Die Werkzeuge, die Bakterien zu verwenden, um Antibiotika zu bekämpfen

Die Fähigkeit von pathogenen Bakterien , um den Widerstand zu entwickeln Antibiotikum Drogen stellt eine wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit weltweit. Und Wissenschaftler haben nun herausgefunden , dass einige unserer mikroskopischen Feinde können sogar schlauer als wir vermutet wird , mit versteckten genetischen Veränderungen zu schnelle Entwicklung unter Förderung Stress und Entwicklung von Antibiotika-Resistenzen in mehr als bisher angenommen. Die Ergebnisse erscheinen in einem neuen Papier in der Zeitschrift Biomicrofluidics von AIP Publishing .


Dieses Bild zeigt zwei Stämme von E. coli -Bakterien (Wildtyp und GASP ) konkurrieren miteinander , wie sie wachsen auf einer ebenen Fläche. Die Wildtyp- Bakterien erscheinen grün auf der Oberfläche , während die GASP Bakterien erscheinen rot. Als die Forscher die Bakterien hinzugefügt , um komplexere mikrofluidischen Bauteilen beobachteten sie die schnelle Entwicklung der verschiedenen Mutationen für Antibiotikaresistenz .
Bildnachweis: Robert Austin / Princeton University

In dem Papier , Forscher an der Princeton University in New Jersey beschreiben, wie sie beobachtet zwei ähnliche Stämme von E. coli Bakterien schnell entwickeln ein ähnliches Niveau der Antibiotikaresistenz mit überraschend andere genetische Mutationen . Entwicklung von verschiedenen Lösungen für das gleiche Problem zeigt die Bakterien haben eine vielfältige Arsenal an genetischen "Waffen" entwickeln kann, um Antibiotika zu bekämpfen , die möglicherweise macht sie vielseitig und schwer zu besiegen .

"Bakterien sind clever - sie haben Möglichkeiten, um zu reagieren, versteckt Stress dass wieder Bildhauerei ihre Genome beteiligen ", sagte Robert Austin, Biophysiker an der Princeton , die das Forschungsteam führte .

Erkennen, wie effektiv Bakterien können Drogen zu überleben, ist ein ernüchternder Gedanke , sagte Austin. "Es zeigt uns, dass Antibiotika müssen viel vorsichtiger , als sie es bis zu diesem Punkt gewesen verwendet werden ", sagte er .

Beschleunigte Entwicklung

Austin und seine Mitarbeiter sind spezialisiert auf die Entwicklung von einzigartigen , mit Flüssigkeit gefüllte Mikrostrukturen zu Theorien der bakteriellen Entwicklung testen. Anstelle der Verwendung von Teströhrchen oder Petrischalen - einheitliche Umgebungen , Austin Noten, gibt es nur in den " ivied Hallen der Wissenschaft " - die Forscher bauen Geräte, die sie besser imitieren natürliche ökologische Nischen zu glauben.

Das Team verwendet eine maßgeschneiderte Mikrofluidik-Vorrichtung , die rund 1.000 angeschlossenen Mikrohabitate , in denen Populationen von Bakterien wachsen enthält . Das Gerät erzeugt komplexe Verläufe von Lebensmitteln und Antibiotika ähnlich , was in natürliche bakterielle Lebensräume wie Darm oder anderen Kompartimenten in einem menschlichen Körper gefunden werden.

" In komplexen Umgebungen das Auftreten von Resistenzen kann viel schneller und tiefer , als es aus dem Reagenzglas Experimente erwarten sein «, sagte Austin .

Aus früheren Experimenten mit den komplexen mikro Geräte , wussten die Forscher , dass manche gewöhnlichen " Wildtyp " Stämme von E. coli Bakterien schnell entwickelt Resistenz gegen Antibiotika . Sie fragte sich, ob ein mutierter Stamm genannt GASP , die schneller mit begrenzten Nährstoffe als der Wildtyp wiedergibt , würde die gleiche Art von Antibiotika-Resistenz , wenn auf die gleiche Medikament ausgesetzt zu entwickeln.

Secret Weapons Revealed

Durch die Sequenzierung der Genome von Wildtyp und GASP Bakterienkolonien , die gegen das Antibiotikum Ciprofloxacin ( Cipro ) ausgesetzt wurde , fanden die Forscher verschiedene genetische Mutationen könnten ähnliche Niveaus der Antibiotika-Resistenz führen . Beispielsweise entstand zwei verschiedene Mutantenstämme : eines der Antibiotika-resistenten Stämmen GASP in der Weise, dass er nicht mehr benötigt , Biofilme , um überleben zu machen entwickelt Stress . Sie tat dies durch " Kreditaufnahme " ein Stück übrig gebliebenen DNA aus einem Virus, das Bakterien infiziert . Der andere Stamm nicht diese Exzision tun , darauf hinweist, dass in der Evolution die Stämme ihre Wetten abzusichern .

Viren regelmäßig ihre eigene DNA zu injizieren in Bakterien und manchmal auch DNA-Sequenzen bleiben , dass nicht mehr scheinen, um eine Funktion in Bezug auf die virale Replikation zu haben. Unter normalen Umständen wird der übrig gebliebene DNA können weder helfen noch behindern die Bakterien , aber in Zeiten der Stress Die Bakterien können die neue DNA verwenden, um schnell entwickeln Antibiotika-resistente Mutationen.

Die Ergebnisse zeigen die Feinheit und Vielfalt der Werkzeuge, die Bakterien zu kämpfen haben Stress , Sagte Austin. Er fragt sich , ob unsere verbleibende effektive Methoden zur Abtötung von Bakterien , wie beispielsweise unter Verwendung von Ethanol , um Oberflächen zu desinfizieren , sind auch anfällig , und sein Team plant , um zu testen , ob Bakterien in ihre Geräte Ethanol Beständigkeit entwickeln.