Abstrakt
I 1928, Sir Alexander Fleming observerede bakterie-dræbende virkninger af penicillin i sit laboratorium i London. Dette var det første skridt i opdagelsen af en af de vigtigste søjler i dagens medicin: antibiotika. Det tog mange år at finde en måde at producere penicillin i store mængder, og storstilet produktion startede først i 1945., Men til denne dag betragtes Fleming som antibiotikas far, og uden hans opdagelse kunne vi ikke behandle mange infektioner forårsaget af bakterier. Dette betyder, at selv et lille inficeret sår uden antibiotika kan blive dødeligt. Derudover er kirurgi meget sikrere med antibiotika, og mennesker med svagt immunsystem (som børn eller ældre) kan nu let komme sig efter bakterielle infektioner. Imidlertid bliver bakterier resistente over for antibiotika, hvilket også blev forudsagt af Fleming i 1945 under hans takketale til Nobelprisen.,
små fjender og venner
bakterier er meget vigtige for os. De lever på os og inde i os, og vi bruger dem til at få visse næringsstoffer fra mad, blandt mange andre ting (læs mere i denne Young Minds-artikel; Vi er aldrig alene: at leve med den menneskelige mikrobiota ). Men nogle bakterier, kaldet patogener, kan også forårsage infektioner, og nogle patogener kan være meget farlige. Patogene bakterier er et af de vigtigste emner inden for mikrobiologi, som er undersøgelsen af mikroorganismer: små livsformer, der ikke kan ses med det blotte øje., Mikrobiologer har stået over for de samme spørgsmål, siden bakterier blev opdaget. Hvordan inficerer bakterier mennesker, og vigtigst af alt er der noget, der kan gøres for at stoppe dem?
en individuel bakterie kan kun ses med et mikroskop. Imidlertid vokser de fleste bakterier godt i et miljø med masser af næringsstoffer, og bouillon, der er meget rig på næringsstoffer (også kendt som flydende medium), kan bruges til at dyrke bakterier ., Hvis et reagensglas med steril bouillon og et lille antal bakterier i det inkuberes ved en bestemt temperatur, bliver væsken overskyet i løbet af få timer, og det kan endda ændre sig i farve. Hvis der tilsættes et gel likelignende stof til bouillon, og blandingen opvarmes for at smelte gel .en, kan dette stof derefter hældes på plader (også kendt som petriskåle) for at køle ned, får du en næringsrig gel., også kendt som fast medium. Bakterier kan dyrkes på overfladen af et fast medium. Hvis vi tilføjer nok bakterier, dækker de hele overfladen af den næringsrige gel.., Hvis bakterierne fortyndes og spredes nok ud på pladen, vil en individuel bakterie replikere så meget, at den til sidst vil producere en stor gruppe bakterier, der er synlige med det blotte øje, som vi kalder en bakteriekoloni. Hvis den oprindelige kilde til bakterier indeholdt mere end en type, kan kolonier af forskellige slags bakterier vokse på det faste medium. Når vi kun rører en af disse kolonier med en steril genstand og sender bakterierne til et sterilt væske eller fast medium, kan vi producere en ren kultur, som kun bør indeholde en type bakterier ., Rutinemæssigt arbejder mikrobiologer med rene kulturer for at kunne nå klare konklusioner fra deres eksperimenter med en enkelt type bakterier. Men hvis deres arbejde ikke udføres under sterile forhold, kan rørene og pladerne blive forurenet af andre bakterier eller endda nogle mikroskopiske svampe, der lever i miljøet. Hvis det sker, kasserer de fleste mikrobiologer denne kultur og starter igen. Men Fleming var forskellig fra de fleste mikrobiologer.
en ulykke, der venter på at ske…
om morgenen mandag den 3 .September 1928 kom Fleming tilbage fra en familieferie., Før han gik på ferie, arbejdede Fleming med et meget almindeligt patogen: Staphylococcus aureus. Fleming efterlod nogle glas petriskåle på sin laboratoriebænk, med disse bakterier vokser på overfladen af fast medium. Normalt steriliseres disse plader af en laboratorietekniker for at genbruge dem i andre eksperimenter. Fleming havde dog altid et sidste kig på alle sine eksperimenter, før han kasserede dem, selvom de blev holdt i uger på bænken (figur 1A). Han ville tilfældigt trække prøver fra stakken af plader for at se, om der skete noget interessant i løbet af de sidste par uger., Fordi hans laboratorium var ret primitivt, Fleming ville ofte have forureninger på sine plader, som ofte var forårsaget af gær og forme fra miljøet. Men en plade så meget anderledes ud, og da han bemærkede den plade, sagde han berømt “det er sjovt….”Pladen var blevet podet med en tæt bakteriekultur, men den var også forurenet med en mikroskopisk svamp, der skabte en stor koloni på siden af pladen. Det, der var usædvanligt, var, at bakterierne ikke var i stand til at vokse i området tæt på svampekolonien., Der var et helt synligt område omkring svampen, der var helt fri for bakterier; i dag kalder vi dette en inhibitionone med hæmning (figur 1B). Derfor opdagede Fleming, at en svamp (Penicillium notatum) producerede noget, der dræbte Staphylococcus aureus, et farligt patogen. Fleming havde netop opdaget et antibiotikum, og i første omgang kaldte han denne “skimmelsaft” .
- Figur 1 – A) Sir Alexander Fleming i sit laboratorium bænken i London (1943).,
- (b) Fleming observerede, at en koloni af en svamp (Penicillum notatum) forurenede en petriskål, der blev inokuleret med S. aureus, et farligt bakterielt patogen. Interessant nok kunne S. aureus ikke vokse i området omkring kolonien P. notatum. Fleming udledte, at svampen producerede noget, der dræbte S. aureus i inhiberings zoneonen.,
På det tidspunkt, hverken Fleming eller hans kolleger mente, at denne opdagelse kan have nogen reel betydning, og den faktiske betydning blev kun vist mere end et årti senere. Fleming havde imidlertid netop opdaget den biologiske krigsførelse, der findes mellem forskellige mikroorganismer, der kæmper for plads i et miljø rig på næringsstoffer . Fleming skabte ikke penicillin, han observerede, at en koloni af en mikroskopisk svamp producerede penicillin som en måde at konkurrere med bakterier om næringsstoffer på en næsten kasseret plade., Siden da har mikrobiologer søgt i naturen efter nye antibiotika for at teste, om andre mikroorganismer kan producere antibiotika, og denne tilgang har været meget vellykket. Når et nyt antimikrobielt stof er identificeret, renses stoffet og kan modificeres kemisk for at gøre det lettere at fremstille det nye antibiotikum i store mængder eller oprette nye versioner af det originale stof. Vi er stadig på udkig efter nye antibiotika, og alle kan være en del af dette gennem initiativer som “S .ab and Send” .
Hvordan virker Penicillin?,
den måde, penicillin virker på at hæmme bakterievækst, blev først forstået i 1980. Nu ved vi, at penicillin hæmmer aktiviteten af visse enzymer i bakterier kaldet penicillin-bindende proteiner (PBPs), som er afgørende for de fleste bakterier til at skabe en mur, der dækker deres celler. Uden denne væg er bakterieceller meget mere udsatte miljøet, og de kan dø meget let, når miljøet ændrer sig. I nærvær af penicillin kan bakterier ikke producere denne cellevæg for at beskytte sig selv, og de dør., Penicillin er en del af en familie af lignende antibiotika, der kaldes β-lactamer, og mange bakterier bliver resistente over for β-lactamer, enten ved at producere enzymer, der nedbryder antibiotika eller ved at erhverve modificerede versioner af PBPs, der ikke binder sig til penicillin mere .
modstanden stiger…
hvad Fleming også forudsagde under sin tale om at acceptere Nobelprisen i 1945 var, at bakterier kan blive resistente over for antibiotika. Dette sker bare på grund af evolution, fordi bakterier kan tilpasse sig meget hurtigt for at overvinde enhver forhindring, der begrænser deres vækst., De ændringer, der hjælper bakterier med at tilpasse sig, kan være drevet af tilfældige mutationer i deres DNA, og processen er virkelig hurtig—du kan næsten se dette ske i realtid! . Derudover har mange af de mikroorganismer, der producerer antibiotika, også gener, der gør dem resistente over for disse antibiotika. Bakterier er meget gode til at erhverve DNA fra andre organismer for at få nye evner. Dette kaldes vandret genoverførsel . Hvis patogene bakterier erhverver generne for at gøre dem resistente over for et specifikt antibiotikum, bliver antibiotikumet ubrugeligt i klinikken., For at forhindre antibiotikaresistens, antibiotika bør kun anvendes, når det er nødvendigt (for eksempel, vira kan ikke blive dræbt af antibiotika, så de bør ikke tages for virale infektioner), den korrekte dosis bør anvendes (på grund af for lav en dosis, der kan bidrage til at skabe resistente stammer), og vi bør tage antibiotika i hele den tid, de har fået ordineret, til at sørge for, at dræbe alle de bakterier, der forårsager infektionen. Hvis vi ikke tager disse skridt, hjælper vi måske spredningen af antibiotikaresistens, og det er et enormt problem., Faktisk bliver de farligste bakterielle patogener resistente over for mange antibiotika . Lægemiddelfremstillingsvirksomheder mister interessen for at udvikle nye antibiotika, fordi disse lægemidler muligvis ikke er rentable, når antibiotikaresistensen vokser. Derfor er den hastighed, hvormed nye antibiotika opdages, ikke hurtig nok til at klare fremkomsten af nye, antibiotikaresistente patogener. Vi kan snart gå tilbage til en præ-antibiotisk æra, hvor mennesker inficeret med bakterier ikke kunne behandles effektivt.,
konklusion
opdagelsen af penicillin var kun mulig i et laboratorium, hvor forureninger var almindelige. Chance spillede bestemt en rolle i opdagelsen af det første antibiotikum, men Flemings træning og laboratoriepraksis var afgørende for ham at identificere et af de vigtigste lægemidler i menneskets historie. På grund af antibiotikaresistens er mikrobiologer desværre i et løb med bakterielle patogener for at finde nye måder at behandle infektioner på., I dag har vi en bedre forståelse af, hvordan patogener interagerer med deres værter, hvordan antimikrobielle stoffer virker, og hvad mekanismerne for antibiotikaresistens er. Men selv 90 år efter opdagelsen af penicillin er der stadig meget mere arbejde, der er nødvendigt for at bekæmpe den aktuelle antibiotikakrise. Du kan være en del af dette ved at deltage i S andab og sende initiativ!
ordliste
patogen: en mikroorganisme, der invaderer kroppen og forårsager en infektion.petriskål: en glas-eller plastskål med et låg, der bruges til at dyrke levende celler.,
bakteriekoloni: gruppe af bakterieceller, der vokser sammen på overfladen af et fast medium, der er synligt for det blotte øje.
inhiberings Zoneone: område omkring kilden til et antibiotikum, hvor bakteriekolonier ikke vokser.
interessekonflikt
forfatteren erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.
Madigan, T. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., Sattley, W. M., og Stahl, D. A. 2018. Brock Biologi af mikroorganismer. 15. Edn., Pearson.
bro ,n, K. 2017. Penicillin Man, Ale .ander Fleming og den antibiotiske Revolution. Cheltenham: Historien Press.s Swabab og Send initiativ. Tilgængelig online på: https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send