Mikrobiyoloji: Antibakteriyel ajanları keşfetmek Teach article

Author(s): Mireia Deumal Fernandez, Mariona Lladonosa Soler, Tamaryin Godinho
Translator(s): Yunus Eken

Antimikrobiyal direnç krizi hakkında ne yapabiliriz? Yeni bir ilaç geliştirmek için ne gerekiyor? Günlük maddelerle ve hatta yiyeceklerle bakterilerle savaşabilir miyiz? Bu ilgi çekici mikrobiyoloji etkinlikleriyle bunu öğrenin.

Introduzione

Mikroorganizmalar çıplak gözle görülmese de, bakteriler gezegendeki en bol organizmalardır. Bu organizmaların birçoğu insanlar için zararsız ve hatta yararlı olsa da, örneğin bağırsak bakterilerimiz gibi,[1] bazıları hastalığa neden olur. Penisilinin keşfinden bu yana, bakteriyel enfeksiyonları antibiyotiklerle tedavi edebildik. Ancak antimikrobiyal direnç yaygınlaştı ve hayatı tehdit eden bakteriyel enfeksiyonları bir kez daha görmeye başladık.[2,3] Yakın bir zamanda Avrupa İlaç Ajansı (EMA) tarafından yayınlanan bir rapora göre, AB’de çoklu ilaca dirençli bakterilerin sebep olduğu enfeksiyonların her yıl 33 000 ölüme neden olduğu, sağlık harcamaları ve ekonomik kayıbın yıllık maliyetinin yaklaşık 1.5 milyar € olduğu tahmin edilmektedir.[4] Aslında, Dünya Sağlık Örgütü (WHO), “Antibiyotik direncinin bugün küresel sağlık, gıda güvenliği ve kalkınmaya yönelik en büyük tehditlerden biri olduğunu” beyan etmiştir. 

Immagine: Billion Photos/Shutterstock.com

Bu etkinlikler, öğrencilerin bu ciddi konuyu uygulamalı bir şekilde keşfetmelerini sağlar. İlk aktivite bazı temel ilke ve teknikleri tanıtırken, ikinci aktivitede ise potansiyel antimikrobiyal bileşikler üzerinde hipotezler üretip test ederek kendi araştırmalarını yaparlar. Ekteki çalışma sayfaları, genel bilgileri sağlayarak tartışmalara rehberlik eder.

Güvenlik notu

Olağan laboratuvar ve biyogüvenlik önlemlerinize uymanın yanı sıra:

Plateleri insan vücudu sıcaklığında inkübe etmeyin (bu, patojenik bakteri kültürü riskini azaltır.)[5]

Antibiyotikleri ve bakteri kültürlerini, ortama antibiyotik veya dirençli bakteri salmaktan kaçınmak için uygun bir şekilde atınız.

İnkübasyondan sonra, yanlışlıkla açılmasını önlemek için kapakları petri kaplarının üzerine bantlayın. Anaerobik organizmaların büyümesine sebebiyet vermemek için inkübasyondan önce bantlamayın.

Etkinlik 1: Antibiyotikler ve direnç

Bu etkinliğin amacı, antibiyotiklerin etkisini ve doz-cevap ilişkilerini göstermek ve antimikrobiyal direncin oluşturduğu tehlikeyi açıklamaktır. Etkinlik sadece antibiyotikler ve bakteri plakları uygun şekilde yok edilebiliyorsa gerçekleştirilmelidir! Yok edilemiyorsa, Etkinlik 2’ye geçmeden önce Çalışma Sayfası 1’i kullanın. Etkinlik 14–19 yaş arası öğrenciler için uygundur ve tamamlanması iki ders alacaktır (biri inkübasyonları gerçekleştirmek, biri sonuçları analiz etmek ve tartışmak için).

Malzemeler

  • Agarlı petri kapları (plakalar)
  • %70 etanol gibi dezenfektan
  • Bakteri kültürleri (En iyisi öğrenci başına en az bir Gram-pozitif ve bir Gram-negatif kullanmak.)
  • Öze
  • Antibiyotik tabletleri
  • Kalın kağıt ve zımba
  • Cımbız
  • Seri seyreltmeler hazırlamak için ölçüm silindiri, beherler/şişeler ve pipet
  • Fizyolojik tuzlu su çözeltisi (%0,9 NaCl) veya su
  • Çalışma kağıdı 1 ve 2 ve ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) ve WHO‘dan alınanlar gibi antimikrobiyal dirençle ilgili kaynaklar[6,7]

Prosedür

Ders 1

  1. Laboratuvar benciniz veya yüzeyinizi etanol püskürterek ve kağıtla silerek sterilize ediniz. Ayrıca ellerinizi alkol bazlı el dezenfektanı ile en az 20 saniye dezenfekte ediniz.
  2. Steril bir öze veya yayıcı kullanarak bakteri kültürüne dokunun ve plakaya (petriye) yayın. Öğretmen veya teknisyenin bu adımı önceden yapması daha iyi olabilir. Ayrıntılı protokoller için kaynak bölümüne bakınız.
  3. Grubun adı ve seçilen antibiyotiğin adını kabın altına işaretleyiniz. Kapağın ayrılması ihtimaline karşı her zaman alt plakanın altını işaretleyiniz.
  4. Kağıt zımbası ile plaka başına birkaç daire kalın kağıt kesin. Bunları bir kalemle işaretleyin (farklı dilüsyonlarda kontrol ve antibiyotik).
  5. 300 mg antibiyotik tabletini 200 ml tuzlu su veya su içinde çözdürün. Katı tabletler bir havan tokmağı ile havanda ezilmelidir; jel kapsüller kullanıyorsanız, içindeki tozu dökmek için hafifçe bükmeniz yeterli olur.
  6. 1/1, 1/5, 1/25, 1/125 ve 1/625 numune aralığı elde etmek için 5 dilüsyonluk 1 seri yapınız.
  7. Kalın filtre kağıdını bu çözeltiye batırın. Diski bakteri ile yayılmış plaka üzerine yerleştirmek için cımbız kullanınız.
Görüntü, yazarların izniyle
  1. Plakaları 24 saat veya bakteri kolonileri görünene kadar sabit sıcaklıkta inkübe edin. Danışman, gerektiğinde bunları çıkarıp bir sonraki derse kadar laboratuvar buzdolabında saklayabilir. Bakterilerin üzerine yoğuşma damlamasını önlemek için plateleri baş aşağı saklayın.
  2. Bu noktada veya ders 2’nin sonunda tartışılabilecek olan Çalışma Sayfası 1’i ve antimikrobiyal dirençle ilgili kaynakları dağıtın.

Ders 2

  1. Platelerin fotoğrafını çekin ve bir cetvelle (plakayı açmadan) inhibisyon bölgesinin çapını ölçün.
Antibiyotiğe batırılmış kağıt diskleri çevreleyen aşılanmış Staphylococcus aureus’un bakteri üremesi olmayan açık daireler gösteren bir antibiyotik test plakası.
Immagine: Don Stalons/CDC, Dominio Pubblico

  1. Öğrenciler antibiyotiği araştırabilir ve petri kabında bulunan bakteri grubunu (gram pozitif veya negatif) tahmin edebilir. Daha sonra  mümkünse gram boyama ile kontrol edilebilir.

Tartışma

Bu, petri plakalrı ayarladıktan sonra veya onları analiz etmeden hemen önce yapılabilir. Sonuçları analiz etmek ve antimikrobiyal direncin oluşturduğu tehlikeyi tartışmak için size verilen çalışma sayfasını gözden geçiriniz. Tartışma soruları aşağıdakileri içerebilir:

  • Antibiyotik almanın gerekli olmadığı durumlarda, direnç dışında başka ne sonuçları olabilir?
  • Birçok ülkede, eczanelerin bu nedenlerle doktor reçetesi olmadan antibiyotik satması yasa dışıdır. Ülkenizde buna izin veriliyor mu? Katılıyor musunuz?
  • Peki ya bu aktivitede antibiyotik kullanımı antibiyotik direncine yol açabilir mi? Eğer öyleyse, bunu önlemek için ne yapabiliriz?

Etkinlik 2: Antibakteriyel aktivite için maddelerin test edilmesi

Yeni antibiyotiklerin geliştirilmesine duyulan ihtiyacı anlayan öğrenciler, şimdi antibakteriyel etki için maddeleri araştırma şansına sahip olurlar, ardından ilaç geliştirmenin temel ilkeleri ve etki gösteren herhangi bir madde ile bir ilaç arasındaki fark hakkında bir tartışma gelir. Ayrıca hipotezleri formüle etmeyi, bunları test etmek için deneyler planlamayı ve sonuçları analiz etmeyi öğreneceklerdir. Öğrenciler, test edilecek maddelerle ilgili bir fikir edinmeleri özellikle ilgi çekici bulmaktadır.

Etkinlik 14-19 yaş arası öğrenciler için uygundur ve tamamlanması üç ders alacaktır.

Malzemeler

  • Aktivite 1’deki gibi hazırlanmış, bakteri ekilmiş agar plakaları
  • Bakteriyel kültürler (ör. Bacillus cereus)
  • Öze
  • Antibakteriyel aktivite için test edilecek maddeler
  • Maddeleri hazırlamak için araçlar (örneğin, kesme tahtası veya havan tokmağı ve havan)
  • Kalın kağıt ve zımba
  • Cımbız
  • Fizyolojik tuzlu su çözeltisi (%0.9 NaCl)
  • Dezenfektan solüsyonu (ör. %70 etanol)
  • Çalışma sayfası 3 (ve Etkinlik 1 atlanırsa, Çalışma Sayfası 1’e geçiniz)

Prosedür

Ders 1

  1. Aktivite 1’i yapmadıysanız, önce sınıfınızla antibiyotik direnci sorununu ve yeni antibiyotik ihtiyacını tartışın. Çalışma sayfası 1 bu amaçla kullanılabilir.
  2. Öğrencilere evlerinde hangi maddeyi antibakteriyel aktivite için test etmek isteyebileceklerini sorun. Antibakteriyel olabileceğini düşündükleri şeyler hakkında zaten bazı fikirleri olabilir ve temizlik ürünleri, kozmetikler (gargara solüsyonu gibi) veya yiyecekler önerebilirler.
  3. Test edilecek maddelerin bir listesini hazırlayın. Fare zehiri veya tuvalet temizleyicisi gibi çok zehirli veya aşındırıcı maddeleri hariç tutun. Dahil edilmesi güzel olan öneriler şunlardır: tuz; gargara (alkollü veya alkolsüz); antibakteriyel bir sabun; doğal bir sabun (bazı bakteriler sabunla beslenebilir!); ve sarımsak suyu, bal (karşılaştırmak için şeker çözeltisi ile?), lahana suyu, zerdeçal veya karanfil gibi öğütülmüş baharatlar, çeşitli uçucu yağlar, limon suyu ve elma suyu gibi çeşitli gıda maddeleri.
Görüntü, yazarların izniyle
  1. Öğrencilerin her bir madde için antibakteriyel aktivite gösterip göstermeyeceğini tahmin etmelerini sağlayınız. Önce biraz araştırma yapabilirler ya da halk bilgeliğine veya kendi fikirlerine dayanarak sadece tahminde bulunabilirler. Bu, güvenilir kaynakları tartışmak ve internette okudukları her şeye, “yayınlanmış bilimsel makaleler” de dahil olmak üzere inanmamak için iyi bir fırsattır. Tüm bilimsel dergiler sıkı kalite kontrolüne sahip değildir! Gıda maddelerinin antimikrobiyal aktiviteleri için bazı iyi referanslar, baharatlar ve bal içerir.[8,9]
  2. Öğrencilerin Çalışma Sayfası 3’teki tablo 1’i doldurmaya başlamasını sağlayınız. Bilmedikleri cevaplar tahmin edilebilir, araştırılabilir veya boş bırakılabilir.
  3. Maddeleri saf mı yoksa seyreltilmiş olarak mı kullanacağınıza karar veriniz. Belki her birini deneyebilirsiniz?
  4. Öğrenciler bir sonraki derse farklı maddeler getirmeleri için görevlendirilebilir veya bunları öğretmen sağlayabilir.

Ders 2

  1. Laboratuvar tezgahınızı veya yüzeyinizi etanol püskürterek ve kağıtla silerek sterilize ediniz. Ayrıca ellerinizi alkol bazlı el dezenfektanı ile en az 20 saniye dezenfekte ediniz.
  2. Steril bir öze kullanarak bakterileri plakaya yayın. Öğretmen veya teknisyenin bu adımı önceden yapması daha iyi olabilir. Ayrıntılı protokoller için kaynak bölümüne bakınız.
  3. Bir işaretleyici kalem kullanarak, grubun adını ve seçilen maddeyi plağın alt kısmına işaretleyiniz. Bundan sonra, plaka başına dört daire kalın kağıt kesin ve bir kalemle işaretleyiniz.
İşaretli kağıt daireler. Bunlar bir tüknmez kalemle işretlenmiştir, ancak belirli solventlerde boya çıktığı  için, kurşun kalem daha iyidir
Görüntü, yazarların izniyle
  1. Maddeleri belirlenen dozda hazırlayın ve bir kenara koyunuz. Aşağıdaki nota bakınız.
  2. Her kağıt daireyi kontrol olarak karşılık gelen solüsyona veya salin (% 0.90 tuz) solüsyonuna batırınız. Agar yüzeyine yerleştiriniz.
  3. Plateleri 24 saat veya bakteri kolonileri görünene kadar sabit sıcaklıkta inkübe ediniz. Danışman, gerektiğinde bunları çıkarıp bir sonraki derse kadar laboratuvar buzdolabında saklayabilir. Bakterilerin üzerine yoğuşma damlamasını önlemek için plakaları baş aşağı saklayın.

Maddelerin hazırlanmasına ilişkin not

  • Test edilecek maddeleri yağ ve su bazlı olarak sınıflandırmayı deneyebilirsiniz. Baharat tozları gibi katıların aktif bileşenleri suda veya yağda çözünür olabilir. Bu durumda, tuzlu su çözeltisinde suda çözünür maddeler ve nötr bir yağda yağ bazlı maddeler hazırlayın (örneğin, ayçiçek yağı, bu maddeler için de kontrol olacaktır).
  • Meyve/sebzeler suyunu çıkarmak için sıkılmalıdır. Lahana gibi daha sert şeyler önce rendelenebilir. Bıçak veya rende kullanılıyorsa ekstra özen gösterilmelidir.
  • Narenciye meyveleri için kabuğundan hem meyve suyu hem de yağ test edilebilir. Soyma şeritleri çıkarılabilir ve bükülebilir (yağları serbest bırakmak için koruyucu gözlük takınız).

Ders 3

  1. Platelerin resmini çekiniz ve inhibisyon bölgesinin çapını ölçünüz.
Zerdeçal, limon suyu ve gargaralarla ıslatılmış kağıt disklerin etrafındaki petri kabında bakteri üremesi olmayan temiz bölgeler.
Bal, zerdeçal, limon suyu ve alkolsüz gargara ile (sol üstten saat yönünde) test edilen plaka örnekleri
Görüntü, yazarların izniyle
  1. Öğrencilere sonuçlarıyla birlikte Çalışma Sayfası 3’ü tamamlamalarını söyleyiniz.
  2. Çalışma Sayfası 3’teki tartışma soruları üzerinde çalışınız

Tartışma

Çalışma sayfasındaki tartışma, öğrencilerin ilaç geliştirmeyi ve belirli bir etkinliğe sahip bir madde ile faydalı bir ilaç arasındaki geniş boşluğu anlamalarına yardımcı olmayı amaçlamaktadır. Aynı bu prensipler, antikanser aktivitesi olan maddeler için de geçerlidir. Bu bilgi, çeşitli maddelerin hastalıklarla mücadelede şaşırtıcı özelliklerine ilişkin medya raporlarını eleştirel olarak değerlendirmelerine yardımcı olmalıdır.

References

[1] Stark LA (2010) Beneficial microorganisms: countering microbephobia. CBE Life Sciences Education 9: 387–389. doi: 10.1187/cbe.10-09-0119.

[2] Chokshi A et al. (2019) Global contributors to antibiotic resistance. Journal of Global Infectious Diseases 11: 36–42. doi: 10.4103/jgid.jgid_110_18.

[3] Aslam B et al. (2018) Antibiotic resistance: a rundown of a global crisis. Infection and Drug Resistance 11: 1645–1658. doi: 10.2147/IDR.S173867.

[4] Informazione sulla resistenza agli antibiotici, stilata dall’EMA: https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/overview/public-health-threats/antimicrobial-resistance

[5] Informazioni di sicurezza del CLEAPSS su come maneggiare microrganismi: http://science.cleapss.org.uk/resource/SSS001-Microorganisms.pdf

[6] Risorse dell’FDA sulla lotta alla resistenza agli antibiotici: https://www.fda.gov/consumers/consumer-updates/combating-antibiotic-resistance

[7] Un documento dell’OMS sulla crisi della resistenza agli antibiotici: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antibiotic-resistance

[8] Liu Q et al. (2017) Antibacterial and Antifungal Activities of Spices. International Journal of Molecular Sciences 18: 1283. doi: 10.3390%2Fijms18061283

[9] Nolan VC, Harrison J, Cox JAG (2019) Dissecting the Antimicrobial Composition of Honey. Antibiotics 8: 251. doi:10.3390/antibiotics8040251

Resources

Deneysel Prosedürler

Science in School‘dan ilgili makaleler

  • Ellerimizde yaşayan mikroplarla canlı bir ‘agar sanatı’ yaratın: Duarte A, Madureira AM (2019) Painting in a petri dish. Science in School 46: 48–55.
  • Hastalıkların nasıl yayıldığını anlamak için okul matematiğinin gerçek hayattaki uygulamalarına bakın: Kucharski A et al. (2017) Disease dynamics: understanding the spread of diseases. Science in School 40: 52–56.
  • Bazı ev yapımı çorbaların antimikrobiyal özelliklerini keşfedin: Extance A (2020) Soup – an evidence-based medicine? Science in School 50.
  • Modern ilaç tasarımı hakkındaki makaleleri okuyun:

– Sucunza D (2014) Inspired by nature: modern drugs. Science in School 28: 40–45.

– Houlton S (2019) The changing technologies of drug design. Science in School 46: 25–28.

Sınıf kaynakları

Diğer kaynaklar

Author(s)

Mireia Deumal Fernández, İspanya’nın Barselona Üniversitesi’nde biyomedikal bilim adamıdır. Klinik araştırmalar ve tıbbi işler alanında yüksek lisans eğitimi alıyor.

Mariona Lladonosa Soler bir biyokimyacıdır ve İspanya’nın Barselona Üniversitesi’nde uyuşturucu araştırma, geliştirme ve kontrol alanında yüksek lisans eğitimi almaktadır.

Tamaryin Godinho, Science in School‘un baş editörüdür. Doktorasını moleküler tıp alanında, yüksek lisansını ise antibiyotik geliştirme üzerine yaptı.

Bu makale, Ukrayna, Kharkiv’deki 2019 Uygulamalı Bilim konferansında antimikrobiyaller üzerine etkinlikler geliştiren ve sunan Mireia ve Mariona’nın araştırmasından esinlenmiştir.

 

License

CC-BY
Text released under the Creative Commons CC-BY license. Images: please see individual descriptions