Изучение эволюции устойчивости бактерий к антибиотикам в эксперименте
Учёные исследовали, как виды адаптируются к критическим изменениям среды, на примере развития устойчивости к антибиотику рифампицину у бактерий рода Pseudomonas.
Дизайн исследования
- Объект: 480 популяций от 8 различных штаммов Pseudomonas (всего 3840).
- Условие: рост в присутствии минимальной ингибирующей концентрации (МИК) рифампицина для каждого штамма.
- Длительность: 30 бактериальных поколений.
- Анализ: для 75 случайно выбранных устойчивых мутантов от каждого штамма (всего 600) секвенировали ген rpoB (известный медиатор устойчивости) и измеряли скорость роста.
Ключевые результаты
- Мутации: Выявлено 47 различных мутаций в гене rpoB. Большинство возникло однократно, некоторые — многократно в одном или нескольких штаммах.
- Параллельная эволюция: Популяции одного штамма эволюционировали сходным образом, что согласуется с преобладающей гипотезой.
- Влияние генетического фона: Одинаковые мутации оказывали разное влияние на приспособленность (fitness) в генетически различных штаммах. Это указывает на важную роль общего генетического фона.
- Изменчивость: Скорости роста варьировали сильнее внутри видов, чем между видами.
Значение и выводы
Как отметил соавтор Крейг Маклин: "Устойчивость к антибиотикам часто развивается за счёт мутаций в консервативных генах... Наше исследование показывает, что остальная часть генома влияет на то, какие мутации устойчивости возникают и как они влияют на дарвиновскую приспособленность. Эти данные подразумевают, что нам следует с осторожностью экстраполировать понимание генетики устойчивости между штаммами или видами бактерий".
Исследование демонстрирует, как метод экспериментальной эволюции позволяет получить важные данные о взаимосвязи между мутациями ДНК, ростом и эволюцией.
Работа опубликована в онлайн-издании журнала Molecular Biology and Evolution.