“Mikroplarla oynuyorum. Bu oyunun elbet pek çok kuralı var… ancak bilgi ve deneyim kazandıktan sonra, kuralları yıkmak ve kimsenin daha önce bilmediği bir şeyi keşfetmek çok eğlenceli…”
Alexander Fleming, 1945

Fleming, yaklaşık beş yıl çalıştıktan sonra doktor ünvanı aldığı St. Mary Hastanesi’nde. Kendisini bakteriyolojiye ve St. Mary Hastanesi’ne adayarak 1955 yılında ölünceye kadar, kırk sekiz yıldan daha uzun bir süre burada çalıştı[1].

” … Alexander’ın çalışma masası Dr. Allison’nın masasına göre oldukça dağınıktı. Haftalar önceki deneylerden kalan bakteri kültürleriyle dolup taşıyordu. Bunları dezenfekte etmeden önce, uzun zaman takip ederek yakından incelemeyi tercih ediyordu. İlginç şeylerin ne zaman olacağı tahmin edilemezdi. Bir gün, temizlemek üzere olduğu bir grup eski kültür kabını inceliyordu. Aniden durdu. İçlerinden birine dikkatle tekrar baktı ve “Bu çok ilginç” diyerek Dr. Allison’a gösterdi…” [1]

Alexander Fleming’in şaşkınlıkla baktığı petri kabında farklı çeşitlerde bakteriler vardı. Ve bu kabı uzun bir süre açık unuttuğu için içerisi küf mantarlarıyla dolmuştu. Petri kabını temizlemeye hazırlanırken, küf mantarlarını ve yanında bulunan jel yapıyı fark etmişti [3].

“…Alexander, birkaç haftadan beri soğuk algınlığından şikayetçiydi. Burnundaki koyu sıvıdan bir damla alıp, geliştirmek üzere bir kaba koymuştu. Allison’a da bu kabı göstermişti. İkisininde gördüğü gibi, burun sıvısından alınan damlanın bulunduğu kabın her tarafı altın sarısı bakteri kolonileriyle kaplanmıştı. Yaklaşamadıkları tek yer sıvının çevresiydi. Bakteriler burun sıvısının yakınlarına doğru gelişmeye başlasalar da, şeffaflaşarak yok oluyorlardı. Ancak, burun sıvısına belli uzaklıkta normal biçimde gelişiyorlar idi. Alexander olaydan çok etkilenmişti. Belirgin farkı yakalamıştı. Burun sıvısında gerçekten bakterileri öldüren bir şey olabilir miydi?…” [1]

Fleming petri kabını temizlerken küf mantarının kenarında bulunan jel kısmında ki yapıda herhangi bir çeşit bakteri topluluğu bulunmadığını fark etmişti. Oysaki kabın diğer kısımlarında bol miktarda bakteri görülebiliyordu. Fleming bakterileri yok eden bu yapının Penicillium notatum adı verilen küf mantarı olduğunu düşündü. Bu mantarların kenarlarında yer alan jöle kıvamında ki sulu kısmına ise penisilin adını verdi. Bu nedenle Alexander Fleming, Penicillium‘ un büyüme ortamında antibakteriyel bir etkinlik keşfeden bilim adamı olarak anılır [3].

Penisilin küfü “penicillium notatum”. Penisilin küflerinin etkisi önceden beri biliniyordu. Ancak bu gözlemler, Alexander’ın 1928 yılında küfü görmesine kadar hiçbir anlam taşımıyordu. Küf, o güne kadar bilinen ve insan vücuduna zarar vermeyen en güçlü maddeydi [1].

“…Küfler hakkında bilgisi olan bir bilim adamı, Alexander’a onun küfünün Penicillium grubundan olduğunu söylemişti. 1929 yılının Şubat ayından başlayarak, Alexander bakteri öldüren maddesine “penisilin” adını verdi…” [1]

Alexander’in ilk kez penisilini gördüğü orijinal kültür kabı. Solda küf kolonisi olan “penicillium” görülmektedir. Penisilin sıvı olarak bu koloniden sızmaktadır. Hemen yanında sağdaki bölgede “stafilokok” bakteri kolonileri şeffaflaşarak, eriyorlardı. En sağda penisilinin ulaşamadığı bölümde, normal olarak gelişen stafilokok kolonileri görülmektedir [1].

Küf Mantarları

Küf bir mantar çeşididir. Çürükçül ya da parazit beslenir ve oksijenli solunum yaparlar ve uygun her ortamda bulunabilirler. Özellikle havada bulunan sporları çoğalmak için uygun ortam olan nemli, ılık ve besinli ortamda çoğalarak meydana gelir. Binlerce çok küçük mantarın bir araya gelmesiyle küf oluşumuna sebep olurlar. Küf mantarları çok sıcak ve çok soğuk ortamlarda yaşayamazlar. Çünkü küf mantarlarının hücrelerinde yer alan enzimler çok sıcak ortamlarda bozulur. Aynı şekilde, çok soğuk ortamlarda da çoğalamazlar çünkü soğuk ortamlarda hücresel faaliyetleri en aza iner. Bu nedenle yemeklerimizi bozulmamaları için buzdolabında uygun koşullarda saklarız [3,5].

“…Küfün önemi, 1928 yılının Eylül ayındaki o günden ancak on dört yıl sonra, yani Oxford’da Howard Walter Florey ve Ernst Borist Chain’in, Alexander’in elindeki küfün gücünü keşfetmesinden sonra kavranabildi. Ancak o zaman, St. Mary Hastanesi’nin laboratuvarındaki genç bilim adamları hafızalarını tazeleyerek penisilinle tanıştıkları o ilk dakikaları hatırlayabildiler. Ancak o zaman, Alexander’in elindeki küf kabına gereken ilgiyi göstermemiş olduklarını anladılar…” [1]

Fleming, penisilini küf mantarından ayırmayı başaramaz ve penisilin ile ilgili çalışmalarını 1934 yılında sonlandırır. Konuyla ilgili bir makalesinde penisilinin hastalıkların tedavisinde kullanılabileceğini belirtir, ancak genel olarak makalesinde değindiği nokta penisilinin küf mantarına duyarlı bakteriler ile diğer bakterilerin birbirinden ayrılmasıdır. Ancak küf mantarının bir ilaç olan penisilin halini alması için yapılan çalışmalar Fleming’in makalesinden sonra başlar. Howard Walter Florey ve Ernst Borist Chain’in farelerde yapmış oldukları deneyde penisilin ilacının enfeksiyon kapmış fareleri iyileştirdiği sonucuna varır [2,3,4].

“…25 Mayıs 1940, cumartesi günü sabahı, tıp dünyasında yeni bir döneme ilk adımın atıldığı tarihtir. Saat 11.00’de Florey, sekiz beyaz fareye öldürücü mikroplardan biri olan streptokok enjekte etti. İçlerinden dört tanesi kafeslerine geri kondu. Diğer dört fareden ikisine tek doz penisilin enjekte edilirken, kalan iki fareye, izleyen on saat içerisinde dozu beş kez azaltan penisilin uygulandı. Ertesi sabah, tedavi edilmeyen fareler ölmüştü. Penisilin verilen diğer dört fare ise hala yaşıyordu…” [1]

[3]

İnsanoğlu küf mantarının iyileştirici özelliğinin olabileceğini Fleming’den çok daha önce düşünmüştür. Örneğin, Antik Mısır’da insanlar yaralarının üzerine enfeksiyon kapmamaları için lapa haline getirilen küflü ekmek sürerlermiş [3].

Penisilin

Penisilinler, çok çeşitli bakterilere saldıran bir grup bakteriyel ilaçtır. Penicillium chrysogenum ,küf veya mantarlardan üretilirler. Penisilin grubu, 5 üyeli bir tiazolidin halkasına birleştirilmiş 4 üyeli β-laktam halkasının ve β-laktam halkasına bir asil yan zincirinin varlığı ile karakterize edilir. Penisilinler β-laktam antibiyotik olarak da adlandırılır. Penisilin antibiyotikler, sentezlenme şekillerine göre, doğal olarak oluşan ve yarı sentetik penisilinler olarak iki gruba ayrılabilirler. Doğal olarak oluşan penisilinler, Penicillium’un fermantasyon işleminden türetilir ve klinik olarak kullanılan öncü bir antibiyotik grubunu içerir. Doğal olarak üretilmeyen diğer tüm penisilinler ise yarı sentetik penisilinler olarak sınıflandırılabilir [3,5].

Bakteriler çok çabuk uyum sağlarlar ve penisiline karşı direnç kazanabilirler. Aşağıda görülen kap Alexander’in penisilinin saldırılarına karşı bakterilerin geliştirdiği bir maddenin etkilerinin test etmekte kullandığı kaplardan biridir. Bu maddeye “penisilinaz” adı veriliyordu. Kabın üst kısmında, bu kültür ortamında yayılan penisilinazın koruması altında stafilokoklar büyümeye devam etmektedir [1].
Hafif tüylü “penicillium notatum” kültürü. Küfün gelişebilmesi için pek çok farklı kültür ortamı denediler. En iyi biçimde, bir tür et çorbası üzerinde, oda sıcaklığında gelişiyordu. Yüzeyin üzerinde ki katman geliştikçe, altta biriken sıvının rengi sarıya dönüyor aynı zamanda da bakterileri öldürme gücü artıyordu [1].

İşleyiş

Vücudumuz enfeksiyon kaptığında çok sayıda akyuvar üreterek bakterileri yok eder ve çoğunlukla başarılı başarılı olur. Ancak bazı durumlarda, vücudumuzun baş edemeyeceği ölçüde bakteri girer. Bu durumda vücudumuza yardımcı kuvvet olarak antibiyotikleri alırız. Bu antibiyotiklerden bir tanesi de penisilindir. Penisilin sınıfındaki bu ilaçlar, bakterilerin hücre duvarlarını dolaylı olarak patlatarak çalışır. Bunu bakteri hücrelerinde önemli bir yapısal rol oynayan peptidoglikanlara etki ederek yaparlar. Bir bakteri çoğaldığında, hücreler bölündükçe hücre duvarlarında küçük delikler açılır. Yeni üretilen peptidoglikanlar daha sonra duvarları yeniden inşa etmek için bu delikleri doldurur. Penisilinler , peptidoglikanları birbirine bağlayan protein desteklerini inhibe eder ve bakterinin hücre duvarlarındaki delikleri kapatmasını önler. Bu, bakterinin savunma mekanizmasıdır. Bunun yanı sıra bakteri, penisilinde ki β-laktam halkasını sindirecek enzimler üretir. Bakterinin enzimlerinin penisilinde bulunan β-laktam halkasını sindirememesi için ilaca bakteri enzimlerinin çalışmasını önleyecek yıkıcı maddeler eklenir ve bakterilerin ölmesi sağlanır [3,4].

Yaygınlaşma

“…Oxford’da bekleyen Floray ve Chain’i ileride büyük bir mücadele bekliyordu. Bir insanın tedavisinde, bir fareye gereken penisilin dozundan çok daha fazlası gerekiyordu. Bu miktar, hemen hemen üç misli kadardı.Çünkü bir insan farenin üç bin katı büyüklüğündedir ve bir fare boyutuna oranla bin kat penisiline ihtiyaç duyar. Dolayısıyla, en ufak penisilin miktarının üretilmesi için oldukça fazla miktarda küf sıvısına ihtiyaç duyuluyordu. Bunun için aylar boyunca her hafta beş yüz litre küf sıvısı üreterek, beş veya altı hastayı tedavi etmek için gerekli penisilini toplamaları gerektiğini hesaplamışlardı…” [1]

Penisilin üretiminin yaygınlaşması 2. Dünya Savaşı yıllarına denk gelmektedir. O yıllarda çoğu ülke İngiltere’deki ilaç firmalarından yardım alamıyorlardı çünkü fabrikaların birçoğu savaşta kullanılacak ürünler üretiyordu. Florey ve Chain penisilin üretiminin İngiltere’de yapılamayacağını düşündüler. Bu nedenle de çalışmalarına ilaç üretimi için gereken şartların nispeten daha iyi olduğu Amerika Birleşik Devletleri’nin Illinois eyaletindeki Peoria’da, bir tarımsal araştırma laboratuvarında küf sıvısı üreterek başladılar. Aynı yılın aralık ayında ABD’nin savaşa girmesiyle, penisilin savaş yaralılarının tedavisinde büyük önem kazandı. Penisilinin bir ilaç olarak satışa sunulması ve dünya çapında üne sahip olması ürünün ABD’ye gelmesinden sonra gerçekleşti. Bilim insanlarının bu buluşu belki de savaşın seyrini değiştiren etmenlerden bir tanesi olarak sayılabilir [1,3].

“Penisilinin savaş ameliyatlarında kullanılması bir devrimdi. Esas önemli konu… Joseph Lister’in hayallerinin ötesinde bir antiseptiğin varlığının onaylanmasıdır. Kan dolaşım sistemi aracılığıyla olduğu kadar, bölgesel olarak da uygulanabilen pek çok patolojik organizmalara karşı çok güçlü, ancak aynı zamanda, en hassas dokulara karşı bile zarar vermeyen ve silfamitlerin başarılı olamadığı ortamlarda tam anlamıyla aktif olan bir antiseptikti bu.”
Howard Walter Florey

İkinci Dünya Savaşı sırasında bombardımandan kaçarak Londra metrosuna sığınan insanlar. Bu üzücü ortamda ve Alman istilası tehlikesi altında penisilin geliştirilmesine aralıksız devam edildi. Florey ve ekibi, Oxford’dan bir tehlike anında kaçış için gereken hazırlıkları yapmışlardı. Ceketlerinin astarlarına penicillium küfünün sporlarını koymuşlardı.[1]

İnsanda Penisilin’in İlk Denenmesi

12 Şubat 1941 yılında ilaç ilk defa bir insan üzerinde kullanılmaya başlanmıştır. Bahçesinde çiçekleri budarken vücuduna diken batan ve bu yüzden enfeksiyon kapan bir polis memuru Albert Alexander, Florey ve Chain’in penisilini ilk denediği hastadır. İlk penisilin iğnesinden, yirmi dört saat sonra, hastada gözle görülür bir iyileşme oldu.Polis memurunun vücudundaki bakteriler tamamen etkisiz hale getirilememişti. Sağlığında düzenli gelişmelerin bir süre devam etmesine karşın, bakteriler tekrar enfeksiyon oluşturdular. Ellerinde tedaviye yetecek miktarda penisilin olmadığı için polis memuru hayatını kaybetmiştir [1,3].

Margaret Jennings, penisilinin hayvan ve insanda kullanılması sırasında Howard Florey’in yanında çalışmıştı. Penisilini ikinci hasta üzerinde deneyen doktordur.[1]

Kullanım Alanları

Günümüzde pek çok bakteri penisiline karşı direnç kazanmıştır. Buna rağmen penisilin ilacı; frengi, bademcik iltihabı, pnömoni, ateşli romatizma, çıban, farenjit, difteri gibi hastalıklara neden olan bakterilerin yok edilmesinde kullanılmıştır. Ayrıca üst solunum yolu enfeksiyonları, E.coli veya Salmonella enfeksiyonu, yumuşak doku enfeksiyonlarının tedavisinde de kullanılmaktadır. Penisilin, bulaşıcı hastalıkların araştırmalarını ve terapötik tıbbı kalıcı olarak değiştirmiştir [2,3,5].

Kısa bir zaman sonra penisilinin genel olarak çok güvenilir bir ilaç olduğu anlaşıldı. Ancak bazı insanların penisiline duyarlı olduğu fark edildi. Bu azınlıktaki grup, zaman zaman ciddi sorunlar verebilecek ciddi tepkiler gösteriyordu. Tıpkı Alexander Fleming’in tahmin ettiği gibi, bazı bakteriler penisiline karşı direniyordu. Günümüzde pek çok doktor, penisilini dünyanın bildiği en önemli tıbbi ilerleme olarak değerlendirmektedir. Penisilin insanları sadece ölüme götüren bakterilerden kurtarmadı, aynı zamanda doktorlara ilk kez bakterileri durdurma gücünü de verdi [2,3].

“…Oxford’da Howard Walter Florey, penisiline direnç gösteren bakterilere karşı, diğer antibiyotiklerin geliştirilmesi sonucunda arayışlarına devam etti. Penisiline meydan okuyan diğer bakterilerle savaşacak diğer küflerden üretilmiş antibiyotiklerin keşfiyle kariyerine ikinci bir zafer eklemiştir. Yeni ilaçlar aynı zamanda penisiline alerjisi olan insanlar tarafından da kullanılabiliyordu…” [1]

1944 yılında yayımlanan bir Amerikan dergisinin kapağı. Bu tarihten on altı yıl önce, 1928 yılında Alexander Fleming küfün sıvı bölümlerinde penisilini bulmuştu. [1]

Kaynakça

[1] Birch,B.(1992), Bilime Yön Verenler – Alexander Fleming (Penisilin), Ankara:İlkkaynak Yayınları,Birinci Baskı ; 7-58.
[2] Bennett,J., Chung,K.T.,(2001) “Alexander Fleming and The Discovery of Penicillin”,Advances in Applied Microbiology,163-184
[3]Şen,M. (2016), Penisilin, Tübitak Bilim Genç (21.05.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[4] Newman,T. (2018)”How do Penicillins Work?”, Medical News Today (21.05.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[5] G.G. Dumancas, R.S., Hikkaduwa Koralege,E.-R.E., Mojica,B.S., Murdianti, P.J. Pham (2014),Penicillins,,Encyclopedia of Toxicology, 3. Baskı;768-772