小的敌人和朋友

细菌对我们来说是非常重要的。他们住在我们里面,我们使用它们来获得某些营养素从食物,在许多其他的事情(阅读更多年轻人的文章;我们从不孤单:生活与人类微生物群(1])。但一些细菌,被称为病原体,也会导致感染和某些病原体可以是非常危险的。致病性细菌是微生物学的主要科目之一(2),这是微生物的研究:微小的生命形式的肉眼无法看到的。微生物学家细菌被发现以来一直面临着同样的问题。细菌是如何感染人类,最重要的是,有什么能够阻止他们做了什么?

单个细菌只能用显微镜。然而,大多数细菌生长良好的环境中有大量的营养物质,和培养基配方非常丰富的营养素(也称为液体介质)可以用来培养细菌2]。如果无菌试管肉汤和一个小的细菌数量是孵化在一定温度下,液体会变得多云在几个小时内,它甚至可能会改变颜色。如果一种胶状的物质被添加到汤,和混合物加热到融化的果冻,这种物质可以倒在盘子里(也称为培养皿冷静下来,你会得到一个营养果冻也称为固体培养基。细菌可以在表面的固体培养基上培养。如果我们添加足够的细菌,他们将覆盖整个表面的营养果冻。如果细菌是稀释和分散足够的盘子里,单个细菌将复制,它最终将产生一大群细菌肉眼可见的,我们称之为菌落。如果原始的细菌来源包含多个类型,不同种类的细菌群落可能是固体培养基上生长。当我们接触无菌对象只是其中的一个殖民地,通过细菌无菌液体或固体介质,我们可以产生一个纯粹的文化,它应该只包含一种类型的细菌(2]。通常,微生物学家使用纯文化能够从他们的实验得出明确的结论和一个单一类型的细菌。然而,如果他们的工作是没有在无菌条件下,管和板可能会被其他细菌,甚至一些微观真菌污染生活环境中。如果发生这种情况,大多数微生物学家丢弃文化和重新开始。但弗莱明是不同于大多数微生物学家。

一场等着发生的事故…

周一上午,9月3日,1928年,弗莱明从一个家庭假期回来(3]。在他去度假之前,弗莱明正与一个非常常见的病原体:金黄色葡萄球菌。弗莱明在他的实验室里的长椅上,留下一些玻璃培养皿与这些细菌在固体培养基表面生长。通常,这些板块将由一个实验室技术员消毒重用在其他实验。然而,弗莱明总是最后看他的实验之前丢弃他们,即使他们一直在板凳上数周(图1一个)。他会随机样本堆拉板,看看在过去几周发生了什么有趣的东西。因为他的实验室很原始,弗莱明通常会污染他的盘子,这通常是由于酵母菌和霉菌的环境。但是一个盘子看起来非常不同,当他注意到,他曾经说过一句很著名的话:“这是有趣的…。“板的细菌接种密度文化,但它也含有一种微型真菌,创建了一个大殖民地的盘子。不同寻常的是,细菌无法生长在该地区靠近真菌菌落。有一个完美的可见区域周围细菌的真菌,完全免费;今天,我们称之为抑制区(图1 b)。因此,弗莱明发现真菌(点青霉)生产的东西被杀金黄色葡萄球菌,一个危险的病原体。弗莱明刚刚发现的一种抗生素,起初,他称之为“模具汁”(3]。

当时,弗莱明和他的同事们认为,这个发现可能有任何真正的重要性,和实际的重要性只是演示了超过十年后。然而,弗莱明刚刚发现不同微生物之间存在的生物战争夺空间的环境中富含营养物质(2]。弗莱明没有创造青霉素,他观察到一群微观真菌生产青霉素来与细菌的营养竞争almost-discarded板。此后,微生物学家在自然界中寻找新的抗生素,测试是否有其他微生物可以产生抗生素,这种方法非常成功。一旦发现新的抗菌物质,物质是纯化,可能是化学改性,使其更容易产生大量新的抗生素,或创建新版本的原始物质。我们仍然在寻找新的抗生素,任何人都可以通过计划的一部分像“拭子和发送”4]。

青霉素是如何工作的呢?

青霉素可以抑制细菌生长的方式直到1980年才理解。现在我们知道青霉素抑制某些酶在细菌的活动称为penicillin-binding蛋白质(是),都是至关重要的,对于大多数细菌创建一个墙,包括他们的细胞。没有那堵墙,细菌细胞更暴露的环境,和环境变化时他们可能很容易死。在青霉素的出现,细菌不能产生这种细胞墙来保护自己,他们死。青霉素是一个类似抗生素家族的一部分称为β-lactams,和许多细菌产生抗药性β-lactams通过酶降解这些抗生素生产或收购的是修改版本不再绑定到青霉素(2]。

阻力上升…

什么弗莱明还预测在演讲中接受了1945年的诺贝尔奖是细菌对抗生素产生耐药性。这是由于发生了进化,因为细菌可以很快适应克服任何障碍限制其增长。帮助细菌适应的变化可能是由随机突变的DNA,这个过程真的是云海几乎可以看到这发生在真正的时间!(5]。此外,许多微生物产生的抗生素也有基因使他们对这些抗生素产生抗药性。细菌是非常擅长收购其他生物体的DNA,获得新的能力。这就是所谓的水平基因转移(2]。如果病原菌获得的基因使他们对特定抗生素,抗生素就会失效的诊所。为了防止抗生素耐药性,抗生素应该只在必要的时候才使用特权(例如,病毒不能被抗生素杀死,所以他们不应该被病毒感染),应该使用正确的剂量(因为过低的剂量可能会帮助创建耐药菌株),和我们应该采取抗生素为整个时间规定,以确保杀死所有的细菌引起的感染。如果我们不采取这些步骤,我们可以帮助抗生素耐药性的传播,这是一个大问题。事实上,最危险的细菌病原体抗药性许多抗生素(2]。药品生产企业开发新抗生素失去兴趣,因为这些药物随着抗生素耐药性的增长可能不会盈利。因此,发现新的抗生素的速度不够快来应对新出现的,耐抗生素病原体。我们很快就会回到前抗生素时代,人们感染细菌不能有效治疗。

结论

青霉素的发现是只可能在一个实验室污染很常见。机会肯定起了作用在发现了第一种抗生素,但弗莱明的训练和实验室实践必不可少的他来识别人类历史上最重要的药物之一。不幸的是,由于抗生素耐药性,微生物学家比赛中找到新的方法来治疗感染的致病菌。今天,我们有一个更好的了解病原体与宿主相互作用,抗菌素是如何工作的,以及抗生素耐药性的机制是什么。但是,即使90年青霉素的发现后,仍有很多工作需要应对当前抗生素危机。你可以通过参与这部分拭子和发送项目!

术语表

病原体:↑一个微生物侵入人体,引起感染。

培养皿中:↑一个带盖子的玻璃或塑料盘用于文化活细胞。

菌落:↑群细菌细胞生长在固体培养基表面肉眼可见。

抑制区:↑周边地区抗生素的来源的细菌菌落不生长。

的利益冲突

作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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引用

[1]↑Da Silva, G。domingue, s . 2017。我们永远都不会是一个人:生活在人类微生物群。前面。年轻人5:35。doi: 10.3389 / frym.2017.00035

[2]↑马迪根,t . M。本德,k . S。巴克利,d . H。Sattley, w . M。斯特尔,d . a . 2018。布洛克生物学微生物。15日版。伦敦:皮尔森。

[3]↑布朗,k . 2017。青霉素的人,亚历山大·弗莱明和抗生素革命。切尔滕纳姆:历史出版社。

[4]↑拭子和发送计划。网上:https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send

[5]↑Kishony, r . 2016。细菌的进化“Mega-Plate”培养皿。网上:https://commons.wikimedia.org/wiki/File Kishony_lab-The_Evolution_of_Bacteria_on_a_Mega-Plate.webm