Βακτήρια εναντίον αντιβιοτικών: ένα οπτικό πείραμα

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Τι είναι η «εξέλιξη»; Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για μια φυσική εξέλιξη, που συνοδεύεται από αλλαγή στη γενετική σύνθεση και προσαρμογή στο περιβάλλον. Με άλλα λόγια, οι οργανισμοί μεταλλάσσονται σταδιακά για να επιβιώσουν σε δύσκολα περιβάλλοντα.

Και τώρα δεν μιλάμε μόνο για ζώα, αλλά και για τα βακτήρια που μας περιβάλλουν. Επιστήμονες από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ γύρισαν ένα εκπληκτικό βίντεο που μας δείχνει την εξέλιξη του βακτηρίου E. coli. Σας προσκαλούμε να το παρακολουθήσετε.

Η ουσία του πειράματος ήταν η εξής: να καταδειχθεί πώς τα βακτήρια προσαρμόζονται σε δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες για την επιβίωσή τους. Για αυτό, δημιουργήθηκε ένα γιγάντιο ορθογώνιο πιάτο Petri διαστάσεων 60 x 120 εκατοστών. Το θρεπτικό διάλυμα δεν ήταν ομοιόμορφο. Το μπολ χωρίστηκε σε 9 ορθογώνια τμήματα. Τα δύο εξωτερικά τμήματα περιείχαν ένα κανονικό θρεπτικό διάλυμα στο οποίο τα βακτήρια μπορούν να πολλαπλασιαστούν ελεύθερα. Αλλά σε κάθε επόμενο τμήμα, προστέθηκαν αντιβιοτικά και όσο πιο κοντά είναι το τμήμα στη μέση του μπολ, τόσο μεγαλύτερη ήταν η συγκέντρωση των αντιβιοτικών.

Έτσι, μόλις τα βακτήρια έφτασαν στα σύνορα με το επόμενο τμήμα, δεν είχαν άλλη επιλογή από το να εξελιχθούν για να αντέξουν την απειλή για τη ζωή τους. Νέα στελέχη βακτηρίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά συνέχισαν να πολλαπλασιάζονται περαιτέρω, και έτσι τμήμα προς τμήμα, παλιές αποικίες πέθαναν και νέες συνέχισαν να κινούνται αργά αλλά σταθερά προς το νικηφόρο κέντρο του πιάτου Petri. Φυσικά, στο βίντεο θα δείτε μια πολλαπλά επιταχυνόμενη καταγραφή αυτής της διαδικασίας, γιατί το όλο πείραμα πήρε στους επιστήμονες του Χάρβαρντ 11 ημέρες.

Το πείραμα δεν έχει μόνο επιστημονική αλλά και εκπαιδευτική αξία. Ο μεγάλος χώρος της αρένας MEGA επιτρέπει την οπτική παρατήρηση μεταλλάξεων και φυσικής επιλογής κατά την εξάπλωση του μετώπου του βακτηριακού πληθυσμού.

Καθώς η αντοχή στα αντιβιοτικά συνεχίζει να αυξάνεται, αναδύονται πολυάριθμες παράλληλες εξελικτικές γραμμές στον πληθυσμό των βακτηρίων, οι οποίες διαφέρουν ως προς τον φαινότυπο και τον γονότυπο.

Μελετώντας τα βακτήρια στο προσκήνιο και πίσω από τον πληθυσμό των βακτηρίων, οι επιστήμονες ανακάλυψαν αρκετά ενδιαφέροντα πράγματα. Αποδείχθηκε ότι η εξέλιξη δεν προωθείται πάντα από βακτήρια που είναι πιο ανθεκτικά στα αντιβιοτικά. Παραδόξως, μερικές φορές οι πιο ανθεκτικές γενεαλογίες παγιδεύονται πίσω από τα πιο ευαίσθητα βακτήρια. Προφανώς, αυτό οφείλεται σε «πρόωρες» μεταλλάξεις, όταν κάποια βακτήρια είναι έτοιμα να επιβιώσουν σε υψηλότερη συγκέντρωση αντιβιοτικού, που θα εμφανιστεί στο μέλλον, αλλά δεν έχει ακόμη εμφανιστεί. Σε μια τέτοια κατάσταση, δυνητικά πιο προσαρμοσμένα βακτήρια δίνουν τη θέση τους μπροστά στα συγγενή τους, τα οποία είναι προσαρμοσμένα ακριβώς στην πραγματική συγκέντρωση που υπάρχει αυτή τη στιγμή.

Για να δοκιμάσουν αυτή τη θεωρία, οι επιστήμονες πήραν δείγματα απομονωμένων αποικιών βακτηρίων με «πρόωρες» μεταλλάξεις και τα τοποθέτησαν βίαια μπροστά στο μπροστινό μέρος. Όπως ήταν αναμενόμενο, επιβίωσαν σε συνθήκες στις οποίες το κύριο βακτηριακό μέτωπο δεν μπορούσε να επιβιώσει.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι η καλύτερη προσαρμογή σε ένα αδύναμο αντιβιοτικό αποτέλεσμα επιταχύνει αργότερα την προσαρμογή σε υψηλότερες συγκεντρώσεις (εικόνα παρακάτω). Όλα μοιάζουν με ανθρώπους που μπορούν να προσαρμοστούν καλύτερα στις επιδεινούμενες συνθήκες διαβίωσης εάν οι αλλαγές συμβούν σταδιακά και ανεπαίσθητα.