抗药性的电影方法

出版时间:星期五,9月9日,2016—05:17 在里面生物学与自然

以好莱坞奇才为灵感的创意笔触,徳赢手机版来自哈佛医学院和以色列理工学院的科学家们设计了一种简单的方法来观察细菌如何在不受药物影响的情况下移动。实验,9月描述。9问题科学类,他们被认为是第一次大规模地了解细菌的活动,因为他们遇到越来越高剂量的抗生素,并适应它们的生存和繁荣。

这样做,研究小组制作了一个2×4英尺的培养皿,并在里面放入14升琼脂,一种从海藻中提取的凝胶状物质,通常用于实验室,在生物体生长时为其提供营养。

为了观察大肠杆菌如何适应越来越高剂量的抗生素,研究人员将盘子分成几部分,并用不同剂量的药物将其浸透。盘子最外层的边缘没有任何毒品。下一部分含有少量抗生素——略高于杀死细菌所需的最低剂量——随后的每一部分的剂量都增加了10倍,盘子中央的抗生素含量是最低剂量的1000倍。

两个多星期,一架安装在盘子上方天花板上的照相机定期拍摄照片,研究人员将这些照片拼接成了延时蒙太奇。结果如何?强大的,未上漆的细菌运动图像,死亡和生存;工作中的进化,肉眼可见。

设备,被称为微生物进化和生长舞台(巨型)板块,表示一个简单,更现实的是,探索空间与进化挑战之间相互作用的平台,这些挑战迫使有机体改变、适应或死亡,研究人员说。

研究的第一作者迈克尔·贝姆说:“我们对细菌vwin徳赢app下载用来躲避抗生素的内部防御机制有相当的了解,但我们对它们适应不同环境时在太空中的物理运动知之甚少。”HMS的系统生物学研究员。

研究人员警告说,他们的巨大培养皿并不能完美地反映细菌在现实世界和医院环境中是如何适应和生长的。但它确实比传统的实验室培养更接近于真实环境中的细菌。这是因为,研究人员说,在细菌进化中,空间,规模和地理位置很重要。在抗生素强度不同的环境中移动对生物体构成的挑战与传统实验室实验不同,传统实验室实验中使用的是小平板均匀混合的药物。

电影灵感

这项发明是出于教育学的必要性——在HMS的研究生课程中,以视觉上吸引学生的方式教授进化论。研究人员改编了一个来自好莱坞的想法。

高级研究员Roy Kishony,HMS和Technion,看到了一个数字广告牌在宣传2011年的电影传染病,关于一场致命的病毒大流行的可怕叙述vwin徳赢app下载。这个营销工具是用一个巨大的实验盘来展示大量的绘画,发光的微生物在黑暗的背景下缓慢爬行,拼出电影的标题。

基肖尼说:“这个项目一直都很有趣和愉快。”“第一次看到细菌传播是一种刺激。我们的大底盘需要复杂,往往晦涩难懂,进化的概念,比如突变选择,血统,平行进化和克隆干涉,并且提供了一个视觉化的,相信是这些模糊想法的证明。这也有力地说明了细菌对抗生素有多容易产生耐药性。”

联合研究员泰米·利伯曼说,这些图片激发了普通观众和专业观众的好奇心。

利伯曼说:“这是微生物进化速度的惊人证明。”他当时是基索尼实验室的研究生,现在是麻省理工学院的博士后研究员。“播放视频时,进化生物学家立即认识到他们抽象地思考过的概念,vwin徳赢app下载当非专业人士立即开始提出真正好的问题时。”

移动中的细菌

除了提供一种显示进化的目的地方式外,该装置对暴露在剂量增加的药物中的细菌的行为产生了一些关键的见解。vwin徳赢app下载其中一些是:

细菌扩散到它们不能再生长的浓度(抗生素剂量)。

在每个浓度水平,一小群细菌适应并存活下来。抗性是通过遗传变化的连续积累而产生的。随着抗药性突变体的出现,他们的后代迁移到抗生素浓度较高的地区。多个突变体家族争夺同一空间。得胜的菌株进入了药物剂量较高的地区,直到药物浓度达到他们无法生存的程度。

随着抗生素剂量的不断增加,低抗性突变体产生中等抗性突变体,最终培育出能够抵御最高剂量抗生素的高抗性菌株。

最终,在获得性耐药性的戏剧性证明中,细菌扩散到最高的药物浓度。在10天内,细菌产生的突变菌株能够存活的抗生素甲氧苄啶比杀死其祖先的菌株高1000倍。当研究人员使用另一种抗生素环丙沙星时,细菌对初始剂量产生了100000倍的抵抗力。

最初的突变导致生长缓慢——这一发现表明,适应抗生素的细菌在发生突变时不能以最佳速度生长。一旦完全抵抗,这种细菌恢复了正常的生长速度。

适者,大多数抗性突变体并不总是最快的。他们有时会躲在较弱的菌株后面,而这些菌株正冒着抗生素剂量更高的危险。

经典的假设是,在最高浓度下存活的突变体是最具抵抗力的,但研究小组的观察结果却显示了不同的结果。

贝姆说:“我们所看到的表明,进化并不总是由最具抵抗力的突变体领导的。”“有时候,最好先到那里。最强的突变体是,事实上,通常在更脆弱的压力后面移动。首先到达那里的人可能是基于接近性而不是突变强度。”

来源:哈佛医学院

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