Fascynujący świat niewidzialnych organizmów

„Fascynujący świat niewidzialnych organizmów”
Dnia 23. września bieŜącego roku, klasa III „c” i „d” Gim. 1, udały się na XII Festiwal
Edukacyjny, który odbył się na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Lekcja festiwalowa
miała na celu przybliŜyć uczniom zasady stosowania antybiotyków oraz wynikające z nich korzyści
i zagroŜenia. Zajęcia poprowadziły pani dr Dorota Kossak, dr Agata Krawczyk - Balska, oraz dr
Magdalena Popowska.
Uczniowie zastali w sali profesjonalny sprzęt chemiczny, który był do ich dyspozycji
(oczywiście pod nadzorem specjalistów). Dzięki moŜliwości przeprowadzania doświadczeń przez
gimnazjalistów zajęcia były ciekawsze i bardziej owocne niŜ jakikolwiek wykład o antybiotykach.
Do naszej dyspozycji były równieŜ dwa gatunki bakterii, oraz krąŜki nasycone odpowiednimi
antybiotykami, a takŜe mini - informatory, które umoŜliwiały dokładniejsze śledzenie przebiegu
zajęć.
„NajwaŜniejszym
etapem
rutynowej
diagnostyki mikrobiologicznej jest oznaczenie
wraŜliwości mikroorganizmów na leki.
Podstawowym
i
najbardziej
rozpowszechnionym testem w oznaczaniu wraŜliwości
na działanie leków i związków o działaniu
przeciwdrobnoustrojowych jest test oparty o dyfuzję
antybiotyku z krąŜka bibułowego w Ŝelu agarowym.
Metoda polega na umieszczeniu krąŜka bibułowego
nasączonym badanym związkiem na odpowiednim
podłoŜu agarowym zaszczepionym badanym szczepem
drobnoustroju, którego lekowraŜliwość chcemy
poznać. Związek umieszczany w odpowiedniej ilości
na krąŜku dyfunduje w agarze. StęŜenie związku jest najwyŜsze w pobliŜu krąŜka i spada w miarę
wzrostu odległości od jego środka. Miarą wraŜliwości badanego szczepu jest wielkość średnicy
strefy zahamowania wzrostu wokół krąŜka nasyconego antybiotykiem. Organizmy bardziej oporne
na działanie leku są w stanie rosnąć w mniejszej odległości od krąŜka (w niektórych przypadkach w
ogóle nie dając strefy zahamowania wzrostu), a te mniej oporne, wytrzymujące jedynie niŜsze
stęŜenia, zaczynają rosnąć w nieco większej odległości od krąŜka niŜ organizmy oporne.” (fragment
ulotki informacyjnej, jaką wręczyły nam Panie prowadzące zajęcia-mamy nadzieję, Ŝe rozpoznajecie
cechy stylu naukowego- przyp. red. .)
Po krótkim wykładzie nadszedł czas na najbardziej oczekiwaną część lekcji:
EKSPERYMENTY. Celem badania było oznaczenie metodą dyfuzyjną wraŜliwości wybranych
gatunków bakterii (1. Eschericha coli – gramoujemna pałeczka; 2. Microcococcus luteus –
gramdodatni ziarniak) na róŜne antybiotyki. Doświadczenie zostało przeprowadzone w następującej
kolejności:
− Otrzymane hodowle bakterii (podłoŜe płynne) rozcieńczono w probówkach w roztworze soli
fizjologicznej (10-4).
− Na przygotowanie płytki z podłoŜem stałym (agar odŜywczy), wysiano za pomocą sterylnej
wymazówki rozcieńczone hodowle.
− Na tak przygotowane płytki agarowe połoŜono, za pomocą zdezynfekowanej pęsety, krąŜki
nasączone odpowiednim antybiotykiem.
− Płytki inkubowano w temperaturze 30°C przez 24 godziny. Po upłynięciu czasu inkubacji
dokonano odczytu, mierząc powstałe strefy zahamowania wzrostu.
− W naszej szkolnej sali biologicznej oceniono wraŜliwość szczepu na poszczególne antybiotyki.
ANTYBIOTYKI
Antybiotyki [gr. antí ‘przeciw’, ‘naprzeciw’, biotikós ‘dotyczący Ŝycia’] to grupa leków
mających zdolność niszczenia bakterii lub hamowania ich wzrostu. Antybiotyki nie działają (lub
działają w znikomy sposób) na zdrowe komórki organizmu. Początkowo otrzymywane były z
hodowli głównie grzybów czy bakterii, obecnie wiele z nich wytwarza się sztucznie.
Pierwsze antybiotyki powstały na bazie penicyliny, odkrytej 1928 przez A. Fleminga, 1942
wprowadzonej do lecznictwa dzięki badaniom H.W. Floreya i E.B. Chaina (1945 wszyscy trzej
otrzymali Nagrodę Nobla). Nazwa antybiotyki została stworzona 1945 przez S.A. Waksmana.
Mechanizm działania tych leków jest róŜny: niektóre uszkadzają błonę komórkową bakterii,
powodując rozpad komórki (tak działa np. penicylina), inne hamują syntezę białka przez bakterię i
tym samym uniemoŜliwiają jej wzrost i podział (np. tetracykliny, makrolidy).
Antybiotyki, często naduŜywane, stosowane niewłaściwie lub zbyt krótko, wywołują
powstawanie wśród bakterii zjawiska tzw. oporności, która polega na wytwarzaniu specjalnych
białek (przykładem moŜe być obecność w wielu bakteriach tzw. beta-laktamazy), rozkładających
dany antybiotyk, co powoduje brak jego niszczącego działania na dany szczep bakterii (oporne
drobnoustroje niszczą cząsteczkę antybiotyku, zanim ta zdąŜy uszkodzić bakterię). PoniewaŜ Ŝaden
antybiotyk nie działa na wszystkie rodzaje
bakterii, powinien być ściśle dobrany, często
trzeba wykonywać szereg badań (np. posiew z
antybiogramu) w celu ustalenia drobnoustroju,
który wywołał chorobę, oraz jego oporności na
antybiotyki.
Wiele antybiotyków niszczy florę
bakteryjną przewodu pokarmowego i w związku
z tym pozbawia ustrój witamin przez nią
wytworzonych.
Zakłóca
to
równowagę
doprowadzając
do
mikrobiologiczną,
niepohamowanego rozwijania się innych bakterii
i grzybów na dane antybiotyki niewraŜliwych.
Rozwija się wówczas stan zapalny błon
śluzowych, szczególnie dokuczliwy w jamie ustnej, pochwie, odbytnicy, dochodzi do wymiotów i
biegunki.
CZYM SĄ BAKTERIE?
Bakterie [gr. bakterion ‘laseczka’] są organizmami jednokomórkowymi o prostej budowie,
wielkości od 0,2 do kilkudziesięciu µm (mikrometrów). Stanowią grupę mikroorganizmów bardzo
zróŜnicowanych i nie są ujęte w jednolity system klasyfikacji. Komórki bakterii nie zawierają
wydzielonych struktur wewnątrzkomórkowych, organelii, takich jak mitochondria, lizosomy lub
chloroplasty, natomiast waŜnym elementem strukturalnym jest sztywna ściana komórkowa (jedynie
rodzaj Mycoplasma jest jej pozbawiony). Liczne gatunki wytwarzają polisacharydową otoczkę,
często warunkującą ich chorobotwórczość, ułatwiającą przyleganie do podłoŜa lub komórek
gospodarza, takŜe chroniącą b. przed fagocytozą. MnoŜą się przez podział poprzeczny komórki, w
sprzyjających warunkach bardzo szybko (co 30–40 min)!
PODZIAŁ BAKTERII
Morfologicznie wyróŜnia się bakterie kuliste (ziarenkowce, gronkowce), cylindryczne
(pałeczki, laseczki), spiralne (przecinkowce, krętki) oraz nitkowate. Pod względem sposobów
zdobywania energii większość gatunków to heterotrofy (bakterie cudzoŜywne) czerpiące energię z
rozkładu związków organicznych rzadziej występują autotrofy (bakterie samoŜywne), czerpiące
energię ze światła (fotoautotrofy) lub utleniania związków nieorganicznych (chemoautotrofy).
Uwzględniając inne wymagania środowiskowe bakterie dzieli się na tlenowe, względnie
beztlenowe oraz rosnące w warunkach
beztlenowych. Niektóre gatunki w warunkach
niekorzystnych
wytwarzają
przetrwalniki
(endospory), które mogą trwać w stanie
utajenia przez setki lat. WyróŜnia się bakterie
nieruchliwe oraz posiadające zdolność ruchu,
poruszające się ruchem ślizgowym lub za
pomocą rzęsek.
Uwzględniając
oddziaływanie
na
organizmy roślinne i zwierzęce, równieŜ
człowieka,
bakterie
dzieli
się
na
niechorobotwórcze i chorobotwórcze. niektóre
rodzaje (riketsje, chlamydie) Ŝyją tylko w
komórkach zakaŜonego organizmu i nie są
zdolne do wzrostu na podłoŜach sztucznych, pozbawionych komórek. Bakterie nie rozmnaŜają się
płciowo, tym niemniej istnieją mechanizmy wymiany materiału genetycznego między komórkami:
niektóre szczepy wytwarzają wypustki (tzw. fimbrie lub pile), którymi przekazują między sobą
materiał genetyczny - DNA. MoŜliwe jest teŜ pobranie i wbudowanie w chromosom obcego DNA,
uwolnionego ze zniszczonej komórki, DNA moŜe być przenoszone do innej komórki przez
bakteriofaga. W komórkach wielu rodzajów bakterii występują niezaleŜne od chromosomu elementy
genetyczne zbudowane z DNA, zwane plazmidami. Replikacja plazmidów jest niezaleŜna od
podziałów komórki bakteryjnej, niektóre plazmidy mogą wymieniać część DNA między sobą lub
chromosomem gospodarza. Plazmidy warunkują niektóre istotne właściwości bakteryjne, np.
oporność na leki przeciwbakteryjne, sole metali cięŜkich lub promieniowanie nadfioletowe (tzw.
plazmidy R), zdolność do rozkładu niektórych związków, lub zjadliwość bakterii, gdyŜ są
odpowiedzialne za wytwarzanie toksyn lub inwazyjność komórek. Niektóre plazmidy kodują
bakteriocyny, substancje hamujące wzrost innych bakterii oraz są zdolne do przenoszenia się między
bakteriami, szybko nadając całej grupie nowe cechy.
WYSTĘPOWANIE I FUNKCJE
Bakterie występują powszechnie w otoczeniu człowieka, w wodzie, glebie, poŜywieniu, są
zawieszone w powietrzu. W przyrodzie odgrywają podstawową rolę w obiegu pierwiastków:
rozkładając związki organiczne uwalniają do środowiska węgiel, azot i siarkę. Nieobecność bakterii
w cyklu przemian tych pierwiastków uniemoŜliwiłaby Ŝycie na Ziemi! Są one teŜ powszechnie
obecne w organizmie ludzkim - wiele gatunków stanowi naturalną florę fizjologiczną: występując
na skórze, w jamie ustnej i górnych drogach oddechowych, w cewce moczowej, pochwie,
przewodzie pokarmowym lub w oku utrudniają wtargnięcie i namnaŜanie się bakterii
chorobotwórczych, syntetyzują witaminy i inne związki wykorzystywane przez organizm
człowieka oraz regulują gospodarkę wodną w jelicie grubym. Niektóre z nich mogą, m.in. w
przypadkach obniŜonej odporności, wywołać zmiany chorobowe. Istnieją teŜ gatunki bezwzględnie
chorobotwórcze, odpowiedzialne za występowanie wielu chorób, m.in. płonicy, gruźlicy, zatruć
pokarmowych, zapalenia układu oddechowego czy nerwowego. Wiele z tych nich wytwarza bardzo
silne toksyny, np. jad kiełbasiany, toksynę tęŜcową lub błoniczą.
W zapobieganiu wielu chorobom wywołanym przez bakterie powszechnie stosuje się
szczepionki. Mała złoŜoność komórki b. i bardzo szybkie tempo wzrostu zostały wykorzystane w
badaniach podstawowych; prostota budowy chromosomu bakteryjnego ułatwiła poznanie struktury i
regulacji działania genów organizmów wyŜszych. Przenosząc pewne cechy bakterii do innych
wykazano, Ŝe DNA jest chemicznym nośnikiem informacji genetycznych. Badania genetyki bakterii
umoŜliwiły poznanie wielu mechanizmów regulujących aktywność genów. Bakterie wykorzystuje
się w procesach klonowania DNA jako komórki gospodarzy, słuŜące namnaŜaniu wektorów
informacji genetycznych lub uzyskiwaniu produktów klonowanych genów. Są od wielu lat
wykorzystywane w przemyśle spoŜywczym, głównie fermentacyjnym, farmaceutycznym (bakterie
wytwarzające wiele antybiotyków) lub do syntezy innych substancji stosowanych w lecznictwie, np.
streptodornazy i streptokinazy. Niektóre gatunki bakterii gromadzą w cytoplazmie materiały
zapasowe lub inne, pobierane z otoczenia w postaci ziarnistości. Były podejmowane próby
wykorzystania tej cechy np. do otrzymywania siarki, miedzi lub złota. Bakterie są równieŜ
wykorzystywane w biologicznych oczyszczalniach ścieków.
MoŜna więc śmiało powiedzieć, Ŝe bakterie nie tylko są źródłem chorób - mają teŜ
pozytywne cechy.
PENICYLINA
Pierwszy antybiotyk został odkryty w 1929 r. przez Aleksandra Fleminga, który
zaobserwował hamujący wpływ grzyba Penicillium notatum na bakterie gatunku Staphylococcus.
Stąd teŜ nazwa tego antybiotyku. Penicylina działa bakteriobójczo i bakteriostatycznie. Hamuje
wbudowywanie kwasu N-acetylomuraminowego do ściany komórkowej. Ponadto wywołuje lizę
(rozpad) ściany komórkowej.
Penicylina działa na bakterie gramdodatnie.
Penicylina jest wykorzystywana w leczeniu zapalenia meningokokowego opon mózgowych,
ostrego i przewlekłego zapalenia migdałków, anginy, infekcji górnych dróg oddechowych, zapalenia
płuc (płatowego, odoskrzelowego), rozstrzenia oskrzeli, ropni płuc; ropnych schorzeń jamy
brzusznej; ostrego i podostrego zapalenia wsierdzia, posocznicy; ostrej choroby reumatycznej; kiły,
rzeŜączki, róŜy, róŜycy, promienicy, wąglika, płonicy. Od samego początku penicylina jest równieŜ
stosowana w leczeniu zakaŜonych ran, zapalenia szpiku, zakaŜeń połogowych, zapalenia otrzewnej i
zapalenia dróg moczowych. Ponadto osłonowo w chirurgii.
Po wstrzyknięciu penicyliny przy współistniejącej alergii na ten lek, moŜe wystąpić wstrząs
anafilaktyczny (po kilku do kilkunastu minutach od podania).
CIEKAWOSTKI- literacki opis działania bakterii- Melchior Wańkowicz fragment ksiąŜki
„Szkice spod Monte Cassino”
„Tymczasem w tej ranie rozgorzała zawzięta walka. Skrzep spełnił jedyne swoje zadanie —
wstrzymał upływ krwi i obumarł; jako martwa juŜ tkanka nie mógł przeszkadzać przenikaniu w głąb
zarazków, które olbrzymia silą ssąca pocisku wciągnęła wraz ze strzępami munduru,
zanieczyszczonej skóry i ziemi.
Pierwsze na łup ruszyły beztlenowce. Przodują w ataku mając gotowa broń — exotoksynę,
którą wydzielają, same nie umierając. To one powodują zgorzel gazową (gangrenę), porywającą
tłumy ofiar w przedpenicylinowych czasach. Bakterie gnilne są beztlenowe — dąŜą, by jak
najszybciej zaszyć się w tkankę podskórną, tkankę zmiaŜdŜenia, gdzie Ŝaden pęcherzyk tlenu nie
stanie na ich drodze.
Przeciw nim organizm Tereszczuka posyła specjalnie ćwiczone oddziały przeciwjadów,
antytoksyny wrodzone i nabyte w ciągu Ŝycia, czynniki bakteriologiczne.
Za bakteriami beztlenowymi poszedł zgiełkliwy tłum — zbieranina bakterii ropotwórczych.
Bytujące sobie na skórze Tereszczuka okazały się nielojalną mniejszością, która jak tylko powstał
wyłom w ciele, jak tylko obcy czynnik przełamał granicę — rzuciły się na osłabiony organizm, który
był ich domem.
Szły esowatymi zagonami łańcuszkowce, szły grupami szturmowymi — po cztery, po sześć,
po osiem — paciorkowce. Szły liczne ich szczepy, niektóre wspierając się, inne współwalcząc ze
sobą. Szedł licznym klanem najczęstszy — gronkowiec złocisty.
Na ośrodek oddechowy! Na ośrodek naczyniowy! Na wątrobę! Na nerki! Na wszystko, co
utrzymuje Ŝycie. Gęstym murem przeciwko nim zbiły się tuŜ za strupem zmobilizowane leukocyty —
białe ciałka, krwi. Wypuściły macki, groŜą, ale same są w strachu. Dopadnięty przez większą ilość
przeciwników poszczególny leukocyt, dostawszy się w wydzieliny bakterii, obumiera- Jeśli jednak
przeciwwaga sił nie jest raŜąca, leukocyt obejmuje mackami, na podobieństwo ameby, bakterię,
trawi ją, ale sam obumiera.
Straszna walka rozgrywa się w ciele Tereszczuka. Jeśli bakterie pokonają leukocyty, zatrują
najpierw swymi jadami organizm, a potem go zabiją. Niewiadomy jeszcze wynik tej walki.
LeŜał tak do wieczora i znowuŜ całą noc — do rana. JuŜ półtorej doby. Co było w dole ciała,
nie wiedział. Wiedział, Ŝe usta mu chrzęszczą zeschłym oddechem, Ŝar piekielny stoi w ciele.
Specjalna komórka sygnalizacyjna w mózgu na gwałt alarmowała, uprzedzała o wzrastającym, zakwaszeniu organizmu, które sprzyja rozwojowi bakterii. Cierpiał z pragnienia strasznie.”
W 30 cm warstwie gleby, na powierzchni 1 ha. Ŝyje do 1 tys. drobnoustrojów —
najliczniejsze są grzyby i bakterie dzięki bakteriom przebiegają procesy krąŜenia materii w
przyrodzie — prowadzą one rozkład substancji organicznej w wodzie i glebie oraz wykorzystują
azot cząsteczkowy z powietrza.
.
Najstarszymi śladami Ŝycia były komórki przypominające bakterie, pochodzące sprzed 3,5
mld lat.
Bakterie są bardzo wytrwałe. Posiadają nawet zdolności do odradzania się. Przeprowadzono
nawet doświadczenie – bakterie przetrwały pewien czas na obcej planecie. Po przetransportowaniu
ich na Ziemię, odrodziły się.
A teraz opowieść mroŜąca krew w Ŝyłach:
W pół roku po zakończeniu prac badawczych nad szczątkami króla Kazimierza
Jagiellończyka zmarła pierwsza osoba, mająca styczność z monarszym grobowcem. Wiosną 1974
roku odszedł architekt Feliks Dańczak (49 lat, wylew krwi do mózgu). Zaraz po nim zmarł główny
specjalista do spraw konserwacji Wawelu dr inŜ. Stefan Walczy (wylew ogólny). Następnie
kierownik pracowni architektonicznej inŜ. Kazimierz Hurlak oraz kierownik Działu Budowy na
Wawelu inŜ. Jan Myrlak (51 lat, pęknięcie tętniaka).W ciągu 10 lat zmarło 15 osób zaangaŜowanych
wcześniej w eksplorację królewskiego grobowca.
Seria tajemniczych zgonów nasunęła analogię do słynnej klątwy Tutenchamona , jaka spadła
na archeologów , którzy w 1922 roku odkryli w Egipcie grobowiec tegoŜ faraona. Chodzi o serię
nagłych śmierci badaczy grobowca egipskiego władcy.
Wyjaśnieniem sprawy moŜe być mikrob Aspergillus flavus odkryty w grobowcu polskiego
króla. Mikrob ten jest bardzo groźny i występuje powszechnie (grobowiec jest tylko szczególnym
przypadkiem ekologicznym). Najczęściej wywołuje zawały serca, wylewy krwi i kilkanaście odmian
raka.
Najprawdopodobniej "przetrwał" od czasów średniowiecza i po otwarciu grobowca w
sprzyjających warunkach uaktywnił się.
Bibliografia:
Melchior Wańkowicz „Szkice spod Monte Cassino”
Broszura przygotowana przez Instytut Mikrobiologii na lekcję festiwalową
http://valery.fm.interia.pl/tajemnice_wawelskiego_wzgorza.html
http://portalwiedzy.onet.pl