Antimicrobiano

Los antibacterianos se utilizan para tratar infecciones bacterianas . Los antibióticos se clasifican generalmente en betalactámicos , macrólidos , quinolonas , tetraciclinas o aminoglucósidos . Su clasificación dentro de estas categorías depende de su espectro antimicrobiano, farmacodinámica y composición química. ^{[ 10 ]} El uso prolongado de ciertos antibacterianos puede disminuir la cantidad de bacterias entéricas , lo que puede tener un impacto negativo en la salud . El consumo de probióticos y una alimentación saludable pueden ayudar a reemplazar la flora intestinal destruida . Sin embargo, se pueden considerar los trasplantes de heces para pacientes que tienen dificultades para recuperarse de un tratamiento antibiótico prolongado, como en el caso de infecciones recurrentes por Clostridioides difficile . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El descubrimiento, desarrollo y uso de antibacterianos durante el siglo XX redujeron la mortalidad por infecciones bacterianas. La era de los antibióticos comenzó con la aplicación terapéutica de las sulfonamidas en 1936, seguida de un período dorado de descubrimientos desde aproximadamente 1945 hasta 1970, cuando se descubrieron y desarrollaron numerosos agentes estructuralmente diversos y altamente efectivos. Desde 1980, la introducción de nuevos agentes antimicrobianos para uso clínico ha disminuido, en parte debido al enorme costo del desarrollo y las pruebas de nuevos fármacos. ^{[ 13 ]} Paralelamente, se ha producido un alarmante aumento de la resistencia antimicrobiana de bacterias, hongos, parásitos y algunos virus a múltiples agentes existentes. ^{[ 14 ]}

Los antibacterianos se encuentran entre los fármacos más utilizados y mal utilizados por los médicos, por ejemplo, en infecciones virales del tracto respiratorio . Como consecuencia del uso generalizado e indiscriminado de antibacterianos, se ha producido una aparición acelerada de patógenos resistentes a los antibióticos, lo que representa una grave amenaza para la salud pública mundial. El problema de la resistencia exige un esfuerzo renovado para buscar agentes antibacterianos eficaces contra bacterias patógenas resistentes a los antibacterianos actuales. Las posibles estrategias para lograr este objetivo incluyen un mayor muestreo de diversos entornos y la aplicación de la metagenómica para identificar compuestos bioactivos producidos por microorganismos actualmente desconocidos y no cultivados, así como el desarrollo de bibliotecas de moléculas pequeñas personalizadas para dianas bacterianas. ^{[ 15 ]}

Los antifúngicos se utilizan para eliminar o prevenir el crecimiento de hongos . En medicina, se emplean para tratar infecciones como el pie de atleta , la tiña y la candidiasis oral , y actúan aprovechando las diferencias entre las células de los mamíferos y las de los hongos. A diferencia de las bacterias, tanto los hongos como los humanos son eucariotas . Por lo tanto, las células de los hongos y las humanas son similares a nivel molecular, lo que dificulta encontrar una diana para un fármaco antifúngico que no exista también en el organismo huésped. En consecuencia, algunos de estos fármacos suelen tener efectos secundarios . Algunos de estos efectos secundarios pueden ser potencialmente mortales si el fármaco no se utiliza correctamente. ^{[ 16 ]}

Además de su uso en medicina, los antifúngicos se buscan con frecuencia para controlar el moho en interiores, en materiales húmedos o mojados. El bicarbonato de sodio (bicarbonato sódico) aplicado a presión sobre las superficies actúa como antifúngico. Otra solución antifúngica, aplicada después o sin la aplicación de bicarbonato, es una mezcla de peróxido de hidrógeno y una fina capa superficial que neutraliza el moho y encapsula la superficie para evitar la liberación de esporas. Algunas pinturas también se fabrican con un agente antifúngico añadido para su uso en áreas de alta humedad, como baños o cocinas. Otros tratamientos superficiales antifúngicos suelen contener variantes de metales conocidos por suprimir el crecimiento del moho, por ejemplo, pigmentos o soluciones que contienen cobre , plata o zinc . Estas soluciones no suelen estar disponibles para el público en general debido a su toxicidad. ^{[ 17 ]}

Los fármacos antivirales son una clase de medicamentos que se utilizan específicamente para tratar infecciones virales . Al igual que los antibióticos, los antivirales específicos se utilizan para virus específicos. Deben distinguirse de los viricidas , que desactivan activamente las partículas virales fuera del organismo. ^{[ 18 ]}

Muchos fármacos antivirales están diseñados para tratar infecciones por retrovirus , incluido el VIH . Entre los fármacos antirretrovirales importantes se encuentra la clase de inhibidores de la proteasa . Los virus del herpes , conocidos principalmente por causar herpes labial y herpes genital , suelen tratarse con el análogo de nucleósido aciclovir . La hepatitis viral es causada por cinco virus hepatotrópicos (AE) no relacionados y puede tratarse con fármacos antivirales según el tipo de infección. Algunos virus de la influenza A y B se han vuelto resistentes a los inhibidores de la neuraminidasa, como el oseltamivir , y la búsqueda de nuevas sustancias continúa. ^{[ 19 ]}

Los antiparasitarios son una clase de medicamentos indicados para el tratamiento de enfermedades infecciosas como la leishmaniasis , la malaria y la enfermedad de Chagas , causadas por parásitos como nematodos , cestodos , trematodos y protozoos infecciosos . Entre los medicamentos antiparasitarios se incluyen el metronidazol , el yodoquinol y el albendazol . ^{[ 10 ]} Al igual que todos los antimicrobianos terapéuticos, deben eliminar el organismo infeccioso sin causar daños graves al huésped. ^{[ 20 ]}

Los tratamientos de amplio espectro son activos contra múltiples clases de patógenos. Se ha sugerido que dichos tratamientos podrían ser útiles como tratamientos de emergencia para pandemias . ^{[ 21 ]}

Se utiliza una amplia gama de compuestos químicos y naturales como antimicrobianos. Los ácidos orgánicos y sus sales se emplean ampliamente en productos alimenticios, como el ácido láctico , el ácido cítrico y el ácido acético , ya sea como ingredientes o como desinfectantes. Por ejemplo, las canales de vacuno suelen rociarse con ácidos y luego enjuagarse o cocinarse al vapor para reducir la prevalencia de Escherichia coli . ^{[ 22 ]}

^{Los cationes de} metales pesados ​​como Hg²⁺ y Pb²⁺ tienen actividad antimicrobiana, pero pueden ser tóxicos. En los últimos años, se ha investigado la actividad antimicrobiana de los compuestos de coordinación. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

Los herbolarios tradicionales utilizaban plantas para tratar enfermedades infecciosas. Muchas de estas plantas han sido investigadas científicamente por su actividad antimicrobiana, y se ha demostrado que algunos productos vegetales inhiben el crecimiento de microorganismos patógenos. ^{[ 27 ]} Varios de estos agentes parecen tener estructuras y modos de acción distintos a los de los antibióticos de uso actual, lo que sugiere que la resistencia cruzada con los agentes ya en uso puede ser mínima. ^{[ 28 ]}

El ozono puede eliminar microorganismos en el aire, el agua y los equipos de proceso, y se ha utilizado en entornos como la ventilación de extracción de cocinas, cuartos de basura, trampas de grasa, plantas de biogás , plantas de tratamiento de aguas residuales , producción textil, cervecerías , lecherías , producción de alimentos e higiene, industrias farmacéuticas , plantas embotelladoras, zoológicos, sistemas municipales de agua potable, piscinas y spas, y en el lavado de ropa y el tratamiento de moho y olores domésticos. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Los uniformes antimicrobianos pueden reducir la acumulación de olores y manchas, lo que a su vez mejora su durabilidad. Estos uniformes también vienen en una variedad de colores y estilos. A medida que la tecnología antimicrobiana se desarrolla a un ritmo acelerado, estos uniformes están fácilmente disponibles, y cada año salen al mercado versiones más avanzadas. ^{[ 45 ]} Estas bacterias podrían luego propagarse a escritorios de oficina, salas de descanso, computadoras y otras tecnologías compartidas. Esto puede provocar brotes e infecciones como el estafilococo aureus resistente a la meticilina , cuyos tratamientos cuestan a la industria de la salud 20  mil millones de dólares al año.

Elementos como el cloro, el yodo, el flúor y el bromo son no metálicos y pertenecen a la familia de los halógenos . Cada uno de ellos posee un efecto antimicrobiano diferente, influenciado por diversos factores como el pH, la temperatura, el tiempo de contacto y el tipo de microorganismo. El cloro y el yodo son los dos antimicrobianos más utilizados. El cloro se emplea ampliamente como desinfectante en plantas de tratamiento de agua, la industria farmacéutica y la alimentaria. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el cloro se utiliza comúnmente como desinfectante. Oxida los contaminantes solubles y elimina bacterias y virus. También es altamente eficaz contra las esporas bacterianas. Su mecanismo de acción consiste en la ruptura de los enlaces presentes en estos microorganismos. Cuando una enzima bacteriana entra en contacto con un compuesto que contiene cloro, el átomo de hidrógeno de dicha molécula se desplaza y es reemplazado por cloro. Esto, a su vez, altera la función de la enzima, lo que finalmente provoca la muerte de la bacteria. El yodo se utiliza comúnmente para la esterilización y la limpieza de heridas. Los tres principales compuestos antimicrobianos que contienen yodo son la solución de alcohol-yodo, la solución acuosa de yodo y los yodóforos. Los yodóforos son más bactericidas y se utilizan como antisépticos, ya que son menos irritantes al aplicarse sobre la piel. Por otro lado, el yodo no puede matar las esporas bacterianas, pero los yodóforos pueden inhibirlas. El crecimiento de los microorganismos se inhibe cuando el yodo penetra en las células y oxida las proteínas, el material genético y los ácidos grasos. El bromo también es un antimicrobiano eficaz que se utiliza en las plantas de tratamiento de agua. Mezclado con cloro, es altamente eficaz contra las esporas bacterianas como S. faecalis. ^{[ 46 ]}

Los alcoholes se utilizan comúnmente como desinfectantes y antisépticos. Los alcoholes matan bacterias vegetativas, la mayoría de los virus y hongos. El alcohol etílico, el n-propanol y el alcohol isopropílico son los agentes antimicrobianos más utilizados. ^{[ 47 ]} El metanol también es un agente desinfectante, pero no se usa generalmente debido a su alta toxicidad. Escherichia coli , Salmonella y Staphylococcus aureus son algunas bacterias cuyo crecimiento puede ser inhibido por los alcoholes. Los alcoholes tienen una alta eficacia contra los virus con envoltura (60-70% de alcohol etílico). El alcohol isopropílico o etanol al 70% es altamente eficaz como agente antimicrobiano. En presencia de agua, el alcohol al 70% causa la coagulación de las proteínas, inhibiendo así el crecimiento microbiano. Los alcoholes no son muy eficaces contra las esporas. Su modo de acción es mediante la desnaturalización de las proteínas. Los alcoholes interfieren con los enlaces de hidrógeno presentes en la estructura proteica. Los alcoholes también disuelven las membranas lipídicas presentes en los microorganismos. ^{[ 48 ] [ 49 ]} La alteración de la membrana celular es otra propiedad de los alcoholes que contribuye a la muerte celular. Los alcoholes son antimicrobianos económicos y eficaces. Se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica. Los alcoholes se utilizan comúnmente en desinfectantes de manos, antisépticos y desinfectantes.

El fenol, también conocido como ácido carbólico, fue uno de los primeros compuestos químicos utilizados como agente antimicrobiano. Posee altas propiedades antisépticas. Es bacteriostático a concentraciones del 0,1 % al 1 %, y bactericida y fungicida al 1 %-2 %. Una solución al 5 % elimina las esporas de ántrax en 48 horas. ^{[ 50 ]}

Los fenoles se utilizan comúnmente en enjuagues bucales y productos de limpieza para el hogar. ^{[ 51 ]} Son activos contra una amplia gama de bacterias, hongos y virus. Los derivados del fenol, como el timol y el cresol, se utilizan porque son menos tóxicos que el fenol. Estos compuestos fenólicos tienen un anillo de benceno junto con el grupo –OH incorporado en sus estructuras. Tienen una mayor actividad antimicrobiana. Estos compuestos inhiben el crecimiento microbiano precipitando proteínas, lo que lleva a su desnaturalización, y penetrando en la membrana celular de los microorganismos y alterándola. El hexaclorofeno ( bisfenol ) se utiliza como tensioactivo. Se utiliza ampliamente en jabones, jabones líquidos para manos y productos para la piel debido a sus propiedades antisépticas. También se utiliza como agente esterilizante. El cresol es un antimicrobiano eficaz y se utiliza ampliamente en enjuagues bucales y pastillas para la tos.

Los aldehídos son altamente efectivos contra bacterias, hongos y virus. Inhiben el crecimiento bacteriano al alterar la membrana externa. Se utilizan en la desinfección y esterilización de instrumental quirúrgico. Debido a su alta toxicidad, no se utilizan en antisépticos. Actualmente, solo tres compuestos de aldehído se utilizan ampliamente como biocidas desinfectantes: glutaraldehído, formaldehído y orto-ftalaldehído (OPA), a pesar de que se ha demostrado que muchos otros aldehídos poseen una buena actividad antimicrobiana. ^{[ 52 ]} Sin embargo, debido a su prolongado tiempo de contacto, se suelen preferir otros desinfectantes.

Los microorganismos tienen una temperatura mínima, una óptima y una máxima para su crecimiento. ^{[ 53 ]} Tanto las altas como las bajas temperaturas se utilizan como agentes físicos de control. Diferentes organismos muestran distintos grados de resistencia o susceptibilidad al calor o la temperatura; algunos organismos, como las endosporas bacterianas, son más resistentes, mientras que las células vegetativas son menos resistentes y se eliminan fácilmente a temperaturas más bajas. ^{[ 54 ]} Otro método que implica el uso de calor para eliminar microorganismos es la esterilización fraccionada. Este proceso implica la exposición a una temperatura de 100 grados Celsius durante una hora al día durante varios días. ^{[ 55 ]} La esterilización fraccionada también se denomina tindalización. Las endosporas bacterianas pueden eliminarse mediante este método. Tanto el calor seco como el húmedo son eficaces para eliminar la vida microbiana. Por ejemplo, los frascos utilizados para almacenar conservas como la mermelada pueden esterilizarse calentándolos en un horno convencional . El calor también se utiliza en la pasteurización , un método para ralentizar el deterioro de alimentos como la leche, el queso, los zumos, los vinos y el vinagre. Estos productos se calientan a una temperatura determinada durante un período de tiempo fijo, lo que reduce considerablemente la cantidad de microorganismos dañinos. También se utiliza baja temperatura para inhibir la actividad microbiana al ralentizar su metabolismo. ^{[ 56 ]}

Los alimentos a menudo se irradian para eliminar patógenos dañinos . ^{[ 57 ]} Hay dos tipos de radiaciones que se utilizan para inhibir el crecimiento de microorganismos: radiaciones ionizantes y no ionizantes. ^{[ 58 ]} Las fuentes comunes de radiación utilizadas en la esterilización de alimentos incluyen cobalto-60 (un emisor gamma ), haces de electrones y rayos X. ^{[ 59 ]} La luz ultravioleta también se utiliza para desinfectar el agua potable, tanto en sistemas de uso personal a pequeña escala como en sistemas de purificación de agua comunitarios a mayor escala. ^{[ 60 ]}

La desecación, también conocida como deshidratación, es un estado de sequedad extrema o un proceso de secado extremo. Algunos microorganismos, como bacterias, levaduras y mohos, necesitan agua para su crecimiento. La desecación elimina el agua, inhibiendo así el crecimiento microbiano. Al disponer de agua, las bacterias reanudan su crecimiento; por lo tanto, la desecación no lo inhibe por completo. El instrumento utilizado para llevar a cabo este proceso se denomina desecador. Este proceso se utiliza ampliamente en la industria alimentaria y es un método eficaz para la conservación de alimentos. La desecación también se utiliza mucho en la industria farmacéutica para almacenar vacunas y otros productos. ^{[ 61 ]}

Las superficies antimicrobianas están diseñadas para inhibir el crecimiento de microorganismos o dañarlos mediante procesos químicos ( toxicidad del cobre ) o físicos (micro/nanopilares que rompen las paredes celulares). Estas superficies son especialmente importantes para el sector sanitario. ^{[ 62 ]} El diseño de superficies antimicrobianas eficaces exige una comprensión profunda de los mecanismos iniciales de adhesión microbio-superficie. La simulación de dinámica molecular y la microscopía de lapso de tiempo se utilizan habitualmente para investigar estos mecanismos. ^{[ 63 ]}

La presión osmótica es la presión necesaria para impedir que un disolvente pase de una región de alta concentración a una de baja concentración a través de una membrana semipermeable. Cuando la concentración de sustancias disueltas o solutos es mayor dentro de la célula que fuera, se dice que la célula se encuentra en un entorno hipotónico y el agua fluye hacia su interior. ^{[ 53 ]} Cuando las bacterias se colocan en una solución hipertónica, se produce plasmólisis o contracción celular; de forma similar, en una solución hipotónica, las bacterias experimentan plasmotisis o estado de turgencia. Esta plasmólisis y plasmotisis matan a las bacterias porque provocan un cambio en la presión osmótica. ^{[ 64 ]}