Penicylina — pierwszy antybiotyk

Co się właśnie stało?

Zwiększyłeś stężenie penicyliny na krążku, a wokół niego pojawiła się coraz większa, wolna od bakterii obwódka — strefa zahamowania wzrostu. To dokładnie ten obraz, który w 1928 roku zaskoczył Alexandra Fleminga: na zapomnianej płytce z gronkowcami pleśń Penicillium notatum wytworzyła substancję, wokół której bakterie nie rosły.

Jak działa penicylina?

Penicylina blokuje enzym (transpeptydazę, tzw. białko wiążące penicylinę), który buduje i usztywnia ścianę komórkową bakterii z peptydoglikanu. Bez sprawnej ściany komórka bakteryjna nie wytrzymuje własnego ciśnienia osmotycznego i pęka. Działa więc tylko na komórki aktywnie budujące ścianę — czyli na rosnące, dzielące się bakterie (najsilniej na Gram-dodatnie, z grubą warstwą peptydoglikanu).

Uproszczony model dyfuzji (metoda krążkowo-dyfuzyjna):

Antybiotyk dyfunduje z krążka w żel agarowy, a jego stężenie maleje wraz z odległością. Tam, gdzie spadnie poniżej progu hamującego (MIC), bakterie znów mogą rosnąć — stąd wyraźna, kolista granica strefy. Właśnie na tej zasadzie działa antybiogram: test krążkowo-dyfuzyjny sprawdzający, na jakie antybiotyki wrażliwy jest dany szczep bakterii.

Dlaczego strefa rośnie coraz wolniej?

Bo promień strefy zależy od pierwiastka ze stężenia, a nie od niego wprost — podwojenie dawki antybiotyku nie podwaja promienia strefy. Powierzchnia (pokrycie płytki) rośnie za to z kwadratem promienia, więc nawet niewielki przyrost strefy oznacza dużo większy obszar chroniony przed bakteriami.

Po co Ci to na maturze:

Mechanizm działania antybiotyków (ściana komórkowa, synteza białek, replikacja DNA) i metoda krążkowo-dyfuzyjna to klasyczne zagadnienia z mikrobiologii i genetyki bakterii — pojawiają się przy pytaniach o odkrycie Fleminga, Nagrodę Nobla 1945 (Fleming, Florey, Chain) oraz mechanizmy narastającej oporności bakterii na antybiotyki.

Zapamiętaj: penicylina niszczy ścianę komórkową bakterii, dlatego wokół krążka z antybiotykiem powstaje strefa zahamowania wzrostu — im wyższe stężenie, tym większa strefa, ale przyrost słabnie (r ~ √C).