Microbes 13

14 16

Magdalena Thysiadou Experimental High School of University of Macedonia Thessaloniki, Greece [email protected]

Microbes Increased Resistance In Antibiotics

Η Αύξηση Της Αντοχής Των Μικροοργανισμών Στα Αντιβιοτικά

What are microbes?

Τι είναι τα μικρόβια;

Microbes are unseen organisms, Τα μικρόβια είναι οργανισμοί simple in construction and usually αόρατοι, απλοί στην κατασκευή unicellular. We can't see them with και συνήθως μονοκύτταροι. Δεν naked eye as their size is smaller μπορούμε να τους διακρίνουμε με than 0,1mm. Many microγυμνό μάτι, γιατί έχουν μέγεθος organisms compose the natural μικρότερο από 0,1 mm. Πολλοί flora of the human and they can μικροοργανισμοί αποτελούν τη become, under specific φυσιολογική χλωρίδα του circumstances, pathogenic. A part ανθρώπου και μπορούν, κάτω από from the micro-organisms of the ειδικές συνθήκες, να γίνουν natural flora of humans there are παθογόνοι. Εκτός από τους around us millions of other μικροοργανισμούς της organisms. The intrusion of these φυσιολογικής χλωρίδας του pathogenic micro-organisms to the ανθρώπου υπάρχουν γύρω μας εκατομμύρια άλλοι organism of the human is called contamination, while their μικροοργανισμοί. Η είσοδος των 1. DIFFERENT SPECIES OF παθογόνων αυτών installation and their multiplication MICROBES inside the organism are called μικροοργανισμών στον οργανισμό infection. The diseases, which are caused by του ανθρώπου ονομάζεται μόλυνση, ενώ η pathogenic micro-organisms, are called infectious. εγκατάσταση και ο πολλαπλασιασμός τους Many bacteria threaten our ονομάζεται λοίμωξη. Οι ασθένειες health via the substances they που προκαλούνται από produce. These substances are παθογόνους μικροοργανισμούς called toxins and are distinguished ονομάζονται λοιμώδη νοσήματα. to endotoxins and exotoxins. The Πολλά βακτήρια απειλούν την pathogenic micro-organisms are υγεία μας μέσω των ουσιών που transmitted to the human by food, παράγουν. Οι ουσίες αυτές water, contact with contaminated ονομάζονται τοξίνες και animals, trickles of cough, by direct διακρίνονται σε ενδοτοξίνες και 2. ANTIBIOTICS contact with contaminated humans εξωτοξίνες. Οι παθογόνοι and finally by the indirect contact with objects μικροοργανισμοί μεταδίδονται στον άνθρωπο με

epm

20

epm

14 16

EPM

History of Science and Technology την τροφή και το νερό, με την επαφή και με τα μολυσμένα ζώα, με τα σταγονίδια του βήχα ασθενούς ατόμου, με την άμεση επαφή με μολυσμένα άτομα, καθώς και με την έμμεση επαφή με αντικείμενα που έχουν χρησιμοποιηθεί από μολυσμένο άτομο. Συνήθως εισέρχονται στον οργανισμό από κάποια ασυνέχεια του δέρματος ή από τους βλεννογόνους που υπάρχουν σε κοιλότητες του οργανισμού όπως το στόμα, το στομάχι, ο κόλπος.

which have been used by these humans. They usually enter our organism from a discontinuity of the skin or from mucomembranous which are in some organs such as mouth, stomach and vagina.

What are antibiotics? Antibiotics are chemical substances with antimicrobiological effect, which are produced by bacteria, fungus and 3. DOCTORS USUALLY plants which act by stopping or SUGGEST ANTIBIOTIC obstructing a special industrial reaction TREATMENT of the micro-organisms. The dealing with the micro-organisms can be achieved with the use of these medicines, which Τι είναι τα αντιβιοτικά; either stop the development of the microbes or they Τα αντιβιοτικά είναι χημικές ουσίες με just kill them and they are distinguished to αντιμικροβιακή δράση, που παράγονται από 1.antibiotics, which stop the structure of the cell βακτήρια, μύκητες και φυτά. Τα αντιβιοτικά είτε τοιχώματος, 2.antibiotics, which stop the structure αναστέλλουν την ανάπτυξη των μικροβίων είτε of the proteins of a microbe, 3.antibiotics, which act τα φονεύουν και διακρίνονται στα against the cells' membrane and Μικροβιοστατικά και στα 4.antibiotics, which act against the Μικροβιοκτόνα. structure of DNA. Ανάλογα με τη δράση τους χωρίζονται σε: 1. Αντιβιοτικά που αναστέλλουν τη σύνθεση του Historic flashback The history of Microbiology starts κυτταρικού τοιχώματος 2. Αντιβιοτικά που αναστέλλουν τη in the middle of the 17th century when the Dutchman, Antony van σύνθεση των πρωτεϊνών του Leeuwenhoek (1632-1732) with the μικροβίου 3. Αντιβιοτικά που primitive microscopes, which he made δρουν έναντι της κυτταρικής by himself, observed living microbes, μεμβράνης και 4. Αντιβιοτικά που which he described and designed. δρουν έναντι της σύνθεσης του The real importance of microbes for DNA. the economy of the nature and the pathology of human was proved by the Ιστορική αναδρομή 4. MICROSCOPE, IS A USEFUL French chemist Louis Pasteur (1822Η ιστορία της Μικροβιολογίας TOOL FOR MICROBE 1895). In 1876 the German Robert αρχίζει από τα μέσα του 17ου RESEARCH Koch proved that, a Bacil was the αιώνα, όταν ο Ολλανδός Antony reason for the disease of anthrax. van Leeuwenhoek (1632-1732) με πρωτόγονα In 1882 he studied tuberculosis in humans and in μικροσκόπια, τα οποία κατασκεύασε μόνος, a short period of time he described the bacterium of παρατήρησε ζώντα πρωτόζωα και μικρόβια τα tuberculosis which is known as Koch's bacterium. οποία περιέγραψε και σχεδίασε. Tην πραγματική

epm

21

epm

14 16

EPM

History of Science and Technology

σημασία των μικροβίων για He also formulated the την οικονομία της φύσης και requirements which are called την παθολογία του ανθρώπου Koch's criteria. According to απέδειξε με τις παρατηρήσεις these criteria a disease is του ο Γάλλος χημικός Louis caused by a pathogenic microPasteur (1822-1895). Το organisms when this micro1876 ο Γερμανός ιατρός organism: 1) is detected in the tissues or the fluids of an ill Robert Koch (1843-1910) person or in the organism of απέδειξε ότι ένας Βάκιλος human, who died from this ήταν το αίτιο της νόσου του disease 2) can be isolated and άνθρακα. Το 1882 ο Koch cultivated in the laboratory 3) μελέτησε τη φυματίωση του can cause the same disease to ανθρώπου και μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα περιέγραψε guinea-pigs but it can also be isolated from them again. An το Βακτηρίδιο της accidental historic discovery φυματίωσης, το οποίο έκτοτε happened in 1928 by Sir αναφέρεται και ως 5. DISKS OF MICROBES Alexander Fleming when he βακτηρίδιο του Koch. noticed the infection of a Επίσης ο Koch διατύπωσε cultivation of a staphylococcus in the agar of a disk τις προϋποθέσεις που ονομάστηκαν κριτήρια του from the fungus, Penicillium notatum, which Koch. Σύμφωνα με τα κριτήρια αυτά, μια caused the ασθένεια οφείλεται disappearance of the σε έναν παθογόνο colonies of μικροοργανισμό, staphylococcus round όταν ο the mould of the μικροοργανισμός fungus. αυτός: 1.Ανιχνεύεται The studies which στους ιστούς ή στα followed were υγρά του ασθενούς ή completed in 1940 with στον οργανισμό the isolation of ατόμων που πέθαναν penicillin. από αυτή την Within a few years ασθένεια, 2.Μπορεί its production start in να απομονωθεί και the USA from να καλλιεργηθεί στο 6. COMPERATIVE STUDY OF ANTIMICROBIC CONSUMPTION IN cultivations in tanks of εργαστήριο, DENMARK (RED), NORWAY(GREEN),SWEDEN (BLUE),GREECE thousands of liter of 3.Μπορεί να (YELLOW) AND CYPRUS (LIGHT BLUE) nutritious solutions, προκαλέσει την ίδια while its use during the Second World War ασθένεια σε πειραματόζωα, αλλά και να decreased the causalities of the allies. απομονωθεί εκ νέου από αυτά. Mία τυχαία In 1945 he won the Nobel for Medicine. It must ιστορική ανακάλυψη έγινε το 1928 από τον Sir also be noted that Fleming has seen the bad side of Alexander Fleming (1881-1955), όταν πρόσεξε his antibiotic as in 1946 he said that giving τη μόλυνση μιας καλλιέργειας σταφυλόκοκκου

epm

22

epm

14 16

EPM

History of Science and Technology

σε άγαρ ενός τριβλίου από τον μύκητα penicillin, even in small installments, can lead to the Penicillium notatum που προκάλεσε την development of resistant microbes. εξαφάνιση των αποικιών του σταφυλόκοκκου The resistance of the micro-organisms isn't a γύρω από την μούχλα του new phenomenon. Since μύκητα. Οι μελέτες που antimicrobic therapy was ακολούθησαν used, namely with penicillin in ολοκληρώθηκαν το 1940 με 1940, the satisfaction for the την απομόνωση της discovery of a new substance πενικιλλίνης. Μέσα σε λίγα followed the disappointment χρόνια άρχισε η παραγωγή for the appearance of resistant της στην Αμερική από to it. The ability of microbes καλλιέργειες σε δεξαμενές to resist against the agency of χιλιάδων λίτρων θρεπτικού the antimicrobic substances διαλύματος, ενώ η χρήση was first recognized by της κατά τη διάρκεια του Β' Ehrilch in 1914 and was Παγκοσμίου Πολέμου called Arzeitestigkeit, which μείωσε δραματικά τις means fortification against απώλειες των συμμάχων. Ο antibiotics. The first Fleming λόγω της mechanism of resistance was 7. ANTONY VAN LEEUWENHOEK συμβολής του στην recorded in 1940 by Abraham επιστήμη της ιατρικής πήρε το Νόμπελ το 1945. and Chain, who isolated in colobacterium, an enzyme able to hydrolyze penicillin. With the use of Αξίζει να σημειωθεί ότι ο ίδιος ο Fleming είχε penicillin in 1941 less than 1% of the hospital δει την αχίλλειο πτέρνα του αντιβιοτικού, καθώς microbes were resistant; in 1947 they increased to το 1946 σημειώνει ότι η χορήγηση πενικιλίνης, 38% while today sixty years after the discovery of ακόμα και σε μικρές δόσεις, οδηγούσε σε penicillin the rate goes up to 80%. ανάπτυξη ανθεκτικών στελεχών μικροβίων. H The number of the resistant ικανότητα των μικροοργανισμών να εμφανίζουν pathogenic increases at a very αντοχή στα αντιβιοτικά δεν είναι νέο φαινόμενο. quick pace, while the Από τότε που εφαρμόστηκε η αντιμικροβιακή discovery and the preparation θεραπεία με πενικιλίνη, το 1940, τον of new antimicrobics failed ενθουσιασμό και την ικανοποίηση για την because of the cost of the ανακάλυψη της νέας ουσίας ακολούθησε η research (every new antibiotic απογοήτευση με την εμφάνιση αντοχής των costs about 100-350 million μικροοργανισμών σ' αυτήν. Την ικανότητα των dollars). μικροοργανισμών να αντιστέκονται στη δράση Resistance until now is των αντιμικροβιακών ουσιών αναγνώρισε πρώτος revealed to all of the ο Ehrlich το 1914 και την ονόμασε antimicrobic substances, a lot 8. ROBERT KOCH Arzneifestigkeit δηλαδή οχύρωση απέναντι στα of pathogenic reveal resistance to lots of antibiotics φάρμακα. Ο πρώτος μηχανισμός αντοχής resulting to an increase of the clinical problems, καταγράφηκε το 1940 από τους Abraham και which are caused by these micro-organisms. Chain, οι οποίοι απομόνωσαν κολοβακτηρίδιο, The resistant strain of a micro-organism can be ένα ένζυμο ικανό να υδρολύει την πενικιλίνη. Με prescribed either as the resistance to a specific την εφαρμογή της πενικιλίνης το 1941 λιγότερο

epm

23

epm

14 16

EPM

History of Science and Technology

number of antimicrobic substances or as the από το 1% των νοσοκομειακών στελεχών ήταν resistant strain to two or more antibiotics, which are ανθεκτικά σ' αυτήν, το 1947 αυξήθηκε στο 38%, ενώ σήμερα, 60 χρόνια usually dedicated. Resistance is the result of μετά την ανακάλυψη της πενικιλίνης το ποσοστό change in the structure of the ανέρχεται στο 80%. O cell's DNA. The change αριθμός των ανθεκτικών happens with transmutation παθογόνων μικροβίων or with transmission. During αυξάνεται με γρήγορο the transmutation a lot of ρυθμό, ενώ η ανακάλυψη inversions, duplicities, και παρασκευή νέων additions of nucleides, lack αντιμικροβιακών ουσιών or shift of big parts of DNA έχει ελαττωθεί λόγω happen. The transmission of κόστους της έρευνας DNA happens with the (κάθε νέο αντιβιοτικό 9. ALEXANDER FLEMING coupling of plasmidius, στοιχίζει 100-350εκατ. which compose the most δολάρια). Αντοχή μέχρι important ''device'' of transmission the resistance to τώρα έχει εμφανιστεί σε όλες τις αντιμικροβιακές the clinical strains, with transportation, namely with ουσίες. Πολλοί παθογόνοι μικροοργανισμοί transfer of DNA via the bacterium, and finally with μάλιστα εμφανίζουν αντοχή σε πολλά αντιβιοτικά transformation of DNA. με αποτέλεσμα την αύξηση των κλινικών From the industrial point resistance can be προβλημάτων που οφείλονται στους expressed with the production πολυανθεκτικούς αυτούς μικροοργανισμούς. Ως of an enzyme, which can πολυανθεκτικό στέλεχος ενός μικροοργανισμού invert the antibiotics. The μπορεί να οριστεί είτε το ανθεκτικό σε ένα ορισμένο αριθμό αντιμικροβιακών ουσιών, είτε most famous are b-lactamases το ανθεκτικό στέλεχος σε δύο ή περισσότερα and aminoglicocides. This φάρμακα, στα οποία είναι συνήθως ευαίσθητο. Η mechanism of resistance is the αντοχή είναι αποτέλεσμα μεταβολής στη δομή most usual. του DNA του μικροβιακού κυττάρου. Η μεταβολή αυτή γίνεται με μετάλλαξη ή Measures for the μεταβίβαση. Κατά τη μετάλλαξη συμβαίνουν avoidance of appearance of αναστροφές, διπλασιασμοί, προσθήκες resistant microbes νουκλεοτιδίων, ελλείψεις ή μετατοπίσεις The antibiotics mustn't be 10. PAUL EHRLICH used without a serious reason μεγάλων τμημάτων DNA. Η μεταβίβαση or for the therapy of non serious inflections. The γενετικού υλικού γίνεται με σύζευξη των πλασμιδίων, που αποτελεί τον κυριότερο protective grant of antibiotics must be applied only in specific cases. μηχανισμό μεταβίβασης αντοχής στα κλινικά The existence of antibiotics can lead to the στελέχη, με μεταγωγή, δηλαδή μεταφορά γενετικού υλικού μέσω βακτηριοφάγων, και με neglect of the loyal and scholastic application of the sterilization in the operating-table and the hospital. μεταμόρφωση, που είναι η πρόσληψη εξωγενούς χρωμοσωμικού DNA. Από βιομηχανική άποψη η The therapy with antibiotics can be applied under clear clinical microbiological diagnosis of the αντοχή μπορεί να εκφράζεται με παραγωγή

epm

24

epm

14 16

EPM

History of Science and Technology ενζύμων που αδρανοποιούν τα αντιβιοτικά. Τα γνωστότερα από αυτά είναι οι β-λακταμάσες και οι αμινογλυκοσιδάσες. Ο μηχανισμός αυτός αντοχής είναι ο συνηθέστερος.

disease. It is possible that the therapy can start after the receiving and the dispatching of the execution cultivations and trials of sensitivity of the microbe. Today what must be aimed at is on the one hand every possible effort for the prevention of the disease and on the other hand the discovery of ways of using antibiotics, so the appearance of resistance be reduced and the attainment of an effective therapy to the diseases caused by micro-organisms, be achieved. The resistance in Europe and especially in Greece has reached dangerous levels and so many patients in hospitals are really in danger because all the antibiotics can't deal anymore with these resistant micro-organisms. This thing really bothers the community and within a short period of time measures have to be taken, which might limit the pointless use of antibiotics.

Μέτρα για την αποφυγή εμφάνισης ανθεκτικών στελεχών μικροβίων Τα αντιβιοτικά δεν πρέπει να χορηγούνται χωρίς σοβαρό λόγο ή για τη θεραπεία μικρολοιμώξεων. Η προφυλακτική χορήγηση των αντιβιοτικών (χημειοπροφύλαξη) πρέπει να εφαρμόζεται μόνο σε ειδικές περιπτώσεις. Η ύπαρξη των αντιβιοτικών δεν πρέπει να οδηγεί στην παραμέληση της πιστής και σχολαστικής εφαρμογής της αποστείρωσης στα χειρουργεία και στα νοσοκομεία. Η θεραπεία με αντιβιοτικά πρέπει να εφαρμόζεται μετά από σαφή κλινική και μικροβιολογική διάγνωση της νόσου. Είναι δυνατόν η θεραπεία να αρχίσει μετά τη λήψη και αποστολή προς εκτέλεση καλλιεργειών και δοκιμασιών ευαισθησίας του μικροβίου. Η προσθήκη αντιβιοτικών σε τροφές ζώων για τη συντήρηση τροφίμων είναι επικίνδυνη, γιατί, κατά τον τρόπο αυτό, είναι δυνατό να δημιουργηθούν στελέχη μικροβίων, τα οποία είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά και από τα ζώα να μεταδοθούν στον άνθρωπο. Σήμερα εκείνο που πρέπει να επιδιώκεται είναι αφενός κάθε δυνατή προσπάθεια για πρόληψη των λοιμώξεων και αφετέρου η εξεύρεση τρόπων χρήσης των αντιβιοτικών, έτσι ώστε και η εμφάνιση αντοχής ελαττωθεί και να επιτευχθεί η να αποτελεσματικότερη θεραπεία στις λοιμώξεις από πολυανθεκτικούς στα αντιβιοτικά μικροοργανισμούς. Η ανθεκτικότητα στην Ευρώπη και ειδικότερα στην Ελλάδα έχει φτάσει σε επικίνδυνα επίπεδα τόσο, ώστε να κινδυνεύουν ασθενείς των εντατικών μονάδων θεραπείας λόγω του ότι τα υπάρχοντα αντιβιοτικά δεν μπορούν πλέον να αντιμετωπίσουν τα πολυανθεκτικά μικρόβια. Το θέμα απασχολεί σημαντικά την ευρύτερη κοινότητα και πρέπει αμέσως να ληφθούν μέτρα για να περιοριστεί η

Βibliography Microbiology and Anosobiology, J. K. Papapanagiotou, ed. Paratiritis, pages 13-15, 1994 Microbiological Chronicles, Official Journal of the Microbiology Society of Thessaloniki, Volume 13, Microbiological resistance, O.Babatsi-Manou, pages 91-95, 1997 Biology of the third class of high school, pages 2326, 2006 Iconography 1. www.sdnhm.org/exhibits/epidemic/teachers/ answers-microbes/html 2. www.biotechnologyonline.gov.au/popups/imgantibiotics.cfm 3. www.umm.edu/pediatric-info/images/kid7.jpg 4. www.upwardquest.com/cholesterol.html 5. www.euus-safefood.com 6. www.geocities.com/ResearchTriangle/4239/ antibio2.htm 7. www.geocities.com/levensverhaal/ antony_van_Leeuwenhoek.htm 8. www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/ laureates/1905/koch-bio.htm

epm

25

epm