Abstract
Nel 1928, Sir Alexander Fleming osservò gli effetti batterici della penicillina nel suo laboratorio di Londra. Questo è stato il primo passo nella scoperta di uno dei pilastri più importanti della medicina di oggi: gli antibiotici. Ci sono voluti molti anni per trovare un modo per produrre penicillina in grandi quantità e la produzione su larga scala non è iniziata fino al 1945., Tuttavia, fino ad oggi, Fleming è considerato il padre degli antibiotici, e senza la sua scoperta non potremmo trattare molte infezioni causate da batteri. Ciò significa che, senza antibiotici, anche una piccola ferita infetta potrebbe diventare fatale. Inoltre, la chirurgia è molto più sicura con gli antibiotici e le persone con un sistema immunitario debole (come bambini o anziani) possono ora facilmente riprendersi dalle infezioni batteriche. Tuttavia, i batteri stanno diventando resistenti agli antibiotici, che è stato anche previsto da Fleming nel 1945, durante il suo discorso di accettazione per il premio Nobel.,
Piccoli nemici e amici
I batteri sono molto importanti per noi. Vivono su di noi e dentro di noi, e li usiamo per ottenere alcuni nutrienti dal cibo, tra molte altre cose (Leggi di più in questo articolo di Young Minds; Non siamo mai soli: vivere con il Microbiota umano ). Ma alcuni batteri, chiamati agenti patogeni, possono anche causare infezioni e alcuni agenti patogeni possono essere molto pericolosi. I batteri patogeni sono uno dei principali soggetti della microbiologia , che è lo studio dei microrganismi: minuscole forme di vita che non possono essere viste ad occhio nudo., I microbiologi hanno affrontato le stesse domande da quando sono stati scoperti i batteri. In che modo i batteri infettano gli esseri umani e, cosa più importante, c’è qualcosa che può essere fatto per fermarli?
Un singolo batterio può essere visto solo con un microscopio. Tuttavia, la maggior parte dei batteri crescono bene in un ambiente con un sacco di sostanze nutritive, e brodi molto ricchi di sostanze nutritive (noto anche come mezzo liquido) può essere utilizzato per far crescere i batteri ., Se una provetta con brodo sterile e un piccolo numero di batteri viene incubata ad una certa temperatura, il liquido diventerà torbido in poche ore e potrebbe persino cambiare colore. Se una sostanza gelatinosa viene aggiunta al brodo e la miscela viene riscaldata per sciogliere la gelatina, questa sostanza può quindi essere versata su piastre (note anche come piastre di Petri) per raffreddarsi, si otterrà una gelatina ricca di sostanze nutritive nota anche come mezzo solido. I batteri possono essere coltivati sulla superficie di un mezzo solido. Se aggiungiamo abbastanza batteri, copriranno l’intera superficie della gelatina ricca di sostanze nutritive., Se i batteri vengono diluiti e sparsi abbastanza sulla piastra, un singolo batterio si replicherà così tanto che alla fine produrrà un grande gruppo di batteri visibili ad occhio nudo, che chiamiamo una colonia batterica. Se la fonte originale di batteri conteneva più di un tipo, colonie di diversi tipi di batteri potrebbero crescere sul terreno solido. Quando tocchiamo solo una di quelle colonie con un oggetto sterile e passiamo i batteri in un mezzo liquido o solido sterile, possiamo produrre una coltura pura, che dovrebbe contenere solo un tipo di batteri ., Di routine, i microbiologi lavorano con colture pure per essere in grado di raggiungere conclusioni chiare dai loro esperimenti con un singolo tipo di batteri. Tuttavia, se il loro lavoro non viene svolto in condizioni sterili, i tubi e le piastre possono essere contaminati da altri batteri o anche da alcuni funghi microscopici che vivono nell’ambiente. Se ciò accade, la maggior parte dei microbiologi scarta quella cultura e ricomincia. Ma Fleming era diverso dalla maggior parte dei microbiologi.
Un incidente in attesa di accadere
La mattina di lunedì 3 settembre 1928, Fleming stava tornando da una vacanza in famiglia ., Prima di andare in vacanza, Fleming stava lavorando con un agente patogeno molto comune: lo Staphylococcus aureus. Fleming ha lasciato alcune piastre di vetro Petri sul suo banco di laboratorio, con questi batteri che crescono sulla superficie del mezzo solido. Di solito, queste piastre sarebbero sterilizzate da un tecnico di laboratorio per riutilizzarle in altri esperimenti. Tuttavia, Fleming ha sempre avuto uno sguardo finale a tutti i suoi esperimenti prima di scartarli, anche se sono stati tenuti per settimane in panchina (Figura 1A). Avrebbe estratto casualmente campioni dalla pila di lastre per vedere se fosse successo qualcosa di interessante nelle ultime settimane., Poiché il suo laboratorio era piuttosto primitivo, Fleming avrebbe comunemente contaminazioni sulle sue piastre, che erano spesso causate da lieviti e muffe provenienti dall’ambiente. Ma un piatto sembrava molto diverso, e quando ha notato che piatto, ha notoriamente detto ” Che è divertente….”La piastra era stata inoculata con una densa coltura di batteri, ma era anche contaminata da un fungo microscopico che ha creato una grande colonia sul lato della piastra. Ciò che era insolito era che i batteri non erano in grado di crescere nella zona vicino alla colonia di funghi., C’era un’area perfettamente visibile che circondava il fungo che era completamente priva di batteri; oggi, chiamiamo questa zona di inibizione (Figura 1B). Pertanto, Fleming scoprì che un fungo (Penicillium notatum) stava producendo qualcosa che uccideva lo Staphylococcus aureus, un pericoloso agente patogeno. Fleming aveva appena scoperto un antibiotico, e in un primo momento, ha chiamato questo “succo di muffa” .
- Figura 1 – (A) Sir Alexander Fleming al suo banco di laboratorio a Londra (1943).,
- (B) Fleming osservò che una colonia di un fungo (Penicillum notatum) contaminava una capsula di Petri che era stata inoculata con S. aureus, un pericoloso patogeno batterico. È interessante notare che S. aureus non era in grado di crescere nell’area circostante la colonia di P. notatum. Fleming dedusse che il fungo stava producendo qualcosa che uccideva S. aureus nella zona di inibizione.,
A quel tempo, né Fleming né i suoi colleghi pensavano che questa scoperta potesse avere una reale importanza, e l’importanza effettiva fu dimostrata solo più di un decennio dopo. Tuttavia, Fleming aveva appena scoperto la guerra biologica che esiste tra diversi microrganismi che combattono per lo spazio in un ambiente ricco di sostanze nutritive . Fleming non ha creato la penicillina, ha osservato che una colonia di un fungo microscopico prodotto penicillina come un modo per competere con i batteri per i nutrienti su un piatto quasi scartato., Da allora, i microbiologi hanno cercato in natura nuovi antibiotici, per verificare se altri microrganismi possono produrre antibiotici, e questo approccio ha avuto molto successo. Una volta identificata una nuova sostanza antimicrobica, tale sostanza viene purificata e può essere modificata chimicamente per facilitare la produzione del nuovo antibiotico in grandi quantità o per creare nuove versioni della sostanza originale. Siamo ancora alla ricerca di nuovi antibiotici, e chiunque può essere parte di questo attraverso iniziative come” Tampone e inviare”.
Come funziona la penicillina?,
Il modo in cui la penicillina funziona per inibire la crescita batterica non è stato compreso fino al 1980. Ora sappiamo che la penicillina inibisce l’attività di alcuni enzimi nei batteri chiamati proteine leganti la penicillina (PBP), che sono essenziali per la maggior parte dei batteri per creare un muro che copre le loro cellule. Senza quel muro, le cellule batteriche sono molto più esposte all’ambiente e possono morire molto facilmente quando l’ambiente cambia. In presenza di penicillina, i batteri non possono produrre questa parete cellulare per proteggersi e muoiono., La penicillina fa parte di una famiglia di antibiotici simili chiamati β-lattamici e molti batteri diventano resistenti ai β-lattamici producendo enzimi che degradano questi antibiotici o acquisendo versioni modificate dei PBP che non si legano più alla penicillina .
La resistenza è in aumento
Ciò che Fleming ha anche predetto durante il suo discorso di accettazione del premio Nobel nel 1945 era che i batteri possono diventare resistenti agli antibiotici. Questo sta accadendo solo a causa dell’evoluzione, perché i batteri possono adattarsi molto rapidamente per superare qualsiasi ostacolo che limita la loro crescita., I cambiamenti che aiutano i batteri ad adattarsi possono essere guidati da mutazioni casuali nel loro DNA, e il processo è davvero veloce—si può quasi vedere questo accade in tempo reale! . Inoltre, molti dei microrganismi che producono antibiotici hanno anche geni che li rendono resistenti a quegli antibiotici. I batteri sono molto bravi ad acquisire DNA da altri organismi, per ottenere nuove abilità. Questo è chiamato trasferimento genico orizzontale . Se i batteri patogeni acquisiscono i geni per renderli resistenti a un antibiotico specifico, quell’antibiotico diventa inutile nella clinica., Per prevenire la resistenza agli antibiotici, gli antibiotici dovrebbero essere usati solo quando necessario (ad esempio, i virus non possono essere uccisi dagli antibiotici, quindi non dovrebbero essere presi per le infezioni virali), la dose corretta dovrebbe essere usata (perché una dose troppo bassa può aiutare a creare ceppi resistenti), e dovremmo assumere antibiotici per tutto il tempo in cui sono prescritti, per essere sicuri di uccidere tutti i batteri che causano l’infezione. Se non adottiamo queste misure, potremmo aiutare la diffusione della resistenza agli antibiotici, e questo è un problema enorme., Infatti, i patogeni batterici più pericolosi stanno diventando resistenti a molti antibiotici . Le aziende produttrici di farmaci stanno perdendo interesse nello sviluppo di nuovi antibiotici, perché questi farmaci potrebbero non essere redditizi man mano che la resistenza agli antibiotici cresce. Di conseguenza, la velocità con cui vengono scoperti nuovi antibiotici non è abbastanza veloce per far fronte all’emergere di nuovi agenti patogeni resistenti agli antibiotici. Potremmo presto tornare a un’era pre-antibiotica, in cui le persone infette da batteri non potevano essere trattate in modo efficace.,
Conclusione
La scoperta della penicillina era possibile solo in un laboratorio dove le contaminazioni erano comuni. Il caso ha certamente giocato un ruolo nella scoperta del primo antibiotico, ma la formazione e la pratica di laboratorio di Fleming sono stati essenziali per lui per identificare uno dei farmaci più importanti nella storia umana. Sfortunatamente, a causa della resistenza agli antibiotici, i microbiologi sono in gara con gli agenti patogeni batterici per trovare nuovi modi per trattare le infezioni., Oggi abbiamo una migliore comprensione di come gli agenti patogeni interagiscono con i loro ospiti, come funzionano gli antimicrobici e quali sono i meccanismi di resistenza agli antibiotici. Ma, anche 90 anni dopo la scoperta della penicillina, c’è ancora molto più lavoro necessario per combattere l’attuale crisi antibiotica. Si può essere parte di questo partecipando al tampone e inviare iniziativa!
Glossario
Patogeno: un microrganismo che invade il corpo e causa un’infezione.
Piatto di Petri: un piatto di vetro o di plastica con un coperchio utilizzato per la coltura di cellule viventi.,
Colonia batterica: gruppo di cellule batteriche che crescono insieme sulla superficie di un mezzo solido che sono visibili ad occhio nudo.
Zona di inibizione: Area circostante la fonte di un antibiotico in cui le colonie batteriche non crescono.
Conflitto di interessi
L’autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi rapporto commerciale o finanziario che possa essere interpretato come un potenziale conflitto di interessi.il sito utilizza cookie tecnici e cookie di profilazione di terze parti. Brock Biologia dei microrganismi. 15a Edn., Londra: Pearson.
Marrone, K. 2017. Penicillin Man, Alexander Fleming e la rivoluzione degli antibiotici. Cheltenham: The History Press.
Tampone e inviare iniziativa. Disponibile online all’indirizzo: https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send