál de los siguientes conservantes químicos de alimentos se usa en la industria del vino pero puede causar reacciones asmáticas en algunas personas?

A. nitritos
B. sulfitos
C. ácido propiónico
D. ácido benzoico

B

¿La lejía es un ejemplo de qué grupo de productos químicos se utilizan para la desinfección?

A. metales pesados
B. halógenos
C. quats
D. bisbiguanides

B

¿Qué desinfectante químico actúa metilando enzimas y ácidos nucleicos y es conocido por ser tóxico y cancerígeno?

A. ácido sórbico
B. triclosán
C. formaldehído
D. hexaclorofeno

C

Complete el espacio en blanco

Los pomos de las puertas y otras superficies en entornos clínicos a menudo se recubren con ________, ________ o ________ para prevenir la transmisión de microbios.

cobre, níquel, zinc

Verdadero Falso

Los jabones se clasifican como desinfectantes.

Falso

Los compuestos a base de mercurio han caído en desgracia para su uso como conservantes y antisépticos.

Cierto

Respuesta corta

¿Qué solución de alcohol etílico es más eficaz para inhibir el crecimiento microbiano: una solución al 70% o una solución al 100%? ¿Por qué?

¿Cuándo se puede utilizar un tratamiento con gas para controlar el crecimiento microbiano en lugar de esterilizarlo en autoclave? ¿Cuáles son algunos ejemplos?

¿Cuál es la ventaja de usar un yodóforo en lugar de yodo o una tintura de yodo?

Pensamiento crítico

Mirando la Figura y revisando los grupos funcionales en [enlace], ¿qué agente alquilante mostrado carece de un grupo aldehído?

¿Cree que los productos antimicrobianos producidos naturalmente como la nisina y la natamicina deberían reemplazar el ácido sórbico para la conservación de alimentos? ¿Por qué o por qué no?

¿Por qué se requiere el uso de compuestos desinfectantes de la piel para el lavado quirúrgico y no para el lavado diario de manos?

Notas al pie

  1. 1 Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. "Triclosán: lo que los consumidores deben saber". 2015. http://www.fda.gov/ForConsumers/Cons.../ucm205999.htm. Consultado el 9 de junio de 2016.
  2. 2 J. Stromberg. "Cinco razones por las que probablemente debería dejar de usar jabón antibacteriano". Smithsonian.com 3 de enero de 2014. http://www.smithsonianmag.com/scienc...948078/?no-ist. Consultado el 9 de junio de 2016.
  3. 3 SP Yazdankhah y col. "Triclosán y resistencia a los antimicrobianos en las bacterias: una descripción general". Resistencia a fármacos microbianos 12 no. 2 (2006): 83–90.
  4. 4 L. Birošová, M. Mikulášová. “Desarrollo de resistencia al triclosán y a los antibióticos en Salmonella enterica serovar Typhimurium ". Revista de microbiología médica 58 no. 4 (2009): 436–441.
  5. 5 AB Dann, A. Hontela. "Triclosán: exposición ambiental, toxicidad y mecanismos de acción". Revista de toxicología aplicada 31 no. 4 (2011): 285–311.
  6. 6 Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. "Hoja informativa sobre triclosán". 2013. http://www.cdc.gov/biomonitoring/Tri...FactSheet.html. Consultado el 9 de junio de 2016.
  7. 7 EM Clayton y col. "El impacto del bisfenol A y el triclosán en los parámetros inmunitarios en la población de EE. UU., NHANES 2003-2006". Perspectivas de salud ambiental 119 no. 3 (2011): 390.
  8. 8 N. Silvestry-Rodríguez et al. "Plata como desinfectante". En Reseñas de contaminación ambiental y toxicología, págs. 23-45. Editado por GW Ware y DM Whitacre. Nueva York: Springer, 2007.
  9. 9 B. Owens. "La plata hace que los antibióticos sean miles de veces más eficaces". Naturaleza 19 de junio de 2013. http://www.nature.com/news/silver-ma...ective-1.13232
  10. 10 C. Seiler, TU Berendonk. "Co-selección impulsada por metales pesados ​​de la resistencia a los antibióticos en el suelo y los cuerpos de agua afectados por la agricultura y la acuicultura". Fronteras en microbiología 3 (2012):399.
  11. 11 Organización Mundial de la Salud. “Beneficios y riesgos del uso de desinfectantes que contienen cloro en la producción y el procesamiento de alimentos: Informe de una reunión conjunta de expertos FAO / OMS”. Ginebra, Suiza: Organización Mundial de la Salud, 2009.
  12. 12 RE Marquis. "Acciones antimicrobianas del fluoruro para las bacterias orales". Revista Canadiense de Microbiología 41 no. 11 (1995): 955–964.
  13. 13 L. Thomas y col. “Desarrollo de resistencia al diacetato de clorhexidina en Pseudomonas aeruginosa y el efecto de una concentración 'residual' ". Revista de infección hospitalaria 46 no. 4 (2000): 297–303.
  14. 14 Instituto de Medicina. "Efectos a largo plazo sobre la salud de la participación en el proyecto SHAD (peligro y defensa a bordo)". Washington, DC: The National Academies Press, 2007.
  15. 15 Yao, C.S. et al. "Efecto antibacteriano in vitro del peróxido de carbamida sobre la biopelícula oral". Revista de microbiología oral 12 de junio de 2013. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3682087/. doi: 10.3402 / jom.v5i0.20392.

Contribuyente

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) y Brian M. Forster (Saint Joseph's University) con muchos autores contribuyentes. Contenido original a través de Openstax (CC BY 4.0; acceso gratuito en https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Ingeniería metabólica de sistemas de microorganismos para productos químicos naturales y no naturales

La creciente preocupación por los recursos fósiles limitados y los problemas ambientales asociados están motivando el desarrollo de procesos sostenibles para la producción de productos químicos, combustibles y materiales a partir de recursos renovables. La ingeniería metabólica es una tecnología habilitadora clave para transformar microorganismos en fábricas de células eficientes para estos compuestos. La ingeniería metabólica de sistemas, que incorpora los conceptos y técnicas de biología de sistemas, biología sintética e ingeniería evolutiva a nivel de sistemas, ofrece un marco conceptual y tecnológico para acelerar la creación de nuevas enzimas y vías metabólicas o la modificación de vías existentes para la producción óptima. de productos deseados. Aquí discutimos las estrategias generales de la ingeniería metabólica de sistemas y ejemplos de su aplicación y ofrecemos información sobre cuándo y cómo se debe utilizar cada una de las diferentes estrategias. Finalmente, destacamos las limitaciones y desafíos a superar para la ingeniería metabólica de sistemas de microorganismos a niveles más avanzados.


Introducción

Nuestra piel alberga millones de bacterias, hongos y virus que componen la microbiota cutánea. Al igual que los de nuestro intestino, los microorganismos de la piel tienen funciones esenciales en la protección contra patógenos invasores, la educación de nuestro sistema inmunológico y la degradación de productos naturales 1,2,3. Como el órgano más grande del cuerpo humano, la piel está colonizada por microorganismos beneficiosos y sirve como barrera física para prevenir la invasión de patógenos. En circunstancias en las que se rompe la barrera o cuando se altera el equilibrio entre comensales y patógenos, pueden producirse enfermedades de la piel o incluso enfermedades sistémicas. Los sitios de la piel humana pueden clasificarse por sus características fisiológicas, es decir, si son sebáceas (aceitosas), húmedas o secas (Cuadro 1). Estudiar la composición de la microbiota en diferentes sitios es valioso para dilucidar la etiología de los trastornos cutáneos comunes, que a menudo tienen preferencia por sitios específicos de la piel, como el eccema dentro del codo 4 y la psoriasis en la parte exterior del codo 5.

Tradicionalmente, las comunidades microbianas de la piel se exploraron mediante el uso de métodos basados ​​en cultivos. A medida que este enfoque selecciona microorganismos que prosperan en condiciones de crecimiento artificial, subestima la diversidad total de la comunidad. Por ejemplo, el género de la piel Estafilococo se cultiva más fácilmente que Propionibacterium spp. o Corynebacterium spp., que con frecuencia se subestimaban en las encuestas basadas en cultivos 6. Por lo tanto, para eludir el sesgo impuesto por la cultura y capturar la diversidad completa del microbioma, los investigadores comenzaron a aplicar métodos de secuenciación. Estos enfoques de secuenciación originales utilizaron la variación de secuencia en marcadores taxonómicos conservados como huellas digitales moleculares para identificar a los miembros de las comunidades microbianas [7]. Para las bacterias, se usa el gen del ARN ribosómico 16S (ARNr), mientras que para los hongos, se prefiere la región del espaciador interno transcrito 1 (ITS1) del gen ribosómico eucariótico 8.

A medida que las tecnologías de secuenciación han avanzado desde la secuenciación de Sanger hasta la pirosecuenciación 454 y luego la secuenciación de Illumina, este enfoque original se ha adaptado regularmente para adaptarse a profundidades de lectura cada vez mayores y longitudes de lectura más cortas. Esto se ha logrado con nuevos cebadores para amplicones más cortos, métodos de agrupación para superar el error de secuenciación y métodos de ensamblaje para combinar lecturas de extremos emparejados. Con longitudes de amplicón más cortas (∼ 300 pb en comparación con & gt1.000 pb en la secuenciación de Sanger), sólo se puede analizar una subregión del gen de rRNA 16S. Esto requiere cebadores optimizados que se unen a regiones específicas del gen de ARNr 16S para capturar la diversidad genética de los pares de cebadores de la población bacteriana que se utilizan en los estudios de microbioma cutáneo. Deberían optimizarse para amplificar y distinguir los taxones microbianos cutáneos prevalentes 9,10,11. Hasta la fecha, los canales principales para analizar los datos de amplicones son mothur 12 y Qiime 13. Ambos métodos utilizan un enfoque de agrupación de lecturas mediante el cual las lecturas agrupadas se comparan con bases de datos de referencia seleccionadas para clasificar las comunidades por género y, cuando es posible, a nivel de especie.

La mayoría de los estudios de microbiomas cutáneos han utilizado la secuenciación de amplicones. Sin embargo, en los últimos años, importantes avances técnicos y analíticos han permitido realizar estudios de secuenciación metagenómica de gran calibre. La Figura 1 destaca las diferencias técnicas y de procedimiento entre la metagenómica del amplicón y la escopeta y los diferentes tipos de análisis que son posibles con los conjuntos de datos. Como la metagenómica de escopeta no secuencia regiones objetivo específicas, captura simultáneamente todo el material genético en una muestra, incluidos humanos, bacterianos, fúngicos, arqueales y virales, lo que permite inferir abundancias relativas del reino, con la limitación de que el ADN de diferentes microorganismos puede extraerse diferencialmente según el método de preparación de la muestra 14,15,16. Otra ventaja de la secuenciación metagenómica de escopeta es que estos conjuntos de datos proporcionan una resolución suficiente para diferenciar especies e incluso cepas dentro de una especie. Esto es crucial para identificar a los miembros del Estafilococo género, que son difíciles de clasificar a nivel de especie con la mayoría de los enfoques de secuenciación de amplicones 9. La capacidad para diferenciar cepas es importante ya que más estudios revelan las diferencias funcionales que existen entre las cepas dentro de una especie 17,18,19.

Para estudiar a los miembros de una comunidad microbiana, se pueden utilizar dos estrategias de secuenciación. Para la secuenciación de amplicones (izquierda), se utilizan cebadores que amplifican las regiones conservadas dentro de un reino. Para las bacterias, se amplifica la región del ARN ribosómico (ARNr) 16S del gen ribosómico, mientras que para los hongos, se amplifica la región del espaciador interno transcrito 1 (ITS1). Por el contrario, la secuenciación del genoma completo (derecha) captura todo el complemento de material genético en una muestra sin un paso de amplificación dirigido. Los análisis de amplicones secuenciados pueden identificar el nivel de género y la composición de la comunidad a nivel de especie, pero solo la metagenómica de escopeta puede revelar las abundancias relativas del reino y la resolución al nivel de cepa. Los colores no definidos pueden agruparse como "Otros".

En esta revisión, analizamos los conocimientos recientes sobre las comunidades microbianas de la piel, incluida su composición en salud y enfermedad, ensamblaje y ecología, e interacciones con el sistema inmunológico. Terminamos considerando importantes preguntas sin respuesta en el campo y futuras prioridades de investigación. Una mayor comprensión de estos temas es importante a medida que aumenta el interés en apuntar al microbioma de la piel para enfoques terapéuticos.

Recuadro 1: Fisiología de la piel

Estructuralmente, la piel se compone de dos capas distintas: la epidermis y la dermis (Figura). La capa más externa (la epidermis) está compuesta por capas de queratinocitos diferenciados. La capa superior, o estrato córneo, está compuesta de queratinocitos enucleados diferenciados terminalmente (también conocidos como escamas) que se entrecruzan químicamente para fortalecer la barrera de la piel 113.

Además de esta estructura en capas conservada, los sitios del cuerpo proporcionan diversos microambientes que varían en la exposición a la luz ultravioleta, el pH, la temperatura, la humedad, el contenido de sebo y la topografía 22. Sobre la base de estas características, los sitios pueden agruparse en categorías amplias: sebáceos o grasos (cara, pecho y espalda) húmedos (flexión del codo, dorso de la rodilla e ingle) y secos (palmar del antebrazo y palma). El entorno de estos sitios está influenciado por apéndices, como las glándulas sudoríparas, los folículos pilosos y las glándulas sebáceas. Más abundantes en sitios húmedos, las glándulas sudoríparas son importantes para la termorregulación a través de la evaporación del agua, que también acidifica la piel, haciendo que las condiciones sean desfavorables para el crecimiento y colonización de ciertos microorganismos 22. Además, el sudor contiene moléculas antimicrobianas, como ácidos grasos libres y péptidos antimicrobianos, que inhiben la colonización microbiana 114. Conectadas al folículo piloso y más densas en las zonas grasas, las glándulas sebáceas secretan sebo rico en lípidos, una capa hidrófoba que lubrica y proporciona un escudo antibacteriano al cabello y la piel.

Dependiendo del método utilizado para muestrear la microbiota de la piel (hisopo, biopsia, raspado de superficie, exfoliación con copa o tira de cinta), se capturan los microorganismos que residen en diferentes profundidades o subcompartimentos de la piel 92,115,116,117. Aunque la mayoría de los principales taxones bacterianos se identifican de manera similar independientemente del método de muestreo 92, algunos microorganismos están presentes de manera variable en la superficie en comparación con las capas más profundas de la piel 118,119,120, esto enfatiza la importancia de mantener técnicas de muestreo consistentes durante todo el estudio. En general, los estudios destacados a lo largo de esta revisión utilizan métodos que capturan microorganismos en y dentro del estrato córneo son necesarios estudios adicionales con técnicas de muestreo más invasivas para comprender completamente la distribución espacial de los microorganismos en la piel.


Progresos recientes en la producción de productos químicos derivados de aminoácidos utilizando Corynebacterium glutamicum

La producción de sustancias químicas ecológicas mediante procesos microbianos es fundamental para el desarrollo de una sociedad sostenible en el siglo XXI. Entre los microorganismos industriales importantes, la bacteria grampositiva Corynebacterium glutamicum se ha utilizado para la fermentación de aminoácidos, que es una de las mayores industrias basadas en microbios. Hasta la fecha, varios aminoácidos, incluidos el ácido l-glutámico, la l-lisina y la l-treonina, han sido producidos por C. glutamicum. La capacidad de producir cantidades sustanciales de aminoácidos ha ganado una inmensa atención porque los aminoácidos pueden usarse como precursores para producir otras sustancias químicas de alto valor agregado. Los desarrollos recientes en las tecnologías de ingeniería metabólica y biología sintética han permitido la extensión de las vías metabólicas de los aminoácidos.La presente revisión proporciona una descripción general del progreso reciente en la producción microbiana de monómeros de base biológica derivados de aminoácidos como 1,4-diaminobutano, 1,5-diaminopentano, ácido glutárico, ácido 5-aminolevulínico, ácido l-pipecólico, 4-amino-1-butanol y ácido 5-aminolevulínico, así como componentes básicos para productos sanitarios y farmacéuticos como ectoína, l-teanina y ácido gamma-aminobutírico mediante ingeniería metabólica C. glutamicum.

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Seguridad alimentaria en grandes establecimientos gastronómicos organizados

27.2.7 Limpieza y desinfección

La limpieza y desinfección en todos los puntos de la cadena de preparación debe garantizarse mediante el uso de agentes, métodos y programas de limpieza adecuados. La limpieza de EE implica la eliminación de tierra, residuos de alimentos, suciedad, grasa u otra materia objetable. Se deben usar materiales de limpieza separados, incluidos paños, esponjas y trapeadores para el área limpia designada. Se recomienda el uso de paños desechables de un solo uso siempre que sea posible. Una limpieza eficaz es esencial para eliminar las bacterias dañinas y evitar que se propaguen a los alimentos (Edrees, 2014). El agua sola no es un agente de limpieza muy eficaz debido a su alta tensión superficial. La adición de detergente al agua facilita el contacto entre el agua y la superficie del suelo, lo que permite una mejor penetración en el suelo al reducir la tensión superficial.

La desinfección es la destrucción de agentes infecciosos fuera del cuerpo por exposición directa a agentes químicos o físicos. Sin embargo, los desinfectantes químicos solo funcionan si las superficies se han limpiado a fondo primero para eliminar la grasa y otra suciedad. Para una desinfección eficaz, es importante limpiar primero la superficie y eliminar la suciedad visible, las partículas de comida y los escombros, y luego enjuagar para eliminar cualquier residuo. Después de este paso, se realiza la aplicación de un desinfectante con la dilución y el tiempo de contacto correctos, de acuerdo con las instrucciones del fabricante, y luego se enjuaga con agua potable. Los desinfectantes tienen propiedades de limpieza y desinfección en un solo producto. Pero el proceso de limpieza y desinfección aún debe llevarse a cabo como se indicó anteriormente, para garantizar que el desinfectante funcione de manera efectiva, es decir, para proporcionar primero una superficie limpia y luego nuevamente para desinfectar. Los programas de limpieza y desinfección deben ser monitoreados de manera continua y efectiva para verificar su idoneidad y efectividad una vez cada 6 meses y se deben mantener registros. El programa de limpieza y desinfección en un establecimiento de comidas según lo indicado por FSSAI se muestra en las Tablas 27.1–27.5. Los métodos de desinfección son de dos tipos:

Cuadro 27.1. Limpieza de Estructura

ComponenteFrecuencia mínimaEquipos y productos químicosMétodo
Pisos excepto baño y almacénAl final de cada día o según sea necesarioEscobas, trapeadores húmedos, cepillos, detergentes, desinfectantes 1.

Barrer el área y eliminar los escombros

Aplicar detergente y trapear el área.

Enjuague abundantemente con agua.

Frote con un paño húmedo o enjuague con agua.

Limpiar con un paño húmedo o enjuagar con agua.

Frote con un paño o enjuague con agua.

Cuando no esté en uso, retire el agua y manténgalo seco.

Aplicar detergente y trapear el área.

Enjuague abundantemente con agua.

Elimina las materias extrañas y el suelo.

Frote con un paño húmedo o enjuague con agua.

Enjuague con agua y esterilizador.

Eliminar insectos y otras materias extrañas

Quite el material extraño y el suelo

Frote con un paño húmedo y enjuague con agua.

Barrer el área y eliminar los escombros

Lave el espacio de estacionamiento a fondo con agua.

Barrer el área y eliminar los escombros

Lávese bien con agua.

Cuadro 27.2. Limpieza de superficies en contacto con alimentos

ComponenteFrecuencia mínimaEquipos y productos químicosMétodo
Mesas de trabajoDespués de su usoRopa limpia para secar (un solo uso), detergentes, desinfectantes 1.

Elimina los restos de comida y la tierra.

Frote con un paño húmedo o enjuague con agua.

Limpiar con un paño húmedo o enjuagar con agua.

Elimina los restos de comida y la tierra.

Enjuague con agua yo detergente

Tabla 27.3. Limpieza de equipos

ComponenteFrecuencia mínimaEquipos y productos químicosMétodo
Utensilios, tablas de cortar, cuchillos, otros equipos de cocina, utensilios de servicio, vajilla y cuberteríaDespués de su usoPaños de limpieza limpios (uso único), cepillos, detergentes y desinfectantes 1.

Elimina los restos de comida y la tierra.

Elimina los restos de comida y la tierra.

Frote con un paño húmedo o enjuague con agua.

Limpiar con un paño húmedo o enjuagar con agua.

Secar con paños limpios / secar al aire.

Cuadro 27.4. Limpieza de superficies de contacto con las manos

ComponenteFrecuencia mínimaEquipos y productos químicosMétodo
Puertas y pomos de puertaDiarioPaños y detergentes húmedos 1.

Enjuague o limpie con paños húmedos.

Secar con toallas de papel / secar al aire

Elimina los restos de comida y la tierra.

Cuadro 27.5. Limpieza de muebles y elementos decorativos

ComponenteFrecuencia mínimaEquipos y productos químicosMétodo
Sillas y mesas, mostradores de recepción y caja, mostradores de exhibición mantenidos a temperatura ambienteQuincenalmente o según sea necesarioPaños de limpieza limpios (uso único), cepillos y detergentes 1.

Frote con un paño húmedo o enjuague con agua.

Limpiar con un paño húmedo o enjuagar con agua.

métodos de desinfección no químicos como calor / vapor: costosos, poco prácticos

métodos de desinfección química: desinfectantes de uso común [cloro y que liberan cloro, amonio cuaternario, compuestos anfóteros (anfolíticos) y fenólicos, ácido peracético].

El cloro es el desinfectante más eficaz disponible y el hipoclorito de sodio (o calcio) es un desinfectante barato de uso común (Rusin et al., 1998). Una desventaja práctica del hipoclorito de sodio es el riesgo de corrosión de todos los metales comunes (especialmente el aluminio y el hierro galvanizado), excepto quizás el acero inoxidable de alta calidad. De acuerdo con la Ley de Normas y Seguridad Alimentaria (FSSA) de 2006, los locales de alimentos, sus instalaciones, accesorios, equipos y utensilios se mantendrán limpios y en buen estado de reparación y funcionamiento. Un programa de limpieza y saneamiento bien planificado, bien ejecutado y controlado para el establecimiento de comidas (área de servicio, cocina, equipo, utensilios) es muy importante para lograr un alto nivel de higiene. Sin embargo, la limpieza y el saneamiento por sí solos no garantizarán completamente el estándar higiénico en la producción, ya que la higiene del proceso y la higiene personal también son factores igualmente importantes.


Medición del control microbiano

Los métodos físicos y químicos de control microbiano que matan al microorganismo objetivo se identifican con el sufijo -cidio (o -cida). El prefijo indica el tipo de microbio o agente infeccioso asesinado por el método de tratamiento: bactericidas matar bacterias, viricidas matar o inactivar virus, y fungicidas matar hongos. Otros métodos no matan a los organismos, sino que detienen su crecimiento, haciendo que su población sea estática, tales métodos se identifican con el sufijo -stat (o -estático). Por ejemplo, bacteriostático Los tratamientos inhiben el crecimiento de bacterias, mientras que fungistático Los tratamientos inhiben el crecimiento de hongos. Factores que determinan si un tratamiento en particular es -cida o -estático incluyen los tipos de microorganismos objetivo, la concentración de la sustancia química utilizada y la naturaleza del tratamiento aplicado.

A pesar de que -estático los tratamientos en realidad no matan a los agentes infecciosos, a menudo son menos tóxicos para los seres humanos y otros animales, y también pueden preservar mejor la integridad del artículo tratado. Estos tratamientos suelen ser suficientes para mantener bajo control la población microbiana de un artículo. La toxicidad reducida de algunos de estos -estático Los productos químicos también permiten que se impregnen de forma segura en plásticos para evitar el crecimiento de microbios en estas superficies. Estos plásticos se utilizan en productos como juguetes para niños y tablas de cortar para la preparación de alimentos. Cuando se usa para tratar una infección, -estático los tratamientos suelen ser suficientes en un individuo por lo demás sano, evitando que el patógeno se multiplique, permitiendo así que el sistema inmunológico del individuo elimine la infección.

El grado de control microbiano se puede evaluar usando un curva de muerte microbiana para describir el progreso y la eficacia de un protocolo en particular. Cuando se expone a un protocolo de control microbiano particular, morirá un porcentaje fijo de los microbios dentro de la población. Debido a que la tasa de muerte permanece constante incluso cuando el tamaño de la población varía, el porcentaje de muerte es una información más útil que el número absoluto de microbios muertos. Las curvas de muerte a menudo se trazan como gráficos semilogarítmicos al igual que las curvas de crecimiento microbiano porque la reducción de microorganismos es típicamente logarítmica. La cantidad de tiempo que tarda un protocolo específico en producir una disminución de un orden de magnitud en el número de organismos, o la muerte del 90% de la población, se denomina tiempo de reducción decimal (DRT) o Valor D.

La muerte microbiana es logarítmica y se observa fácilmente mediante un gráfico semilogarítmico en lugar de uno aritmético. El tiempo de reducción decimal (valor D) es el tiempo que se tarda en matar al 90% de la población (una disminución de 1 logaritmo en la población total) cuando se expone a un protocolo de control microbiano específico, como lo indica el corchete morado.

Varios factores contribuyen a la eficacia de un agente desinfectante o de un protocolo de control microbiano. Primero, como se demuestra en la Figura 2, el tiempo de exposición es importante. Los tiempos de exposición más prolongados matan más microbios. Debido a que la muerte microbiana de una población expuesta a un protocolo específico es logarítmica, se necesita más tiempo para eliminar una carga de población alta que una carga de población baja expuesta al mismo protocolo. Se necesita un tiempo de tratamiento más corto (medido en múltiplos del valor D) cuando se comienza con un número menor de organismos. La eficacia también depende de la susceptibilidad del agente a ese agente o protocolo desinfectante. También es importante la concentración de desinfectante o la intensidad de la exposición. Por ejemplo, las temperaturas más altas y las concentraciones más altas de desinfectantes matan a los microbios de manera más rápida y eficaz. Condiciones que limitan el contacto entre el agente y las células objetivo, por ejemplo, la presencia de fluidos corporales, tejidos, desechos orgánicos (por ejemplo, lodo o heces), o biopelículas en superficies: aumente el tiempo de limpieza o la intensidad del protocolo de control microbiano requerido para alcanzar el nivel de limpieza deseado. Todos estos factores deben tenerse en cuenta al elegir el protocolo adecuado para controlar el crecimiento microbiano en una situación determinada.

Piénsalo

  • ¿Cuáles son dos posibles razones para elegir un tratamiento bacteriostático sobre uno bactericida?
  • Nombra al menos dos factores que pueden comprometer la efectividad de un agente desinfectante.

Conceptos clave y resumen

  • Los elementos inanimados que pueden albergar microbios y ayudar en su transmisión se denominan fómites. El nivel de limpieza requerido para un fomite depende tanto del uso del artículo como del agente infeccioso con el que el artículo puede estar contaminado.
  • Los CDC y los NIH han establecido cuatro niveles de seguridad biológica (BSL) para laboratorios que realizan investigaciones sobre agentes infecciosos. Cada nivel está diseñado para proteger al personal del laboratorio y a la comunidad. Estos BSL están determinados por la infectividad del agente, la facilidad de transmisión y la gravedad potencial de la enfermedad, así como el tipo de trabajo que se realiza con el agente.
  • Desinfección elimina los patógenos potenciales de un fómite, mientras que antisepsia utiliza productos químicos antimicrobianos lo suficientemente seguros para los tejidos en ambos casos, la carga microbiana se reduce, pero los microbios pueden permanecer a menos que el producto químico utilizado sea lo suficientemente fuerte como para ser un esterilizante.
  • La cantidad de limpieza (esterilización versus desinfección de alto nivel versus limpieza general) requerida para artículos usados ​​clínicamente depende de si el artículo entrará en contacto con tejidos estériles (elemento crítico), membranas mucosas (artículo semicrítico), o piel intacta (elemento no crítico).
  • Los procedimientos médicos con riesgo de contaminación deben realizarse en un campo estéril mantenido por el adecuado técnica aséptica para prevenir septicemia.
  • La esterilización es necesaria para algunas aplicaciones médicas, así como en la industria alimentaria, donde las endosporas de Clostridium botulinum son asesinados a través de esterilización comercial protocolos.
  • Los métodos físicos o químicos para controlar el crecimiento microbiano que resultan en la muerte del microbio están indicados por los sufijos. -cidio o -cida (por ejemplo, como con bactericidas, viricidas, y fungicidas), mientras que los que inhiben el crecimiento microbiano están indicados por los sufijos -stat o-estático (p.ej., bacteriostático, fungistático).
  • Curvas de muerte microbiana mostrar la disminución logarítmica de los microbios vivos expuestos a un método de control microbiano. El tiempo que tarda un protocolo en producir una reducción de 1 log (90%) en la población microbiana es el tiempo de reducción decimal, o Valor D.
  • Al elegir un protocolo de control microbiano, los factores a considerar incluyen la duración del tiempo de exposición, el tipo de microbio objetivo, su susceptibilidad al protocolo, la intensidad del tratamiento, la presencia de compuestos orgánicos que pueden interferir con el protocolo y las condiciones ambientales. que pueden alterar la eficacia del protocolo.

Opción multiple

¿Cuál de los siguientes tipos de artículos médicos requiere esterilización?

¿Cuál de los siguientes es adecuado para usar en tejidos para el control microbiano y prevenir infecciones?

¿Qué nivel de bioseguridad es apropiado para la investigación con microbios o agentes infecciosos que presentan un riesgo moderado para los trabajadores de laboratorio y la comunidad, y son típicamente autóctonos?

¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor un protocolo de control microbiano que inhibe el crecimiento de mohos y levaduras?

¿El tiempo de reducción decimal se refiere a la cantidad de tiempo que tarda en cuál de los siguientes?

  1. reducir una población microbiana en un 10%
  2. reducir una población microbiana en un 0,1%
  3. reducir la población microbiana en un 90%
  4. eliminar por completo una población microbiana

Complete el espacio en blanco

Un artículo médico que entra en contacto con piel intacta y no penetra los tejidos estériles ni entra en contacto con las membranas mucosas se denomina artículo ________.

El objetivo de los protocolos ________ ________ es eliminar los productos enlatados de Clostridium botulinum endosporas.


Comprensión de los microbios del suelo y el reciclaje de nutrientes

Los microorganismos del suelo existen en grandes cantidades en el suelo siempre que haya una fuente de carbono para la energía. Existe una gran cantidad de bacterias en el suelo, pero debido a su pequeño tamaño, tienen una biomasa menor. Los actinomicetos son un factor 10 veces menor en número, pero son de mayor tamaño, por lo que son similares en biomasa a las bacterias. El número de poblaciones de hongos es menor, pero dominan la biomasa del suelo cuando el suelo no se altera. Las bacterias, los actinomicetos y los protozoos son resistentes y pueden tolerar más alteraciones del suelo que las poblaciones de hongos, por lo que dominan en los suelos con labranza, mientras que las poblaciones de hongos y nematodos tienden a dominar en los suelos sin labranza o sin labranza.

Hay más microbios en una cucharadita de suelo que personas en la tierra. Los suelos contienen alrededor de 8 a 15 toneladas de bacterias, hongos, protozoos, nematodos, lombrices de tierra y artrópodos. Consulte las hojas informativas sobre las funciones de las bacterias, hongos, protozoos y nematodos del suelo.

Tabla 1: Número relativo y biomasa de especies microbianas a una profundidad de suelo de 0 a 6 pulgadas (0 a 15 cm)
Microorganismos Número / g de suelo Biomasa (g / m 2)
Bacterias 10 8 –10 9 40–500
Actinomicetos 10 7 –10 8 40–500
Hongos 10 5 –10 6 100–1500
Algas 10 4 –10 5 1–50
Protozoos 10 3 –10 4 Varía
Nematodos 10 2 –10 3 Varia

Descomposición microbiana de la materia orgánica del suelo

La descomposición de la materia orgánica tiene dos funciones para los microorganismos: proporcionar energía para el crecimiento y proporcionar carbono para la formación de nuevas células. La materia orgánica del suelo (MOS) está compuesta por las fracciones "viva" (microorganismos), "muerta" (residuos frescos) y "muy muerta" (humus). El "muy muerto" o humus es la fracción de MOS a largo plazo que tiene miles de años y es resistente a la descomposición. La materia orgánica del suelo tiene dos componentes llamados MOS activo (35 por ciento) y pasivo (65 por ciento). La MOS activa se compone de material vegetal o animal fresco "vivo" y "muerto" que es alimento para los microbios y está compuesto de azúcares y proteínas de fácil digestión. La MOS pasiva es resistente a la descomposición por microbios y es más alta en lignina.

Los microbios necesitan suministros regulares de MOS activa en el suelo para sobrevivir en el suelo. Los suelos sin labranza a largo plazo tienen niveles significativamente mayores de microbios, más carbón activo, más MOS y más carbón almacenado que los suelos con labranza convencional. La mayoría de los microbios en el suelo existen en condiciones de inanición y, por lo tanto, tienden a estar en un estado inactivo, especialmente en suelos labrados.

Los residuos de plantas muertas y los nutrientes de las plantas se convierten en alimento para los microbios del suelo. La materia orgánica del suelo (MOS) es básicamente todas las sustancias orgánicas (cualquier cosa con carbono) en el suelo, tanto vivas como muertas. La MOS incluye plantas, algas verdiazules, microorganismos (bacterias, hongos, protozoos, nematodos, escarabajos, colémbolos, etc.) y la materia orgánica fresca y en descomposición de plantas, animales y microorganismos.

La materia orgánica del suelo se puede descomponer en sus componentes. Cien gramos (g) o 100 libras (libras) de material vegetal muerto producen alrededor de 60 a 80 g (libras) de dióxido de carbono, que se libera a la atmósfera. Los restantes 20 a 40 g (libras) de energía y nutrientes se descomponen y se convierten en aproximadamente 3 a 8 g (libras) de microorganismos (los vivos), 3 a 8 g (libras) de compuestos no húmicos (los muertos), y 10-30 g (lbs) de humus (la materia muy muerta, resistente a la descomposición). La estructura molecular de la MOS es principalmente carbono y oxígeno con algo de hidrógeno y nitrógeno y pequeñas cantidades de fósforo y azufre. La materia orgánica del suelo es un subproducto de los ciclos del carbono y el nitrógeno.

Diagrama del Dr. Rafiq Islam

Nutrientes de materia orgánica del suelo

Los nutrientes en el suelo tienen un valor actual de $ 680 por cada 1 por ciento de MOS o $ 68 por tonelada de MOS según los valores económicos de los fertilizantes comerciales (ver Tabla 2). La MOS se compone principalmente de carbono, pero asociadas con el carbono hay altas cantidades de nitrógeno y azufre de proteínas, fósforo y potasio. SOM debe considerarse como una inversión en un certificado de depósito (CD). Los suelos que son biológicamente activos y tienen mayores cantidades de carbón activo se reciclan y liberan más nutrientes para el crecimiento de las plantas que los suelos que son biológicamente inactivos y contienen menos materia orgánica activa. En condiciones de labranza cero, se liberan pequeñas cantidades de nutrientes anualmente (como interés en un CD) para proporcionar nutrientes de manera lenta y eficiente a las raíces de las plantas. Sin embargo, con la labranza, se pueden liberar grandes cantidades de nutrientes ya que los microbios consumen y destruyen la MOS. Dado que los niveles de MOS se acumulan lentamente, la capacidad de almacenamiento de nutrientes disminuye y el exceso de nutrientes liberados a menudo se lixivia a las aguas superficiales. SOM es un almacén de muchos nutrientes vegetales.

Considere los siguientes tres escenarios. Los suelos normalmente revierten del 1 al 3 por ciento de su nitrógeno almacenado en MOS. Los suelos cultivados o insalubres liberan un porcentaje menor de nitrógeno debido a una menor actividad microbiana. Un suelo labrado con 2 por ciento de MOS (2,000 libras de N) puede liberar 1 por ciento de N o 20 libras de N por año.Un suelo que es más biológicamente activo y tiene 4 por ciento de MOS (4,000 libras de N) puede liberar 1.5 por ciento de N o 60 libras de N, mientras que un suelo de 6 por ciento de MOS (6,000 libras de N) puede liberar 2 por ciento de N o 120 libras de N. suelos, el exceso de nutrientes liberados a menudo se pierde y las reservas de carbono se agotan, por lo que se reduce el almacenamiento futuro de nutrientes. Los agricultores a menudo ven que esto ocurre cuando cultivan un suelo virgen, un pastizal viejo o una hilera de cercas. Durante varios años, los cultivos en el suelo recién labrado crecerán mejor que los suelos circundantes, pero con el tiempo se agotará el carbono del suelo y el suelo recién labrado se volverá menos fértil porque el carbono se oxida como dióxido de carbono y se pierde en la atmósfera. . La labranza da como resultado la oxidación y destrucción del carbono en el suelo al aumentar los niveles de oxígeno del suelo, lo que promueve que las poblaciones de bacterias se expandan y consuman carbono activo en el suelo.

Efectos del clima, la temperatura y el pH en la MOS

La MOS se ve afectada por el clima y la temperatura. Las poblaciones microbianas se duplican con cada cambio de temperatura de 10 grados Fahrenheit. Si comparamos los trópicos con las regiones árticas más frías, encontramos que la mayor parte del carbono está atrapado en los árboles y la vegetación por encima del suelo. En los trópicos, la capa superficial del suelo tiene muy poca MOS porque las altas temperaturas y la humedad descomponen rápidamente la MOS. Moviéndose hacia el norte o el sur desde el ecuador, la MOS aumenta en el suelo. La tundra cerca del Círculo Polar Ártico tiene una gran cantidad de MOS debido a las bajas temperaturas. Las temperaturas bajo cero cambian el suelo de modo que se descompone más MOS que en suelos no sujetos a congelación.

La humedad, el pH, la profundidad del suelo y el tamaño de las partículas afectan la descomposición de la MOS. Las regiones cálidas y húmedas almacenan menos carbono orgánico en el suelo que las regiones secas y frías debido al aumento de la descomposición microbiana. La tasa de descomposición de la MOS aumenta cuando el suelo está expuesto a ciclos de secado y humectación en comparación con los suelos que están continuamente húmedos o secos. En igualdad de condiciones, los suelos que tienen un pH neutro o ligeramente alcalino descomponen la MOS más rápido que los suelos ácidos, por lo tanto, el encalado del suelo mejora la descomposición de la MOS y la evolución de dióxido de carbono. La descomposición también es mayor cerca de la superficie del suelo donde ocurre la mayor concentración de residuos vegetales. A mayores profundidades hay menos descomposición de MOS, lo que es paralelo a una caída en los niveles de carbono orgánico debido a la menor cantidad de residuos vegetales. Los microbios del suelo degradan más fácilmente los tamaños de partículas pequeños que las partículas grandes porque la superficie total es más grande con partículas pequeñas, de modo que los microbios pueden atacar el residuo.

También se produce una diferencia en la formación del suelo al viajar de este a oeste a través de los Estados Unidos. En el este, predominaban los bosques de frondosas y las raíces de los árboles tenían un alto contenido de lignina, y los árboles de hoja caduca dejaban grandes cantidades de hojarasca en la superficie del suelo. Las raíces de los árboles de madera dura no se revuelven rápidamente, por lo que los niveles de materia orgánica en el subsuelo son bastante bajos. En suelos forestales, la mayor parte de la MOS se distribuye en las primeras pulgadas. A medida que avanza hacia el oeste, las praderas de pastizales altos dominaron el paisaje y la capa superficial del suelo se formó a partir de sistemas de raíces de pasto fibroso profundo. El cincuenta por ciento de una raíz de la hierba muere y se reemplaza cada año y las raíces tienen un alto contenido de azúcares y proteínas (materia orgánica más activa) y un bajo contenido de lignina. Por lo tanto, los suelos que se formaron debajo de las praderas de pastos altos tienen un alto contenido de MOS en todo el perfil del suelo. Estos suelos primarios son altamente productivos porque tienen un mayor porcentaje de MOS (especialmente carbón activo), retienen más nutrientes, contienen más microbios y tienen una mejor estructura del suelo debido a poblaciones de hongos más grandes.

Relación de carbono a nitrógeno

La descomposición de los residuos orgánicos por parte de los microbios depende de la proporción de carbono a nitrógeno (C: N). Los microbios en el rumen de una vaca, una pila de compost y los microbios del suelo dependen de la relación C: N para descomponer los residuos orgánicos (basados ​​en carbono). Considere dos fuentes de alimento separadas, una planta de alfalfa tierna y tierna y paja de avena o trigo. Una planta de alfalfa joven tiene más proteína cruda, aminoácidos y azúcares en el tallo, por lo que los microbios la digieren fácilmente, ya sea en el rumen de una vaca, en una pila de abono o en el suelo. La alfalfa joven tiene un alto contenido de nitrógeno de las proteínas (los aminoácidos y las proteínas tienen un alto contenido de nitrógeno y azufre), por lo que tiene una menor proporción de carbono a nitrógeno (menos carbono, más nitrógeno). Sin embargo, la paja de avena y trigo (o heno maduro más viejo) tiene más lignina (que es resistente a la descomposición microbiana), menor cantidad de proteína cruda, menos azúcares en el tallo y una mayor proporción C: N. La paja es descompuesta por microbios, pero se necesita más tiempo y nitrógeno para descomponer esta fuente con alto contenido de carbono.

Un bajo contenido de nitrógeno o una amplia relación C: N se asocia con una lenta descomposición de la MOS. Las plantas inmaduras o jóvenes tienen un mayor contenido de nitrógeno, menores proporciones de C: N y una descomposición más rápida de la MOS. Para un buen compostaje, una relación C: N menor de 20 permite que los materiales orgánicos se descompongan rápidamente (de 4 a 8 semanas) mientras que una relación C: N mayor de 20 requiere N adicional y ralentiza la descomposición. Entonces, si agregamos un material con alto contenido de C con bajo contenido de N al suelo, los microbios inmovilizarán el nitrógeno del suelo. Eventualmente, el N del suelo se libera pero a corto plazo el N se inmoviliza. El factor de conversión para convertir N en proteína cruda es 16,7, lo que se relaciona con por qué es tan importante tener una relación C: N de menos de 20.

La relación C: N de la mayoría de los suelos es de alrededor de 10: 1, lo que indica que N está disponible para la planta. La relación C: N de la mayoría de los residuos vegetales tiende a disminuir con el tiempo a medida que decae la MOS. Esto resulta de la pérdida gaseosa de dióxido de carbono. Por lo tanto, el porcentaje de nitrógeno en la MOS residual aumenta a medida que avanza la descomposición. La proporción C: N de 10: 1 de la mayoría de los suelos refleja un valor de equilibrio asociado con la mayoría de los microbios del suelo (Bacterias 3: 1 a 10: 1, proporción C: N de hongos 10: 1).

Las bacterias son los primeros microbios en digerir nuevos residuos orgánicos de plantas y animales en el suelo. Por lo general, las bacterias pueden reproducirse en 30 minutos y tienen un alto contenido de N en sus células (de 3 a 10 átomos de carbono por 1 átomo de nitrógeno o del 10 al 30 por ciento de nitrógeno). En las condiciones adecuadas de calor, humedad y una fuente de alimento, pueden reproducirse muy rápidamente. Las bacterias generalmente son menos eficientes para convertir carbono orgánico en nuevas células. Las bacterias aeróbicas asimilan alrededor del 5 al 10 por ciento del carbono, mientras que las bacterias anaeróbicas solo asimilan del 2 al 5 por ciento, dejando atrás muchos compuestos de carbono de desecho y utilizando de manera ineficiente la energía almacenada en la MOS.


Conclusión

Los datos de los estudios de evaluación de riesgos para la salud y el medio ambiente pueden considerarse una ayuda para comprender mejor el problema. Los datos sobre la aparición de enfermedades relacionadas con los plaguicidas entre poblaciones definidas en los países en desarrollo son escasos. Se necesita la generación de datos epidemiológicos descriptivos de línea de base basados ​​en perfiles de área, el desarrollo de estrategias de intervención diseñadas para reducir la incidencia de intoxicaciones agudas y estudios de vigilancia periódica en grupos de alto riesgo. Nuestros esfuerzos deben incluir investigaciones de brotes y exposición accidental a pesticidas, estudios de correlación, análisis de cohortes, estudios prospectivos y ensayos aleatorios de procedimientos de intervención. Se puede recopilar información valiosa monitoreando el producto final de la exposición humana en forma de niveles de residuos en los fluidos corporales y tejidos de la población en general. Se reconoce cada vez más la importancia de la educación y la formación de los trabajadores como un vehículo importante para garantizar un uso seguro de los plaguicidas.

Debido a los amplios beneficios que el hombre obtiene de los pesticidas, estos productos químicos brindan la mejor oportunidad para quienes hacen malabares con las ecuaciones de riesgo-beneficio. El impacto económico de los plaguicidas en especies no objetivo (incluidos los seres humanos) se ha estimado en aproximadamente $ 8 mil millones anuales en los países en desarrollo. Lo que se requiere es sopesar todos los riesgos con los beneficios para garantizar un margen máximo de seguridad. El panorama de costo-beneficio total del uso de plaguicidas difiere apreciablemente entre países desarrollados y en desarrollo. Para los países en desarrollo es imperativo utilizar plaguicidas, ya que nadie preferiría el hambre y las enfermedades transmisibles como la malaria. Por tanto, puede ser conveniente aceptar un grado de riesgo razonable. Nuestro enfoque del uso de plaguicidas debería ser pragmático. En otras palabras, todas las actividades relacionadas con los plaguicidas deben basarse en juicios científicos y no en consideraciones comerciales. Existen algunas dificultades inherentes a la evaluación completa de los riesgos para la salud humana debido a los plaguicidas. Por ejemplo, existe una gran cantidad de variables humanas como la edad, el sexo, la raza, el nivel socioeconómico, la dieta, el estado de salud, etc. & # x02013 todos los cuales afectan la exposición humana a los pesticidas. Pero se sabe prácticamente poco sobre los efectos de estas variables. Los efectos a largo plazo de la exposición de bajo nivel a un plaguicida están muy influenciados por la exposición concomitante a otros plaguicidas, así como a los contaminantes presentes en el aire, el agua, los alimentos y los medicamentos.

Los pesticidas a menudo se consideran una solución rápida, fácil y económica para controlar las malas hierbas y las plagas de insectos en los paisajes urbanos. Sin embargo, el uso de pesticidas tiene un costo significativo. Los pesticidas han contaminado casi todas las partes de nuestro medio ambiente. Los residuos de plaguicidas se encuentran en el suelo y el aire, y en las aguas superficiales y subterráneas en todos los países, y los usos urbanos de plaguicidas contribuyen al problema. La contaminación por plaguicidas presenta riesgos significativos para el medio ambiente y los organismos no objetivo que van desde microorganismos beneficiosos del suelo hasta insectos, plantas, peces y aves. Contrariamente a los conceptos erróneos comunes, incluso los herbicidas pueden causar daños al medio ambiente. De hecho, los herbicidas pueden ser especialmente problemáticos porque se utilizan en volúmenes relativamente grandes. La mejor manera de reducir la contaminación por pesticidas (y el daño que causa) en nuestro medio ambiente es que todos hagamos nuestra parte para utilizar métodos de control de plagas (incluido el control de malezas) más seguros y no químicos.

El ejercicio de analizar la variedad y la naturaleza de los beneficios derivados del uso de plaguicidas ha sido una mezcla de ahondar, soñar y destilar. Ha habido callejones sin salida, pero también sorpresas positivas. El panorama general es el que sospechábamos: hay publicidad, felicitaciones ideológicas y oportunidades científicas asociadas con los pesticidas & # x02018knocking & # x02019, mientras que elogiarlos conlleva acusaciones de intereses creados. Esto se refleja en el desequilibrio en el número de artículos científicos, informes, artículos de prensa y sitios web publicados en contra y a favor de los plaguicidas. El código de colores para los tipos de beneficios, económicos, sociales o ambientales, revela el hecho de que, a nivel comunitario, la mayoría de los beneficios son sociales, con algunos beneficios económicos convincentes. A nivel nacional, los beneficios son principalmente económicos, con algunos beneficios sociales y uno o dos aspectos de los beneficios ambientales. Solo a nivel mundial entran realmente en juego los beneficios ambientales.

Es necesario transmitir el mensaje de que la prevención de efectos adversos para la salud y la promoción de la salud son inversiones rentables para empleadores y empleados como apoyo al desarrollo sostenible de la economía. En resumen, en base a nuestro conocimiento limitado de información directa y / o inferencial, el dominio de los pesticidas ilustra una cierta ambigüedad en situaciones en las que las personas están expuestas de por vida. Por tanto, existen muchas razones para desarrollar paquetes de educación sanitaria basados ​​en conocimientos, aptitudes y prácticas y para difundirlos dentro de la comunidad a fin de minimizar la exposición humana a los plaguicidas.


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