Ученые обнаружили, что 75% всех возможных путей эволюции кишечной палочки E. coli наделяют бактерию высоким уровнем устойчивости к антибиотикам. Эти данные позволяют лучше понять, как будет развиваться антибиотикорезистентность бактерий. Исследование опубликовано в журнале Science.
Сейчас проблема устойчивости к антибиотикам как никогда актуальна. Все больше бактерий обретают устойчивость к имеющимся препаратам, тем самым крайне затрудняя лечение. Для решения этой проблемы ученые создают новые антибиотики, а также исследуют гены бактерий, чтобы понять процесс формирования устойчивости. Для последнего они составляют специальные графики, так называемые «ландшафты приспособленности». Это графическое отображение того, как особь приспособлена к чему-то в зависимости от ее генотипа. На ландшафтах приспособленности разные точки представляют разные генотипы организма, а высота этих точек показывает, насколько хорошо каждый генотип адаптирован к окружающей среде. Принято представлять области высокой приспособленности в виде возвышенностей, низкой — в виде долин или ям. Вредные мутации — это движение вниз по склону, полезные — путь наверх. Мутации нейтральные, не влияющие на приспособленность, соответствуют движению вдоль линий одинаковой высоты.
Теперь биологи из Испании и Швейцарии составили большие ландшафты приспособленности для изучения того, как может мутировать Escherichia coli (E. coli) и к чему это приведет. Авторы исследования редактировали гены бактерии с помощью системы CRISPR/Cas9 и изменяли ген folA, кодирующий дигидрофолатредуктазу. Это ген, который отвечает за функционирование антибиотика. Ученые меняли девять нуклеотидов в трех положениях аминокислот и картировали более 260 тысяч мутаций этого фермента. Все это происходило в присутствии антибиотика триметоприма, действие которого нацелено на дигидрофолатредуктазу. Таким образом ученые смогли оценить развитие резистентности к этому препарату.
В полученном ландшафте было 514 пиков, отражающих варианты генов с высокой приспособленностью. Были и части ландшафта, где линия шла примерно на одном уровне, что говорит о наличии нейтральных мутаций, не дающих каких-то новых свойств. Однако даже в таком ландшафте около 75% смоделированных популяций достигли пика приспособленности. Это говорит о том, что E. coli может быстро адаптироваться к разным антибиотикам.
Мутировавшие таким образом популяции E. coli могут стать непобедимым врагом для множества антибиотиков. Это отличается от картины, которую наука имеет на данный момент, и говорит о том, что устойчивость к антибиотикам выше, чем предполагалось. «Это имеет глубокие последствия не только в биологии, но и за ее пределами, побуждая нас обратить внимание на наше понимание того, как изменяются ландшафты приспособленности», — отмечает Андреас Вагнер из Цюрихского университета в Швейцарии.
Автор: Анна Гуль.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
