Antibiyotik Nedir
Antibiyotik, bakterileri öldürerek veya büyümelerini engelleyerek çalışan antimikrobiyal bir maddedir. Bakteriyel enfeksiyonlarla savaşmak için kullanılan birincil antibakteriyeldir ve sıklıkla bu tür enfeksiyonları tedavi etmek ve önlemek için kullanılır. Antibiyotikler ağızdan, topikal olarak veya daha ciddi enfeksiyonlarda enjeksiyon veya intravenöz yolla (IV) alınabilir. Bağışıklık sistemi genellikle zararlı bakterileri çoğalmadan ve semptomlara neden olmadan önce öldürebilir. Ancak bazen zararlı bakterilerin sayısı, bağışıklık sisteminin hepsini yok edemeyeceği kadar fazla olur. Bakteriler rastgele mi mutasyona uğruyor yoksa belirli bir amacı mı var? Araştırmacılar bir yüzyıldan fazla bir süredir bu gizem üzerinde kafa yoruyorlar.
Antibiyotikler Neden İşe Yaramıyor
1943’te mikrobiyolog Salvador Luria ve fizikçiden biyolog Max Delbrück, bakterilerin amaçsızca mutasyona uğradığını kanıtlamak için bir deney tasarladı. Diğer bilim insanları yaptıkları testlerde bakterilerin daha önce karşılaşmadıkları antibiyotiklere karşı direnç geliştirebildiklerini gösterdi.
Luria-Delbrück deneyinin bilim üzerinde önemli bir etkisi oldu. Sonuçlar, Luria ve Delbrück’ün 1969’da Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kazanmasına yardımcı oldu ve öğrenciler bugün biyoloji derslerinde deneyi çalışıyorlar. Biyoistatistikçi olarak 20 yılı aşkın süredir işimde bu deney üzerinde çalışıyorum.
Onlarca yıl sonra deney, bakterilerin henüz geliştirilmemiş antibiyotiklere karşı direnç geliştirebileceğini ima ettiği için bugün hala geçerli olan dersler sağlıyor.
Slot makineleri ve buluş anı
Besleyici bir et suyunda yaşayan bakterileri içeren bir test tüpü hayal edin. Yüksek bakteri konsantrasyonu nedeniyle et suyu bulanıktır. Bir test tüpüne bakteri bulaştıran bir virüsün (faj olarak da bilinir) eklenmesi bakterilerin çoğunu öldürür ve et suyunun berrak olmasını sağlar.
Ancak tüpü bakteri üremesini teşvik eden koşullarda saklarsanız et suyu zamanla bulanıklaşacaktır. Bu da bakterilerin fajlara karşı direnç geliştirdiğini ve çoğalabildiğini gösteriyor.
Bu değişimde fajların rolü ne oldu?
Bazı bilim adamları fajların bakterileri hayatta kalabilmek için mutasyona teşvik ettiğini öne sürdüler. Diğerleri ise bakterilerin düzenli olarak rastgele mutasyona uğradığını ve faj dirençli varyantların gelişiminin sadece bir tesadüf olduğunu öne sürdü. Luria ve Delbrück bu gizemi çözmek için aylarca birlikte çalıştılar ama deneylerinin hiçbiri başarılı olmadı.
16 Ocak 1943 gecesi Luria, bir meslektaşının kumar makinesinde büyük ikramiyeyi kazanmasını izlerken bulmacanın nasıl çözüleceğine dair bir ipucu aldı. Ertesi sabah laboratuvarına koştu.
Luria’nın deneyi birkaç test tüpü ve tabaktan oluşuyordu. Her tüp, E. coli bakterilerinin büyümesini desteklemek üzere tasarlanmış bir besin suyu içeriyordu ve her tabak, faj kaplı malzeme içeriyordu.
Her tüpe birkaç bakteri eklendi ve faja dirençli varyantlar oluşturmak için iki fırsat verildi. Fajların yokluğunda test tüplerinde mutasyona uğrayabilirler ya da fajların varlığında kaplarda mutasyona uğrayabilirler. Ertesi gün Luria, bakterileri her test tüpünden fajlarla dolu bir tabağa aktardı. Ertesi gün her tabaktaki dirençli bakteri kolonilerinin sayısını saydı. Bu da antibiyotik karşıtı hücreleri tetikledi.
Bakteriler fajlarla etkileşime girerek direnç geliştiriyorsa test tüplerindeki bakterilerin hiçbirinde mutasyon olmamalıdır. Öte yandan, yalnızca birkaç bakterinin (örneğin 10 milyon bakteriden 1’inin) bir faj plakasına aktarıldığında dirençli varyantlar üretmesi gerekir. Her faj dirençli varyant bir koloniye dönüşecek, ancak geri kalan bakteriler enfeksiyon nedeniyle ölecek.
Bakteriler fajlarla etkileşimden bağımsız olarak direnç geliştirdiğinde, test tüplerindeki bazı bakterilerde mutasyonlar gelişir. Bunun nedeni, bir bakterinin test tüpünde her bölünüşünde, dirençli bir varyant yaratma ihtimalinin küçük olmasıdır.
Eğer bakterilerin ilk nesli önce mutasyona uğrarsa, sonraki nesillerde bakterilerin en az yarısı dirençli olacaktır. Eğer bir bakteri ikinci nesilde ilk mutasyona uğrarsa, sonraki nesillerde bakterilerin en az sekizde biri dirençli olacaktır.
Slot makinelerindeki küçük ödemelerde olduğu gibi, geç nesil mutasyonlar daha yaygındır ancak daha az kararlı değişkenlerle sonuçlanır. Büyük ikramiyeler gibi, erken nesil mutasyonlar da nadirdir ancak çok sayıda varyantla sonuçlanır. Erken nesil mutasyonlar nadirdir çünkü başlangıçta yalnızca az sayıda bakteri mutasyona uğrayabilir.
Örneğin 20 nesli kapsayan bir deneyde, 10. nesil bakterilerde meydana gelen bir mutasyon, 1.024 faja dirençli varyantla sonuçlanacaktır. 17. nesildeki bir mutasyon, faja dirençli yalnızca dört varyantla sonuçlanacaktır. Luria’nın deneylerindeki istikrarlı kolonilerin sayısı, kumar makinelerindeki ödemelere benzer bir model gösterdi. Çoğu tabakta hiç mutant koloni yoktu ya da az sayıda mutant koloni vardı, ancak bazıları çok sayıda mutant koloni içeriyordu ve Luria bunu büyük ikramiye olarak değerlendirdi. Bu, bakterilerin, tabaktaki fajlarla etkileşime girmeden önce bile dirençli varyantlar geliştirdiği anlamına geliyordu.
Deneyin mirası
Deneyi tamamladıktan sonra Luria, Delbrück’e çalışmasını kontrol etmesini isteyen bir mesaj gönderdi. İki bilim adamı daha sonra bakteriyel mutasyon oranlarını ölçmenin deneysel protokolünü ve teorik temelini açıklayan klasik bir makale yazmak için birlikte çalıştı. Diğer bilim adamları da benzer deneyler yaparak fajları penisilin ve tüberküloz önleyici ilaçlarla değiştirdiler. Ayrıca bakterilerin bir antibiyotiğe karşı direnç geliştirmesi için karşılaşması gerekmediğini de buldular.
Milyonlarca yıldır bakteriler, zorlu ve sürekli değişen ortamlarla başa çıkabilmek için rastgele mutasyonlara güvendiler. Devam eden rastgele mutasyonlar kaçınılmaz olarak gelecekte antibiyotiğe dirençli varyantların geliştirilmesine yol açacaktır. Uyuşturucu direnci, kabul etmemiz ve mücadeleye devam etmemiz gereken bir yaşam gerçeğidir.
Bu yazı The Conversation adresinden derlenmiştir.