Βακτήρια: Φίλοι, εχθροί και συνεργάτες (Μέρος Β)

Σε συνέχεια προηγούμενης δημοσίευσης, παρακάτω ακολουθεί ένα εκτενές άρθρο για κάποιες -μάλλον-  παρεξηγημένες «προσωπικότητες»… τα βακτήρια!  Αξίζει να διαβαστεί από όλους μας!

Πόλεμος!
Η μάχη μεταξύ παθογόνων και ανθρώπων είναι αέναη. Τα όπλα των πρώτων είναι αξιοθαύμαστα. Τα δικά μας αναπτύσσονται συνεχώς

Οι αριθμοί μιλούν από μόνοι τους: υπάρχουν εκατομμύρια είδη βακτηρίων και μόνο μερικές εκατοντάδες είναι παθογόνα. Τι θα πει αυτό; Αφενός ότι το ανοσοποιητικό σύστημά μας είναι αποτελεσματικό και αφετέρου ότι οι μολυσματικοί μικροοργανισμοί δουλεύουν ενάντια στον εαυτό τους. Σκεφτείτε το: είναι πολύ κακή στρατηγική να σκοτώνει κανείς τον ξενιστή του! Δεν θα ήταν καλύτερα να βρίσκεται σε αγαστή συνεργασία με αυτόν;

Οπως μπορείτε να φανταστείτε, το παραπάνω επιχείρημα δεν μπορεί να πείσει τα βακτήρια (που στο κάτω-κάτω δεν κάνουν τίποτε άλλο από το να ζητούν θώκους να επιβιώσουν και να πολλαπλασιαστούν) και η ιστορία της ανθρωπότητας περιλαμβάνει και πολλές χαμένες μάχες με τα παθογόνα.

Οι βακτηριοφάγοι, φυσικοί εχθροί των βακτηρίων, επιστρατεύονται για τη δημιουργία φαρμάκων. Ο βακτηριοφάγος της φωτογραφίας μας «προσγειώνεται» πάνω στο τοίχωμα ενός βακτηρίου.

Περιλαμβάνει βεβαίως και μια τεράστια νίκη: την ανακάλυψη των αντιβιοτικών που άλλαξε το πρόσωπο της ιατρικής από τα μέσα του περασμένου αιώνα και μετά. Είναι πρακτικά αδύνατον να μετρηθούν οι ζωές που σώθηκαν και συνεχίζουν να σώζονται χάρη στα αντιβιοτικά. Οπως όμως έγινε κατανοητό, πολύ σύντομα μετά την έναρξη της ευρείας χρήσης τους τα βακτήρια είναι ταχύτατα στο να αναπτύσσουν ανθεκτικότητα στα φάρμακα αυτά τα οποία δρουν πλήττοντας ζωτικές λειτουργίες των μικροοργανισμών. Ο μικρός χρόνος που χρειάζονται για τον πολλαπλασιασμό τους και η ικανότητά τους να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό μεταξύ τους (ακόμη και όταν δεν ανήκουν στο ίδιο είδος!) αποτελούν τα ατού των βακτηρίων στην απόκτηση ανθεκτικότητας και ενίοτε πολυανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά.

Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), υπάρχουν σήμερα έξι πολυανθεκτικοί παθογόνοι μικροοργανισμοί: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Actinobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa και κάποια είδη του γένους Enterobacter. Καθώς ο αριθμός των αποτελεσματικών αντιβιοτικών που διαθέτουμε ολοένα και μειώνεται, η ανάγκη για εξεύρεση λύσεων είναι τεράστια.

Αντιβιοτικά, εμβόλια και βακτηριοφάγοι

Από τις πλέον ελπιδοφόρες βιβλιογραφικές αναφορές σχετικά με την παραγωγή νέων αντιβιοτικών είναι τα ευρήματα εκείνα που αφορούν τη διαλεύκανση των μηχανισμών ανθεκτικότητας. Με άλλα λόγια, οι ερευνητές έχουν τώρα στρέψει το ενδιαφέρον τους στα μόρια εκείνα που χρησιμοποιούν οι μικροοργανισμοί για να καθιστούν ανενεργά τα σημερινά αντιβιοτικά. Απώτερος στόχος είναι να μπορέσουν να «χτυπήσουν» την καρδιά της ανθεκτικότητας, να αχρηστεύσουν τα μοριακά όπλα των βακτηρίων. Ευκολότερο να το λέει κανείς από το να το πραγματοποιεί, αλλά αν όλα πάνε καλά στα τέλη του 2016 θα αρχίσουν να δοκιμάζονται τέτοιου είδους φάρμακα (από γαλλική εταιρεία βιοτεχνολογίας). Με βάση το αισιόδοξο σενάριο, τα αντιβιοτικά αυτά θα μπορούσαν να κάνουν την εμφάνισή τους στην αγορά γύρω στο 2020.

Οπως τα αντιβιοτικά, έτσι και τα εμβόλια έχουν σώσει και συνεχίζουν να σώζουν ζωές. Υπάρχουν μάλιστα ασθένειες που έχουν εξαφανιστεί από προσώπου Γης χάρη στον εμβολιασμό. Ωστόσο, σήμερα αφενός δεν έχουμε εμβόλια για όλα τα παθογόνα βακτήρια και αφετέρου κάποια από τα παλαιότερα εμβόλια έχουν χάσει την αποτελεσματικότητά τους. Τι μπορούμε να κάνουμε; Πολλά, άλλα ευκολότερα και άλλα δυσκολότερα. Ετσι, παραδείγματος χάριν, είναι παρήγορη η πρόσφατη εμφάνιση εμβολίου εναντίον του μηνιγγιτιδόκοκκου C. Από την άλλη, οι ερευνητές δηλώνουν ότι το δυσκολότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν είναι η ανάπτυξη εμβολίων ενάντια σε μικροοργανισμούς που υπό κανονικές συνθήκες συμβιώνουν μαζί μας και γίνονται παθογόνοι υπό προϋποθέσεις. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο σταφυλόκοκκος (Staphylococcus aureus). Παρά τις πολυετείς προσπάθειες των ερευνητών να εντοπίσουν μόρια που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως αντιγόνα (συστατικά των εμβολίων που προετοιμάζουν το ανοσοποιητικό σύστημα για την αληθινή επίθεση), δεν έχουν υπάρξει σημαντικές πρόοδοι.

Τη συνεργασία μας με έναν αρχαίο εχθρό των βακτηρίων επιχειρούν να αναπτύξουν τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές. Πρόκειται για τους βακτηριοφάγους, ιούς που προσβάλλουν βακτήρια και οι οποίοι είναι γνωστοί από τη δεύτερη δεκαετία του 20ού αιώνα. Είναι μάλιστα χαρακτηριστικό ότι οι βακτηριοφάγοι μελετήθηκαν εκτενώς όταν η μοριακή βιολογία ήταν σε βρεφική ηλικία καθώς αποτελούν απλά συστήματα και επιτρέπουν πειραματισμό. Οπως μαρτυρά και το όνομά τους, οι βακτηριοφάγοι τρώνε στην κυριολεξία τα βακτήρια. Στην πραγματικότητα, αυτό που κάνουν είναι να εισάγουν το γενετικό υλικό τους στα βακτήρια και αφού κυριεύσουν τον βακτηριακό μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών και τον μηχανισμό πολλαπλασιασμού του γενετικού υλικού να τους χρησιμοποιούν για τον δικό τους πολλαπλασιασμό. Στο τέλος το βακτηριακό κύτταρο που έχει δεχθεί επίθεση από βακτηριοφάγο, λύεται απελευθερώνοντας εκατομμύρια βακτηριοφάγους έτοιμους να επιτεθούν σε γειτονικά βακτήρια.

Ηδη από τη δεκαετία του 1920 η φαρμακοβιομηχανία είχε αρχίσει να διερευνά τη φαρμακευτική αξιοποίηση αυτού του φυσικού εχθρού των βακτηρίων. Ωστόσο, η ανακάλυψη των αντιβιοτικών έθεσε τους βακτηριοφάγους στο περιθώριο. Οχι όμως παντού: οι χώρες του ανατολικού μπλοκ συνέχισαν τις έρευνες και μάλιστα με επιτυχία. Στη Γεωργία, όπου ένα ολόκληρο ινστιτούτο ήταν αφιερωμένο στη μελέτη των βακτηριοφάγων, αυτοί χρησιμοποιούνταν για τη θεραπεία των ωτίτιδων, αλλά και των τραυμάτων που μολύνονταν από σταφυλόκοκκο. Δεν υπάρχουν (ή ίσως δεν μπορούμε να τις διαβάσουμε) πολλές βιβλιογραφικές αναφορές από τότε, αλλά το παράδειγμα των γεωργιανών συναδέλφων τους επιχειρούν τώρα να μιμηθούν βρετανοί βιολόγοι του University College του Λονδίνου. Αυτοί, αφού δοκίμασαν την αντιμετώπιση των ωτίτιδων που προκαλούνται από το βακτήριο Pseudomonas aeruginosa με τη βοήθεια βακτηριοφάγων, συνεργάζονται τώρα με την εταιρεία AmpliPhi προκειμένου να πραγματοποιηθούν οι απαραίτητες ευρείες κλινικές δοκιμές. Ο χρόνος θα δείξει αν αυτός ο αρχαίος εχθρός των βακτηρίων αποδειχθεί ο καλύτερος νέος φίλος του ανθρώπου.

 

ΣΤΑ ΧΑΡΑΚΩΜΑΤΑ!
Τα όπλα του εχθρού

Ενα πολύ μικρό ποσοστό μικροοργανισμών είναι μολυσματικοί για τον άνθρωπο. Οι στρατηγικές όμως που  έχουν αναπτύξει για να επιτυγχάνουν στις επιθέσεις τους εναντίον μας είναι άξιες θαυμασμού.

 

1. Επίθεση κατόπιν σχεδίου

Δεν είναι όλα τα παθογόνα βακτήρια ίδια. Σε ό,τι αφορά τη μολυσματικότητά τους μπορεί κανείς να διακρίνει τρεις κατηγορίες: τα υποχρεωτικώς μολυσματικά, τα οπορτουνιστικά και τα τυχαίως μολυσματικά. Τα πρώτα προκαλούν σίγουρα μόλυνση όταν βρουν τρόπο να εγκατασταθούν μέσα μας. Παραδείγματος χάριν, αυτό συμβαίνει με το μυκοβακτηρίδιο της φυματίωσης. Τα δεύτερα επιτίθενται σε ξενιστές των οποίων το ανοσοποιητικό σύστημα έχει εξασθενήσει, ενώ τα τρίτα είναι μολυσματικά υπό προϋποθέσεις. Παραδείγματος χάριν, μπορεί κάποιος να καταπιεί το Clostridium tetani χωρίς να πάθει τίποτε, αλλά να αρρωστήσει πολύ σοβαρά αν αυτό βρεθεί πάνω σε μια πληγή.

2. Δηµιουργία γραµµών άµυνας

Ο ανθρώπινος οργανισμός δεν είναι ένα φιλικό περιβάλλον για τα παθογόνα βακτήρια. Εκτός από τον ανταγωνισμό με τους συμβιωτικούς μικροοργανισμούς μας, οι εισβολείς έχουν να αντιμετωπίσουν και το ανοσοποιητικό σύστημά μας που καιροφυλακτεί και τους καταστρέφει. Προκειμένου να επιβιώσουν ορισμένα βακτηριακά είδη έχουν αναπτύξει προστατευτικά τοιχώματα, ενώ άλλα συγκεντρώνονται και εκκρίνουν ένα είδος φιλμ (biofilm) που τα κρύβει από το ανοσοποιητικό σύστημά μας. Οι χρόνιες λοιμώξεις οφείλονται σε μεγάλο ποσοστό σε biofilm.


3. Αύξηση του στρατεύµατος

Αν και υπάρχουν βακτηριακά είδη που μπορούν να προκαλέσουν λοιμώξεις ακόμη και σε μικρούς αριθμούς, το σύνηθες είναι τα βακτήρια να αυξάνουν τους αριθμούς τους προκειμένου να επιβληθούν στον ξενιστή. Με δεδομένο ότι σε ιδανικές συνθήκες ένα βακτήριο πολλαπλασιάζεται κάθε 20 λεπτά, αντιλαμβάνεται κανείς ότι πολύ γρήγορα οι εισβολείς δημιουργούν έναν στρατό εκατομμυρίων, ικανό να καταλάβει ολόκληρο τον οργανισμό μας μέσω της αιματικής κυκλοφορίας. Μια άλλη κατηγορία βακτηρίων έχει την ικανότητα να κρύβεται στο εσωτερικό των κυττάρων και να πολλαπλασιάζεται σε ειδικές προστατευμένες θέσεις. Οταν επιτευχθούν οι απαραίτητοι αριθμοί, τα βακτήρια αυτά καταστρέφουν το κύτταρο που τα «φιλοξενούσε» και επιτίθενται στα γειτονικά.

4. Εναρξη χηµικού πολέµου

Ορισμένα βακτηριακά είδη κατέχουν παντοδύναμα χημικά όπλα τα οποία εκλύουν σε μόνιμη βάση προκειμένου να κάνουν την επέλασή τους στους ξενιστές. Τα πρωτεϊνικής φύσεως αυτά όπλα ονομάζονται εξωτοξίνες, στοχεύουν συνήθως το μυϊκό ή το νευρικό σύστημα του ξενιστή και μπορούν να δρουν ποικιλοτρόπως: καταστρέφουν την κυτταρική μεμβράνη, εισέρχονται στα κύτταρα και αναστέλλουν τη σύνθεση χρήσιμων πρωτεϊνών, δημιουργούν χάος στη λειτουργία των κυττάρων του ξενιστή. Κοινό σημείο όλων των βακτηριακών τοξινών είναι ότι σκοτώνουν ακόμη και σε πολύ μικρές ποσότητες.

5. Καταπόνηση του αντιπάλου

Το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημά μας, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να μας προστατεύει, πετυχαίνουν να θέσουν στην υπηρεσία τους ορισμένα βακτήρια. Ετσι, η ανοσολογική αντίδραση η οποία στοχεύει στην αναχαίτιση του εισβολέα και μπορεί να περιλαμβάνει όλα αυτά που εμείς θεωρούμε συμπτώματα μιας νόσου (πυρετός, φλεγμονή, πόνος…) γίνεται το νέο όπλο των παθογόνων: αυξάνει τόσο δυσανάλογα που προκαλεί καταστροφή των ιστών του ξενιστή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τα βακτήρια του γένους Shigella τα οποία προκαλούν φλεγμονή ικανή να καταστρέψει τα τοιχώματα του εντέρου.

6. Επιθέσεις αυτοκτονίας

Εκτός από τις εξωτοξίνες, τα βακτήρια διαθέτουν και ενδοτοξίνες. Πρόκειται στην πραγματικότητα για τις πρωτεΐνες από τις οποίες δομούνται και οι οποίες, όταν τα βακτήρια πεθαίνουν, κατακλύζουν τον οργανισμό του ξενιστή. Σε αντίθεση δηλαδή με τις εξωτοξίνες, οι ενδοτοξίνες δεν είναι τόσο ισχυρές. Μπορούν όμως να προκαλέσουν εξαιρετικά το ανοσοποιητικό σύστημά μας επειδή υπάρχουν σε τεράστιες ποσότητες μετά τη θανάτωση των παθογόνων μικροοργανισμών.

Εργασία και χαρά
Τα επιστρατεύουμε για την παρασκευή φαρμάκων, για τον καθαρισμό των πετρελαιοκηλίδων, αλλά και για την παραγωγή ενέργειας

Συμβιώνουν μαζί μας, αν και μερικές φορές όχι και τόσο αρμονικά. Μήπως όμως θα έπρεπε να τα βάλουμε και να εργαστούν για εμάς; Τα βακτήρια διαθέτουν ιδιότητες που τα καθιστούν μοναδικά για αυτόν τον σκοπό: κατ’ αρχάς ζουν παντού στον πλανήτη (ακόμη και στις πιο ακραίες συνθήκες) και μπορούν να τρέφονται με οτιδήποτε.

Κάποια είδη βακτηρίων με ιδιαίτερες διατροφικές προτιμήσεις αξιοποιούνται για τον καθαρισμό των πετρελαιοκηλίδων.

Επιπροσθέτως, είναι φυσικό για αυτά να εκκρίνουν στο περιβάλλον τις ουσίες που παράγουν. Αν στα παραπάνω προστεθεί το γεγονός ότι σε χρόνο μηδέν μπορούν να πολλαπλασιαστούν και να γίνουν ένας ολόκληρος στρατός, αντιλαμβάνεται κανείς ότι δεν είναι περίεργο που οι ερευνητές θέλησαν να δημιουργήσουν εργοστάσια βακτηρίων.

Τι παράγουν αυτά τα εργοστάσια; Κυρίως φάρμακα που εμείς δεν ξέρουμε πώς να συνθέσουμε, από αντιβιοτικά και εμβόλια ως μονοκλωνικά αντισώματα που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση του καρκίνου. Τα βακτήρια αρχικά τροποποιούνται γενετικά για να αποκτήσουν την πληροφορία που απαιτείται για τη σύνθεση μιας φαρμακευτικής ουσίας και στη συνέχεια καλλιεργούνται σε ειδικά σχεδιασμένους βιοαντιδραστήρες. Οι τεράστιοι αριθμοί τους και η ικανότητά τους να εκκρίνουν τις παραγόμενες ουσίες σημαίνει ότι σε μικρό χρονικό διάστημα αποκτούμε ικανές ποσότητες του επιθυμητού προϊόντος. Η αποδοτικότητα των βακτηρίων και οι πρόοδοι της μοριακής βιολογίας έχουν οδηγήσει σήμερα στο να παράγουμε εξαιρετικά περίπλοκες φαρμακευτικές ενώσεις που θα απαιτούσαν πολλά βήματα αν έπρεπε να παραχθούν με τη βοήθεια συνθετικής χημείας. Δεν είναι όμως μόνο παραγωγοί φαρμάκων τα βακτήρια. Υπό κατάλληλες συνθήκες μπορούν να παράσχουν και ενέργεια. Μεθάνιο, υδρογόνο και βιοκαύσιμα από τη σκληρή εργασία των βακτηρίων είναι ήδη σε βιομηχανική παραγωγή, ενώ πειραματικά και σε μικρή κλίματα παράγεται και ηλεκτρισμός.

Η μεγάλη όρεξη και η ευρύτατη γκάμα των ουσιών που μπορούν να καταναλώσουν τα βακτήρια αξιοποιείται τις τελευταίες δύο δεκαετίες για οικολογικούς σκοπούς. Οπως προαναφέρθηκε, οπουδήποτε στη Γη και αν ψάξει κανείς θα βρει βακτήρια και αυτά θα τρέφονται με οτιδήποτε υπάρχει στη συγκεκριμένη περιοχή. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει βακτήρια που μεταβολίζουν πετρελαϊκά προϊόντα και τα οποία χρησιμοποιούνται για καθαρισμό πετρελαιοκηλίδων, αλλά και είδη βακτηρίων τα οποία τρέφονται με τα απόβλητά μας και αξιοποιούνται στα φίλτρα βιολογικού καθαρισμού. Αξίζει δε να σημειωθεί ότι από τη σύζευξη του καθαρισμού των αστικών λυμάτων και της παραγωγής βιοκαυσίμων έχουμε με έναν σμπάρο δυο τρυγόνια.

Μπορεί τα βακτήρια να ζουν παντού στον πλανήτη, αλλά δεν ζουν όλα τα είδη βακτηρίων σε όλα τα σημεία. Τα είδη των βακτηρίων που υπάρχουν στο χώμα μιας περιοχής ή στο νερό μιας άλλης σχετίζονται απολύτως με τις συνθήκες (θερμοκρασίας, pH, τροφικών δεδομένων) που επικρατούν. Η τεράστια πρόοδος στην αποκωδικοποίηση των γονιδιωμάτων (μικροοργανισμών και όχι μόνο) που έχει λάβει χώρα τις τελευταίες δύο δεκαετίες είχε ως αποτέλεσμα να μπορούν οι ερευνητές να δημιουργούν το μικροβιακό προφίλ κάθε περιοχής. Και το μικροβιακό προφίλ αποδεικνύεται τόσο συγκεκριμένο ώστε να έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται από τις αστυνομικές αρχές για την εύρεση της θέσης όπου διαπράχθηκε ένα έγκλημα. Με δεδομένο μάλιστα ότι ο κάθε άνθρωπος διαθέτει το δικό του χαρακτηριστικό βακτηριακό προφίλ, οι εγκληματολόγοι θεωρούν ότι σύντομα αυτό θα μπορεί να αξιοποιηθεί για τον εντοπισμό των δραστών εγκληματικών ενεργειών.

ΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ

17-20
βακτήρια ανά τετραγωνικό εκατοστό υπάρχουν στο τηλέφωνο του σπιτιού μας

900

βακτήρια ανά τετραγωνικό εκατοστό υπάρχουν στο τηλέφωνο του γραφείου μας

20

βακτήρια ανά τετραγωνικό εκατοστό υπάρχουν στο ποντίκι του υπολογιστή μας

480

βακτήρια ανά τετραγωνικό εκατοστό υπάρχουν στο ποντίκι του υπολογιστή του γραφείου μας

Πηγή

Advertisements

Posted on Οκτώβριος 13, 2015, in Άρθρα - Ελληνικός Τύπος and tagged , , , . Bookmark the permalink. Σχολιάστε.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

~ ETY 121 ~

Γενική Χημεία

Η Φυσική στο Λύκειο

Κασβίκης Αθανάσιος

in search of Physics

ένα project για τη διδασκαλία της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση

Φυσικής "Απάνθισμα"

Ρήγας Φεραίος, 1757 - 1798

Physics Courses

Ένα blog αφιερωμένο στη διδασκαλία της φυσικής

Περι Φυσικής ορμώμενος

Η διαδικτυακή μας τάξη! Ανοικτή σε μαθητές και καθηγητές...

Αρέσει σε %d bloggers: