Abstrakt
V roce 1928 Sir Alexander Fleming pozoroval bakteriální zabíjení účinky penicilinu v jeho laboratoři v Londýně. To byl první krok v objevení jednoho z nejdůležitějších pilířů dnešní medicíny: antibiotika. Trvalo mnoho let najít způsob, jak vyrábět penicilin ve velkém množství a rozsáhlá výroba začala až v roce 1945., Nicméně dodnes je Fleming považován za otce antibiotik a bez jeho objevu jsme nemohli léčit mnoho infekcí způsobených bakteriemi. To znamená, že bez antibiotik by se i malá infikovaná rána mohla stát smrtelnou. Kromě toho je chirurgie mnohem bezpečnější u antibiotik a lidé se slabým imunitním systémem (jako jsou děti nebo starší osoby) se nyní mohou snadno zotavit z bakteriálních infekcí. Bakterie se však stávají rezistentními vůči antibiotikům, což Fleming předpověděl také v roce 1945 během jeho přijímacího projevu na Nobelovu cenu.,
malí nepřátelé a přátelé
bakterie jsou pro nás velmi důležité. Žijí na nás a uvnitř nás a my je používáme k získání určitých živin z jídla, mimo jiné (více čtěte v tomto článku mladé mysli; nikdy nejsme sami: žijeme s lidskou Mikrobiotou ). Některé bakterie, nazývané patogeny, však mohou také způsobit infekce a některé patogeny mohou být velmi nebezpečné. Patogenní bakterie jsou jedním z hlavních předmětů mikrobiologie , což je studium mikroorganismů: drobné formy života, které pouhým okem nelze vidět., Mikrobiologové čelí stejným otázkám od objevení bakterií. Jak bakterie infikují lidi, a co je nejdůležitější, existuje něco, co lze udělat, aby je zastavily?
jednotlivé bakterie lze vidět pouze mikroskopem. Většina bakterií však dobře roste v prostředí se spoustou živin a bujóny velmi bohaté na živiny (také známé jako tekuté médium) mohou být použity k růstu bakterií ., Pokud se zkumavka se sterilním vývarem a malým počtem bakterií v ní inkubuje při určité teplotě, kapalina se během několika hodin zakalí a může se dokonce změnit barva. Pokud se do vývaru přidá želé podobná látka a směs se zahřeje na roztavení želé, může se tato látka nalít na desky (také známé jako Petriho nádobí), aby se ochladila, dostanete želé bohaté na živiny také známé jako pevné médium. Bakterie mohou být kultivovány na povrchu pevného média. Pokud přidáme dostatek bakterií, pokryjí celý povrch želé bohaté na živiny., V případě, že bakterie jsou rozpuštěné a rozprostřené na talíř, individuální bakterie napodobit tak moc, že nakonec bude produkovat velké skupiny bakterií viditelné pouhým okem, které nazýváme bakteriální kolonie. Pokud původní zdroj bakterií obsahoval více než jeden typ, kolonie různých druhů bakterií mohou růst na pevném médiu. Když jsme se dotknout jen jedné z těchto kolonií sterilním objekt a předat bakterie sterilní tekuté nebo pevné médium, můžeme vyrobit čisté kultury, která by měla obsahovat pouze jeden druh bakterií ., Mikrobiologové běžně pracují s čistými kulturami, aby mohli ze svých experimentů s jediným typem bakterií dosáhnout jasných závěrů. Pokud se však jejich práce neprovádí ve sterilních podmínkách, mohou se zkumavky a desky kontaminovat jinými bakteriemi nebo dokonce některými mikroskopickými houbami žijícími v životním prostředí. Pokud k tomu dojde, většina mikrobiologů tuto kulturu odhodí a začne znovu. Ale Fleming byl jiný než většina mikrobiologů.
O Nehodu…
ráno v pondělí, 3. září 1928 Fleming vrátil z rodinné dovolené ., Než šel na dovolenou, Fleming pracoval s velmi běžným patogenem: Staphylococcus aureus. Fleming nechal na laboratorní lavici skleněná Petriho jídla, přičemž tyto bakterie rostou na povrchu pevného média. Obvykle by tyto desky byly sterilizovány laboratorním technikem, aby je znovu použil v jiných experimentech. Fleming se však vždy podíval na všechny své experimenty, než je vyhodil, i když byly drženy týdny na lavičce (obrázek 1a). Náhodně vytáhl vzorky ze stohu talířů, aby zjistil, zda se během posledních několika týdnů nestalo něco zajímavého., Protože jeho laboratoř byla poměrně primitivní, měl Fleming na talířích běžně kontaminace, které byly často způsobeny kvasinkami a plísněmi z prostředí. Ale jedna deska vypadala velmi odlišně, a když si všiml, že deska, on skvěle řekl: „To je legrační….“Deska byla naočkována hustou kulturou bakterií, ale byla také kontaminována mikroskopickou houbou, která vytvořila velkou kolonii na straně desky. Neobvyklé bylo, že bakterie nebyly schopny růst v oblasti poblíž kolonie hub., Kolem houby byla dokonale viditelná oblast, která byla zcela bez bakterií; dnes tomu říkáme zóna inhibice (obrázek 1b). Proto Fleming zjistil, že houba (Penicillium notatum) produkuje něco, co zabilo Staphylococcus aureus, nebezpečný patogen. Fleming právě objevil antibiotikum a zpočátku nazval tuto „šťávu z plísní“ .
- Obrázek 1 – (A) Sir Alexander Fleming ve své laboratoři lavičce v Londýně (1943).,
- (B) Fleming poznamenal, že kolonie houby (Penicillum notatum) kontaminovala Petriho misku, která byla naočkována s.aureus, nebezpečným bakteriálním patogenem. Zajímavé je, že s.aureus nebyl schopen růst v oblasti obklopující kolonii P. notatum. Fleming odvodil, že houba produkuje něco, co zabilo s. aureus v zóně inhibice.,
V té době, ani Flemingovi ani jeho kolegové si mysleli, že tento objev by mohl mít nějaký skutečný význam, a skutečný význam, bylo pouze prokázáno, více než deset let později. Fleming však právě objevil biologickou válku, která existuje mezi různými mikroorganismy bojujícími o prostor v prostředí bohatém na živiny . Fleming nevytvořil penicilin, on poznamenal, že kolonie mikroskopické houby vyrábí penicilin jako způsob, jak soutěžit s bakteriemi pro živiny na téměř vyřazené desky., Od té doby mikrobiologové hledali v přírodě nová antibiotika, aby otestovali, zda jiné mikroorganismy mohou produkovat antibiotika, a tento přístup byl velmi úspěšný. Jakmile nové antimikrobiální látka je identifikována, že látka je čištěný a může být chemicky upraven tak, aby bylo jednodušší vyrábět nová antibiotika ve velkých množstvích, nebo vytvořit nové verze původní látky. Stále hledáme nová antibiotika a kdokoli může být součástí těchto iniciativ, jako je „tampon and Send“ .
jak funguje penicilin?,
způsob, jakým penicilin působí na inhibici růstu bakterií, nebyl pochopen až do roku 1980. Nyní víme, že penicilin inhibuje aktivitu některých enzymů u bakterií, tzv. penicilin-vazebné proteiny (Pbp), které jsou nezbytné pro většinu bakterií vytvořit zeď, která pokrývá jejich buněk. Bez této stěny jsou bakteriální buňky mnohem více vystaveny prostředí a mohou velmi snadno zemřít, když se změní prostředí. V přítomnosti penicilinu nemohou bakterie produkovat tuto buněčnou stěnu, aby se chránily, a zemřou., Penicilin je součástí rodiny podobných antibiotik nazývaných beta-laktamy, a mnoho bakterie se stávají odolné vůči β-laktamy a to buď tím, že produkuje enzymy, které degradují tyto antibiotika nebo získáním upravené verze Pbp, které se nevážou na penicilin .
odpor stoupá …
Fleming také předpověděl během svého projevu, který přijal Nobelovu cenu v roce 1945, že bakterie se mohou stát rezistentními vůči antibiotikům. To se děje jen kvůli evoluci, protože bakterie se mohou velmi rychle přizpůsobit, aby překonaly jakoukoli překážku omezující jejich růst., Změny, které pomáhají bakteriím přizpůsobit se, mohou být řízeny náhodnými mutacemi v jejich DNA a proces je opravdu rychlý—můžete to téměř vidět v reálném čase! . Navíc mnoho mikroorganismů produkujících antibiotika má také geny, které je činí rezistentními vůči těmto antibiotikům. Bakterie jsou velmi dobré při získávání DNA z jiných organismů, aby získaly nové schopnosti. Tomu se říká horizontální přenos genů . Pokud patogenní bakterie získají geny, aby byly odolné vůči specifickému antibiotiku, toto antibiotikum se na klinice stává zbytečným., Aby se zabránilo antibiotické rezistence, antibiotika by měla být použita pouze v případě potřeby (například, viry nelze zabít tím, že antibiotika, takže by neměl být užíván u virových infekcí), správná dávka by měla být použita (protože příliš nízké dávky mohou pomoci vytvářet rezistentní kmeny), a měli bychom brát antibiotika po celou dobu, oni jsou předepsány, aby se ujistěte se, že zabít všechny bakterie způsobující infekci. Pokud tyto kroky neučiníme, možná pomůžeme šíření rezistence vůči antibiotikům, a to je obrovský problém., Ve skutečnosti se nejnebezpečnější bakteriální patogeny stávají rezistentními vůči mnoha antibiotikům . Farmaceutické společnosti ztrácejí zájem o vývoj nových antibiotik, protože tyto léky nemusí být ziskové, protože rezistence na antibiotika roste. V důsledku toho rychlost objevení nových antibiotik není dostatečně rychlá, aby se vyrovnala se vznikem nových patogenů rezistentních na antibiotika. Brzy se můžeme vrátit do doby před antibiotikem, kdy lidé infikovaní bakteriemi nemohli být účinně léčeni.,
závěr
objev penicilinu byl možný pouze v laboratoři, kde byly běžné kontaminace. Chance jistě hrála roli při objevu prvního antibiotika, ale trénink a laboratorní praxe Fleminga byly pro něj nezbytné k identifikaci jednoho z nejdůležitějších léků v lidské historii. Bohužel kvůli rezistenci na antibiotika jsou mikrobiologové v závodě s bakteriálními patogeny, aby našli nové způsoby léčby infekcí., Dnes máme lepší pochopení toho, jak patogeny interagují se svými hostiteli, jak fungují antimikrobiální látky a jaké jsou mechanismy rezistence na antibiotika. Ale i 90 let po objevení penicilinu je stále mnohem více práce potřebné k boji proti současné antibiotické krizi. Můžete být součástí toho tím, že se účastníte výtěru a posíláte iniciativu!
Glosář
patogen: mikroorganismus, který napadá tělo a způsobuje infekci.
Petriho miska: skleněná nebo plastová miska s víkem používaná ke kultivaci živých buněk.,
bakteriální kolonie: skupina bakteriálních buněk rostoucích společně na povrchu pevného média, které je viditelné pouhým okem.
zóna inhibice: oblast obklopující zdroj antibiotika, ve které bakteriální kolonie nerostou.
Střet Zájmů
autor prohlašuje, že byl výzkum proveden v nepřítomnosti jakékoli obchodní nebo finanční vztahy, které by mohlo být chápáno jako potenciální konflikt zájmů.
Madigan, T. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., Sattley, W. m., and Stahl, D. A. 2018. Brock biologie mikroorganismů. 15., Londýn: Pearson.
Brown, K. 2017. Penicilin Man, Alexander Fleming a antibiotická revoluce. Cheltenham: Historie Press.
tampon a odeslat iniciativu. K dispozici online na adrese: https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send