Abstract
w 1928 roku Sir Alexander Fleming zaobserwował w swoim laboratorium w Londynie działanie penicyliny zabijające bakterie. Był to pierwszy krok w odkryciu jednego z najważniejszych filarów dzisiejszej medycyny: antybiotyków. Wiele lat zajęło znalezienie sposobu na produkcję penicyliny w dużych ilościach, a produkcja na dużą skalę rozpoczęła się dopiero w 1945 roku., Jednak do dziś Fleming jest uważany za ojca antybiotyków, a bez jego odkrycia nie moglibyśmy leczyć wielu infekcji spowodowanych przez bakterie. Oznacza to, że bez antybiotyków nawet mała zakażona rana może stać się śmiertelna. Ponadto, operacja jest znacznie bezpieczniejsze z antybiotykami, a osoby ze słabym układem odpornościowym (jak dzieci lub osób starszych) może teraz łatwo odzyskać od infekcji bakteryjnych. Jednak bakterie stają się odporne na antybiotyki, co również przewidział Fleming w 1945 roku, podczas jego przemówienia do Nagrody Nobla.,
Mali wrogowie i przyjaciele
bakterie są dla nas bardzo ważne. Żyją na nas i w nas, a my używamy ich, aby uzyskać pewne składniki odżywcze z pożywienia, między innymi (Czytaj więcej w tym artykule Young Minds; nigdy nie jesteśmy sami: żyjąc z ludzką Mikrobiotą ). Ale niektóre bakterie, zwane patogenami, mogą również powodować infekcje, a niektóre patogeny mogą być bardzo niebezpieczne. Bakterie chorobotwórcze są jednym z głównych tematów mikrobiologii , która jest badaniem mikroorganizmów: maleńkich form życia, których nie widać gołym okiem., Mikrobiolodzy stoją przed tymi samymi pytaniami od czasu odkrycia bakterii. Jak bakterie infekują ludzi i co najważniejsze, czy można coś zrobić, aby ich powstrzymać?
pojedynczą bakterię można zobaczyć tylko za pomocą mikroskopu. Jednak większość bakterii dobrze rośnie w środowisku z dużą ilością składników odżywczych, a buliony bardzo bogate w składniki odżywcze (znane również jako ciekłe podłoże) mogą być używane do uprawy bakterii ., Jeśli probówka ze sterylnym bulionem i niewielką liczbą bakterii w niej inkubuje się w określonej temperaturze, ciecz stanie się mętna w ciągu kilku godzin i może nawet zmienić kolor. Jeśli substancja galaretowata zostanie dodana do bulionu, a mieszanina zostanie podgrzana w celu stopienia galaretki, substancja ta może być następnie wylana na talerze (znane również jako szalki Petriego) w celu ostygnięcia, otrzymasz galaretkę bogatą w składniki odżywcze, znaną również jako stałe podłoże. Bakterie mogą być hodowane na powierzchni stałego podłoża. Jeśli dodamy wystarczającą ilość bakterii, pokryją one całą powierzchnię galaretki bogatej w składniki odżywcze., Jeśli bakterie są rozcieńczone i rozłożone wystarczająco na płytce, pojedyncza bakteria powieli się tak bardzo, że w końcu wytworzy dużą grupę bakterii widoczną gołym okiem, którą nazywamy kolonią bakteryjną. Jeśli pierwotne źródło bakterii zawierało więcej niż jeden typ, kolonie różnych rodzajów bakterii mogą rosnąć na stałym podłożu. Kiedy dotykamy tylko jednej z tych kolonii sterylnym przedmiotem i przekazujemy bakterie do sterylnego medium płynnego lub stałego, możemy wytworzyć czystą kulturę, która powinna zawierać tylko jeden rodzaj bakterii ., Rutynowo mikrobiolodzy pracują z czystymi kulturami, aby móc osiągnąć jasne wnioski z eksperymentów z pojedynczym typem bakterii. Jeśli jednak ich praca nie jest wykonywana w sterylnych warunkach, rury i płytki mogą zostać zanieczyszczone przez inne bakterie lub nawet niektóre mikroskopijne grzyby żyjące w środowisku. Jeśli tak się stanie, większość mikrobiologów odrzuca tę kulturę i zaczyna od nowa. Ale Fleming różnił się od większości mikrobiologów.
wypadek czekający…
rankiem w poniedziałek, 3 września 1928 roku, Fleming wracał z rodzinnych wakacji ., Zanim wyjechał na wakacje, Fleming pracował z bardzo powszechnym patogenem: Staphylococcus aureus. Fleming zostawił kilka szklanych naczyń Petriego na swojej ławce laboratoryjnej, z tymi bakteriami rosnącymi na powierzchni stałego podłoża. Zazwyczaj płyty te byłyby sterylizowane przez technika laboratoryjnego, aby ponownie wykorzystać je w innych eksperymentach. Jednak Fleming zawsze miał ostateczne spojrzenie na wszystkie swoje eksperymenty przed odrzuceniem ich, nawet jeśli były przechowywane przez tygodnie na ławce (rysunek 1A). Wyrywał losowo próbki ze stosu talerzy, aby sprawdzić, czy coś ciekawego się wydarzyło w ciągu ostatnich kilku tygodni., Ponieważ jego laboratorium było dość prymitywne, Fleming często miał zanieczyszczenia na swoich płytach, które były często spowodowane przez drożdże i pleśnie z otoczenia. Ale jeden talerz wyglądał zupełnie inaczej, a kiedy zauważył ten talerz, powiedział słynnie: „to zabawne….”Płyta została zaszczepiona gęstą hodowlą bakterii, ale została również zanieczyszczona mikroskopijnym grzybem, który stworzył dużą kolonię na boku płyty. Niezwykłe było to, że bakterie nie były w stanie rosnąć na obszarze w pobliżu kolonii grzybów., Wokół grzyba był doskonale widoczny obszar, który był całkowicie wolny od bakterii; dziś nazywamy to strefą hamowania (ryc. 1B). Dlatego Fleming odkrył, że grzyb (Penicillium notatum) produkuje coś, co zabiło Staphylococcus aureus, niebezpieczny patogen. Fleming właśnie odkrył antybiotyk i na początku nazwał ten „sok z pleśni”.
- Rysunek 1 – (A) Sir Alexander Fleming na swojej ławce laboratoryjnej w Londynie (1943).,
- (B) Fleming zauważył, że kolonia grzyba (Penicillum notatum) zanieczyściła szalkę Petriego, która została zaszczepiona S. aureus, niebezpiecznym patogenem bakteryjnym. Co ciekawe, S. aureus nie był w stanie rosnąć na obszarze otaczającym kolonię P. notatum. Fleming wywnioskował, że grzyb produkował coś, co zabiło S. aureus w strefie zahamowania.,
w tym czasie ani Fleming, ani jego koledzy nie sądzili, że to odkrycie może mieć jakiekolwiek realne znaczenie, a rzeczywiste znaczenie zostało udowodnione dopiero ponad dekadę później. Jednak Fleming właśnie odkrył wojnę biologiczną, która istnieje między różnymi mikroorganizmami walczącymi o przestrzeń kosmiczną w środowisku bogatym w składniki odżywcze . Fleming nie stworzył penicyliny, zauważył, że kolonia mikroskopijnego grzyba produkowała penicylinę jako sposób konkurowania z bakteriami o składniki odżywcze na prawie odrzuconej płytce., Od tego czasu mikrobiolodzy poszukiwali w przyrodzie nowych antybiotyków, aby sprawdzić, czy inne mikroorganizmy mogą produkować antybiotyki, a to podejście okazało się bardzo skuteczne. Po zidentyfikowaniu nowej substancji przeciwdrobnoustrojowej substancja ta jest oczyszczana i może być modyfikowana chemicznie, aby ułatwić wytwarzanie nowego antybiotyku w dużych ilościach lub tworzenie nowych wersji pierwotnej substancji. Nadal szukamy nowych antybiotyków, a każdy może być częścią tego poprzez inicjatywy takie jak „wymaz i wyślij”.
jak działa penicylina?,
sposób, w jaki penicylina hamuje wzrost bakterii, nie został poznany aż do 1980 roku. Teraz wiemy, że penicylina hamuje aktywność niektórych enzymów w bakteriach zwanych białkami wiążącymi penicylinę (PBP), które są niezbędne dla większości bakterii do tworzenia ściany, która pokrywa ich komórki. Bez tej ściany, komórki bakteryjne są znacznie bardziej narażone na środowisko, i mogą umrzeć bardzo łatwo, gdy środowisko się zmienia. W obecności penicyliny bakterie nie mogą wytwarzać tej ściany komórkowej, aby się chronić i umierają., Penicylina jest częścią rodziny podobnych antybiotyków zwanych β-laktamami, a wiele bakterii staje się opornych na β-laktamy albo przez produkcję enzymów, które degradują te antybiotyki lub przez nabywanie zmodyfikowanych wersji PBP, które nie wiążą się z penicyliną więcej .
opór rośnie…
to, co Fleming przewidział również podczas swojego przemówienia, przyznając nagrodę Nobla w 1945 roku, to że bakterie mogą stać się oporne na antybiotyki. Dzieje się tak właśnie ze względu na ewolucję, ponieważ bakterie mogą bardzo szybko przystosować się do pokonania każdej przeszkody ograniczającej ich wzrost., Zmiany, które pomagają bakteriom w adaptacji, mogą być napędzane przez losowe mutacje w ich DNA, a Proces jest naprawdę szybki—prawie widać, że dzieje się to w czasie rzeczywistym! . Ponadto wiele mikroorganizmów wytwarzających antybiotyki posiada również geny, które czynią je odpornymi na te antybiotyki. Bakterie są bardzo dobre w pozyskiwaniu DNA od innych organizmów, aby uzyskać nowe zdolności. Jest to tzw. horyzontalny transfer genów . Jeśli patogenne bakterie nabywają geny, aby uczynić je odpornymi na konkretny antybiotyk, antybiotyk ten staje się bezużyteczny w klinice., Aby zapobiec oporności na antybiotyki, Antybiotyki powinny być stosowane tylko wtedy, gdy jest to konieczne (na przykład wirusy nie mogą być zabite przez antybiotyki, więc nie powinny być przyjmowane na infekcje wirusowe), należy zastosować odpowiednią dawkę (ponieważ zbyt mała dawka może pomóc w stworzeniu opornych szczepów), i powinniśmy przyjmować antybiotyki przez cały czas są one przepisywane, aby upewnić się, aby zabić wszystkie bakterie powodujące infekcję. Jeśli nie podejmiemy tych kroków, możemy pomóc w rozprzestrzenianiu się oporności na antybiotyki, a to jest ogromny problem., W rzeczywistości najbardziej niebezpieczne patogeny bakteryjne stają się odporne na wiele antybiotyków . Firmy produkujące leki tracą zainteresowanie opracowywaniem nowych antybiotyków, ponieważ leki te mogą nie być opłacalne w miarę wzrostu oporności na antybiotyki. W związku z tym szybkość odkrywania nowych antybiotyków nie jest wystarczająco szybka, aby poradzić sobie z pojawieniem się nowych, odpornych na antybiotyki patogenów. Wkrótce możemy wrócić do epoki przed antybiotykowej, w której ludzie zakażeni bakteriami nie mogli być skutecznie leczeni.,
wnioski
odkrycie penicyliny było możliwe tylko w laboratorium, w którym zanieczyszczenia były powszechne. Przypadek z pewnością odegrał rolę w odkryciu pierwszego antybiotyku, ale szkolenie i praktyka laboratoryjna Fleminga były dla niego niezbędne do zidentyfikowania jednego z najważniejszych leków w historii ludzkości. Niestety, ze względu na oporność na antybiotyki, mikrobiolodzy są w wyścigu z patogenami bakteryjnymi, aby znaleźć nowe sposoby leczenia infekcji., Dzisiaj mamy lepsze zrozumienie, w jaki sposób patogeny wchodzą w interakcje z gospodarzami, jak działają środki przeciwdrobnoustrojowe i jakie są mechanizmy oporności na antybiotyki. Ale nawet 90 lat po odkryciu penicyliny, nadal jest o wiele więcej pracy potrzebnej do walki z obecnym kryzysem antybiotykowym. Możesz być tego częścią, uczestnicząc w inicjatywie wymaz i wyślij!
Słowniczek
patogen: mikroorganizm, który atakuje organizm i powoduje infekcję.
szalka Petriego: szklane lub plastikowe naczynie z pokrywką używane do hodowli żywych komórek.,
Kolonia bakteryjna: grupa komórek bakteryjnych rosnących razem na powierzchni stałego podłoża, które są widoczne gołym okiem.
Strefa hamowania: obszar otaczający źródło antybiotyku, w którym nie rosną kolonie bakteryjne.
konflikt interesów
autor oświadcza, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Madigan, T. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., Sattley, W. M., and Stahl, D. A. 2018. Biologia mikroorganizmów. 15. Edn., Warszawa: Pearson.
Człowiek penicylina, Alexander Fleming i rewolucja antybiotyków.
Dostępny online pod adresem: https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send