المفاهيم الأساسية

علم الأحياء

البكتيريا

الصحة

الدواء

الرياضيات

الاحتمالات

مقدمة

هل سبق أن اضطررت إلى تناوُل المضادات الحيوية؟ من المرجح أن طبيبك أو ممرضك طلب منك أن تكمل تناوُل كل جرعات الدواء، حتى لو بدأت تشعر بالتحسُّن قبل أن تُنهيه. لكن ما سبب ذلك؟ قد تتفاجأ عندما تعلم أنك إذا توقفت مبكرًا عن تناول المضاد الحيوي فإنك قد تُسهم في خلق "بكتيريا خارقة" مقاوِمة للمضادات الحيوية، وهو ما يمكن أن يجعل أدويتنا أقل فاعلية، ويجعل علاج الأمراض أكثر صعوبة. في هذا النشاط، ستعرف لماذا يصعب جدًّا معالجة هذه البكتيريا الخارقة، وذلك عن طريق رمي النرد لنرى كيفية استجابة البكتيريا للمضادات الحيوية.

الخلفية العلمية

البكتيريا هي كائنات حية مجهرية موجودة في كل مكان. فحتى عندما نكون بحالة صحية جيدة، فإن تريليونات منها تعيش على أجسادنا وبداخلها. وأغلب أنواع البكتيريا غير ضار للبشر، بل إن الكثير منها مفيد. لكن بعضها قد يُمرضنا. والمضادات الحيوية هي أدوية تعالج العدوى البكتيرية -مثل عدوى التهاب البلعوم أو عدوى الأذن- عن طريق قتل البكتيريا. وقبل استخدام المضادات الحيوية على نطاق واسع في منتصف القرن العشرين، كان الناس يموتون أحيانًا من جَرَّاء جروح وعدوى طفيفة (ربما إصابات نعتبرها اليوم تافهة، مثل خدش في الركبة).

إلا أنه مع مرور الوقت، فقدت الكثير من المضادات الحيوية فاعليتها؛ لأن البكتيريا أصبحت أكثر مقاوَمةً لها، وهذا يعني أن بعض البكتيريا يمكن أن تبقى حيةً بعد التعرُّض للمضادات الحيوية التي كان من المفترض أن تقتلها. وتُعرف هذه البكتيريا باسم البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، أو "البكتيريا الخارقة".

ويرجع السبب في ذلك إلى أن البكتيريا ليست كلها سواء؛ فبعض البكتيريا يمكن أن تكون أكثر مقاومةً من غيرها لمضاد حيوي معين. وإذا كانت بعض البكتيريا لا تتأثر بالمضاد الحيوي، فبإمكانها النجاة، بل وحتى التكاثر.

ويتفق العلماء على أن تناوُل المضادات الحيوية لمدة قصيرة للغاية يزيد من خطر خلق مقاومة للمضادات الحيوية لدى البكتيريا الناجية. وثمة ممارسات أخرى يمكن أن تُنتج بكتيريا مقاوِمةً للمضادات الحيوية، منها تناول المضادات الحيوية عندما لا تكون ضرورية (كما هو الحال عندما تصاب بفيروس)، وعدم تنظيم تناول المضادات الحيوية على نحو صحيح، أو تناوُلها مدةً أطول مما ينبغي. في هذا النشاط، سنحاكي تطور البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية باستخدام النرد. كم عدد الجرعات التي تظن أنها ضرورية للقضاء عليها كلها؟

المواد المستخدمة

  • 20 حجر نرد (سداسية الأوجه: 15 بلون واحد، و5 بلون آخر)، أو الدخول على أحد المواقع الإلكترونية لرمي النرد، أو تطبيق لرمي النرد.
  • ورق
  • قلم جاف
  • مساحة كبيرة ومستوية يمكنك أن ترمي فيها كل أحجار النرد (إذا كنت تستخدم أحجارًا حقيقية).
  • أحجار نرد إضافية من كل لون من اللونين (اختياري)
  • ورقة رسم بياني (اختياري)

الإعداد للتجربة

  • قسّم أحجار النرد وفق اللون. في النموذج الخاص بك، سيمثل كل حجر بكتيريا واحدة، بحيث تمثل الأحجار الخمسة ذات اللون الواحد البكتيريا الأكثر مقاومة، أما الأحجار الخمسة عشر ذات اللون الآخر فتمثل البكتيريا الأقل مقاومة. (من حسن الحظ أن البكتيريا الأقل مقاومةً لا تزال هي الأكثر وفرةً في الطبيعة).
  • اكتب في ورقتك أي لون يمثل أي بكتيريا.
  • في عملية المحاكاة، كل رمية للنرد ستناظر تناوُل جرعة من المضادات الحيوية. ستنجو البكتيريا الأكثر مقاومةً من المضادات الحيوية عندما تقع أحجار النرد على أرقام 2 و3 و4 و5 و6، أما البكتيريا الأقل مقاومةً فستنجو عندما تقع رمياتها على رقم 6 فقط. كيف تختلف احتمالات النجاة بالنسبة للبكتيريا الأقل مقاومةً مقارنةً بتلك الأكثر مقاومة؟

الخطوات

  • اخلط أحجار النرد معًا وألقها لتمثل الجرعة الأولى من المضادات الحيوية.
  • افصل النرد إلى كومة للبكتيريا "الناجية" وكومة للبكتيريا "الميتة" وفقًا للقواعد الخاصة بالبكتيريا الأقل مقاومةً والأكثر مقاومة. كيف أبلت الجرعة الأولى من المضادات الحيوية في عملية قتل البكتيريا؟
  • ضع كل أحجار النرد الموجودة في كومة "الميتة" جانبًا؛ فلن يكون لها استخدام بعد الآن. احسب عدد أحجار النرد من كل لون الموجودة في كومة "الناجية"، وسجل نتائجك في ورقة. كم عدد البكتيريا التي نجت؟ وكم عدد البكتيريا الأقل مقاومةً والأكثر مقاومةً التي ماتت؟
  • كرِّر هذه الخطوات حتى لا تتبقى أية أحجار نرد، وسجل النتائج في كل مرة ترمي فيها النرد. كم عدد الرميات المطلوبة لقتل كل البكتيريا الأكثر مقاومة؟ هل تنجو البكتيريا الأكثر مقاومةً لمدة أطول أم أقل مقارنة بتلك الأقل مقاومة؟ لماذا كان الحال كذلك في رأيك؟
  • نشاط إضافي: قم بزيادة عدد أحجار النرد لكل مجموعة بكتيرية، أو غيّر نسبة البكتيريا الأكثر مقاومة مقارنةً بتلك الأقل مقاومة. كيف يغير هذا نتائجك؟ ماذا يحدث إذا بدأت بنسبة أكبر من البكتيريا الأكثر مقاومة؟
  • نشاط إضافي: استخدم ورقة رسم بياني لرسم نتائجك. على المحور الأفقي، اكتب عدد الجرعات (عدد المرات التي رميت فيها النرد)، وعلى المحور الرأسي، ارسم بيانيًّا عدد البكتيريا التي نجت بعد كل جرعة. كيف تعبر رسوماتك البيانية عن المقارنة بين البكتيريا الأكثر مقاومةً والأقل مقاومة؟
  • نشاط إضافي: في العالم الحقيقي، تستطيع البكتيريا الحية أن تتكاثر، وأن تنتج المزيد من نوعها. ماذا تظن أنه سيحدث بمرور الوقت إذا سمحت لكل جرثومة بالتكاثر؟ جرِّب جرعتين من المضاد الحيوي (رميتين للنرد) مستبعدًا البكتيريا "الميتة" كل مرة. بعد الجرعة الثانية، استبعد البكتيريا "الميتة" كالمعتاد، لكن هذه المرة أضف حجر نرد من اللون نفسه لكل بكتيريا تمكنت من النجاة. كيف أثر ذلك على نسبة البكتيريا الأكثر مقاومة إلى الأقل مقاومة؟ واصل فعل ذلك بعد كل رميتين للنرد. كيف تتأثر نسبة البكتيريا؟ هل يمكنك إبادة البكتيريا الأكثر مقاومةً في نهاية المطاف؟ هل يمكنك التفكير في سبب أهمية تجنُّب وجود البكتيريا الأكثر مقاومةً من الأساس؟
  • نشاط إضافي: تعمل المضادات الحيوية لقتل البكتيريا فقط. فما الذي يحدث إذا كان لديك فيروس، ناتج عن نوع مختلف من العدوى، مثل نزلات البرد؟ لنكتشف ذلك. اجمع 15 حجر نرد من نفس اللون، وهذه المرة ستكون هذه هي خلايا الفيروس. والآن، ألق كل أحجار النرد، والتي تمثل جرعةً واحدةً من المضادات الحيوية. استبعد أي حجر نرد استقر على رقم 7. هل قتل المضاد الحيوي أيًّا من الخلايا الفيروسية؟

الملحوظات والنتائج

هل تمكنت من قتل كل البكتيريا؟ نعم، على الأرجح، ولكن ربما تطلَّب الأمر منك العديد من جولات رمي النرد للقيام بذلك. ربما لاحظت أن البكتيريا "العادية" أو الأقل مقاومةً قُتلت بسرعة كبيرة. فنظرًا إلى أنها تنجو فقط عندما تكون نتيجة الرمي هي 6، ومع وجود ستة أرقام ممكنة على حجر النرد، فإن احتمال نجاتها بعد رمية واحدة (تمثل جرعة واحدة من المضاد الحيوي) هو واحد فقط واحد من ستة احتمالات، أي 16.6%. والأرجح أن الأمر تطلب بضع رميات فقط للقضاء على كل البكتيريا الأقل مقاومة.

إلا أن احتمالات نجاة البكتيريا الأكثر مقاومةً في هذا النموذج هي خمسة احتمالات من أصل ستة، أي 83.3% لكل رمية (أو كل جرعة)؛ إذ إنها تنجو عندما تقع الرمية على أرقام 2 و3 و4 و5 و6. ويعني ذلك افتراض أن قتل كل البكتيريا الأكثر مقاومةً استغرق وقتًا أطول بكثير. وعلى الرغم من أنها بدأت بعدد أقل كثيرًا من البكتيريا الأقل مقاومة، إلا أنها بعد بضع رميات ربما كانت البكتيريا الوحيدة الحية. وربما استغرق الأمر منك ما يصل إلى 10 جرعات أو أكثر من المضادات الحيوية (أو رميات النرد) لإبادتها كلها.

هذا ما يحدث في الحياة الواقعية مع البكتيريا؛ إذ إن جرعة واحدة من المضادات الحيوية تكون فعالةً للغاية في قتل الكثير من البكتيريا التي لا تستطيع مقاومة تأثير الدواء. غير أن البكتيريا التي تستطيع الدفاع عن نفسها ضد المضادات الحيوية يمكنها أن تنجو من الجرعة الأولى، وسيتطلب الأمر عدة جرعات من العلاج لقتلها. وإذا كنت قد أجريت النشاط الإضافي المتمثل في السماح للبكتيريا الناجية بالتكاثر، فربما تكون قد رأيت أنه كان من الصعب للغاية قتل البكتيريا الأكثر مقاومة، وهذا هو السبب في أننا نحاول تجنُّب وجود المزيد من هذه الجراثيم من الأساس. وإذا كنت قد حاولت قتل فيروسات باستخدام جرعات المضاد الحيوي، فقد رأيت بالتأكيد أن هذا لم يفلح على الإطلاق. لذا، ضع ذلك في الاعتبار في المرة القادمة التي تصاب فيها بالمرض. تناول أي مضادات حيوية موصوفة لك وفقًا لتعليمات طبيبك أو ممرضك بالضبط، حتى تتمكن من القيام بدورك والمساعدة في تجنُّب خلق البكتيريا الخارقة.

More to Explore
What About Antibiotics?, from Kids' Health at the Women's and Children's Health Network
Antibiotic Resistance Questions and Answers, from the Centers for Disease Control and Prevention
Combating Antibiotic Resistance, from the U.S. Food and Drug Administration
Color-Changing Dots, a Bring Science Home activity from Scientific American
STEM Activities for Kids, from Science Buddies

This activity brought to you in partnership with Science Buddies

Science Buddies