Bakterie kontra antybiotyki – eksperyment

Czym jest „ewolucja”? Przede wszystkim naturalnym rozwojem wraz ze zmianą składu genetycznego i adaptacją do środowiska. Innymi słowy, organizmy stopniowo mutują w celu przetrwania w trudnych warunkach.

I nie chodzi tu tylko o zwierzęta ale również o otaczające nas bakterie. Naukowcy z Harvard Medical School nakręcili zadziwiające wideo, namacalnie zamanifestowano nam proces ewolucji bakterii pałeczki okrężnicy (Escherichia coli). Zapraszamy do obejrzenia filmu.

Istota eksperymentu polegała na wykazania w jaki sposób bakterie adaptują się do trudnych warunków środowiska. W tym celu powstała ogromna prostokątna miska Petriego o wymiarach 60 na 120 centymetrów. Roztwór pożywki w niej zawarty nie był jednolity. Szalę podzielono na 9 prostokątnych sekcji. Dwie sekcje, które znajdowały się z brzegu zawierały zwykłą pożywkę, w których bakterie mogły się swobodnie rozmnażać. Jednak do każdej kolejnej sekcji dodano antybiotyki, przy czym im bliżej sekcja połowy miski, tym stężenie antybiotyków było wyższe.

Tak więc, gdy bakterie docierały do granicy z następnej sekcji, nie miały wyboru jak ewoluować w celu przeciwdziałania zagrożeniu ich życia. Nowe szczepy bakterii opornych na antybiotyk mnożyły się dalej, i tak sekcja za sekcją stare kolonie ginęły a nowe powoli ale pewnie posuwały się do zwycięskiego środka miski Petriego. Oczywiście film jest w przyspieszeniu ponieważ cały proces eksperymentu naukowców z Harvardu trwał 11 dni.

https://www.youtube.com/watch?v=plVk4NVIUh8

Eksperyment ma nie tylko wartość naukową, ale również edukacyjną. Duża przestrzeń MEGA areny pozwala na wizualną obserwację mutacji i naturalnej selekcji podczas propagacji populacji bakterii.

W miarę stałego zwiększania oporu ze strony antybiotyku w populacji bakterii powstawały liczne równoległe linie ewolucji, które różniły się pod względem fenotypu i genotypu.

Po zapoznaniu się z czołówką i tyłami frontu populacji bakterii, naukowcy odkryli kilka ciekawych rzeczy. Okazało się, że w ewolucji nie zawsze szły do przodu bakterie najbardziej odporne na antybiotyki. Paradoksalnie, czasem najbardziej odporne linie okazywały się słabsze od bardziej wrażliwych bakterii. Najwyraźniej dzieje się tak z powodu „przedwczesnej” mutacji, gdy niektóre bakterie są gotowe na przetrwanie w wyższym stężeniu antybiotyku, który pojawi się w przyszłości, ale jeszcze go nie ma. W takiej sytuacji potencjalnie bardziej przystosowane bakterie ustępują miejsce na froncie swoim ziomkom, które przystosowane są do aktualnej koncentracji, istniejącej w tej chwili.

W celu sprawdzenia tej teorii, naukowcy pobrali próbki pojedynczych kolonii bakterii z „przedwczesnych” mutacji i umieścić je z frontu. Jak zakładano, przetrwały one w warunkach, w których bakterie z przodu frontu nie były wstanie przetrwać.

Naukowcy odkryli, że najlepsze dopasowanie do słabego działania antybiotyku przyspiesza późniejszą adaptację do wyższych stężeń (na dole rysunku). Wszystko jak u ludzi, którzy są w stanie lepiej dostosować się do pogarszających warunków życia, jeśli zmiany zachodzą stopniowo i niepostrzeżenie.

źródło