La Recherche fournit des analyses neuves dans la durée de vie secrète des bactéries

Les Bactéries avec les « contacts » génétiques synthétiques prouvent que les antibiotiques fonctionnent différemment que nous ont pensé

Les Infections bactériennes sont la cause du décès du numéro un dans des patients hospitalisés aux Etats-Unis, et les bactéries résistant aux antibiotiques sont sur l'augmentation, entraînant à des dizaines de milliers de morts chaque année. Comprenant exact comment le travail d'antibiotiques (ou ne font pas le travail) est essentiel pour des stratégies se développantes d'alternative thérapeutique, pour viser non seulement les « superbugs neufs, » mais pour rendre également les médicaments existants plus pertinents contre leurs objectifs. Utilisant des techniques synthétiques de biologie, une équipe de recherche à l'Institut de Wyss à l'Université de Harvard a découvert que les bactéries réagissent des antibiotiques très différemment - exact l'opposé, en fait - à l'intérieur du fuselage contre en circuit une boîte de Pétri, suggérant que certaines de nos suppositions actuelles au sujet des antibiotiques puissent être incorrectes.

Contacts Bactériens : Les « colonies d'Escherichia coli qui peuvent assimiler le lactose, et pour cette raison se divisaient activement quand l'ATC a été ajouté, bleu de spire une fois développées sur un support spécial, alors que les colonies qui ne peuvent pas assimiler le lactose demeurent blanches. Crédit : Institut de Wyss à l'Université de Harvard »

« L'image que la plupart des directeurs de stage ont est que les antibiotiques fonctionnent à côté de détruire les bactéries activement de division, et non-se divisant les bactéries sont celles qui résistent à la demande de règlement et font persister des infections. J'ai voulu savoir si c'est réellement vrai - fait la part de diviser des bactéries change au cours d'une infection, et comment faites les antibiotiques influencent cela ? » dit Laura Certaine, M.D., Ph.D., un Camarade Clinique à l'Institut de Wyss et Massachusetts General Hospital qui est le premier auteur de l'étude. « La biologie Synthétique est très utilisée pour concevoir des bactéries de sorte qu'elles fabriquent les produits utiles ou diagnostiquent les maladies, et nous avons utilisé que le même élan pour produire un outil de microbiologie qui peut nous indiquer que les bactéries se comportent dans le fuselage. » La recherche est publiée dans la délivrance d'aujourd'hui de l'Hôte et du Microbe de Cellules.

Certain et ses collègues a utilisé une tension génétiquement conçue des bactéries d'Escherichia coli qui a été produite dans le laboratoire de l'Argent de fondation de Pamela de Membre de la faculté de Noyau de Wyss, Ph.D. il y a quelques années. Les bactéries ont un « interrupteur à levier » génétique encodé dans leur ADN qui change de "OFF" en la position de "ON" quand les bactéries sont exposées à un anhydrotetracycline appelé chimique (ATC). Quand le contact est mis en marche, une altération génétique se produit dans les bactéries qui leur permet d'assimiler le lactose de sucre, alors que les bactéries dont les contacts demeurent hors circuit ne peuvent pas. La clé à ce système est que l'interrupteur à levier peut seulement être renversé si les bactéries se divisent activement quand l'ATC est ajouté ; les contacts de toutes les bactéries de non-division resteront hors circuit, même lorsque l'ATC est présent. Ainsi, l'interrupteur à levier offre un instantané à temps qui peut indiquer si les bactéries étaient en activité ou en sommeil au moment de l'exposition d'ATC.

Des études Bactériennes sont souvent effectuées in vitro, mais les infections se produisent dans l'environnement complexe des fuselages vivants, qui sont très différents d'une boîte de Pétri. Pour évaluer leurs bactéries in vivo, les chercheurs ont implanté une petite tige en plastique dans les pieds des souris et ont inoculé leur tension bactérienne conçue dans le pied pour imiter les infections bactériennes continuelles qui surgissent généralement chez l'homme quand des matériels médicaux et les articulations artificielles sont implantés. Ils ont alors injecté les souris avec l'ATC à différentes heures au cours de l'infection de renverser l'interrupteur à levier en toutes les cellules bactériennes de division dans la position de "ON". Quand ils ont extrait des bactéries des souris et les ont élevées sur un support contenant de la lactose spécial, ils ont constaté que toutes les bactéries se divisaient activement pour les 24 premières heures, mais d'ici le quatrième jour que la fraction a relâché environ au moitié et resté constante pour le reste de l'infection, indiquant que le nombre de bactéries détruit par le fuselage était équilibré par les bactéries neuves étant produites par l'intermédiaire de la division cellulaire. Ce résultat a différé de la réaction in vitro, dans laquelle toutes les bactéries ont cessé de les diviser une fois ont atteint la capacité de chargement de leur environnement.

Ensuite, les scientifiques ont testé la réaction des bactéries aux antibiotiques in vivo en permettant à l'infection de progresser pendant deux semaines, alors injectant les souris avec le levofloxacin antibiotique. Quand ils ont analysé les bactéries extraites, ils ont constaté que tandis que le montant total de bactéries chez les souris diminuait, la part des bactéries de survivance qui activement se divisant augmentaient réellement. Ces résultats étaient dans l'opposition directe aux antibiotiques observés in vitro, qui ont détruit plus de cellules de division que non-divisant des cellules. Les chercheurs ont protégé les colonies bactériennes pour la résistance aux antibiotiques, et n'ont pas trouvé n'importe quelle preuve que les bactéries avaient évolué pour améliorer la tenue les effets de massacre du levofloxacin, confirmant que l'antibiotique était encore pertinent.

« Il y a plusieurs raisons possibles pour lesquelles nous avons vu une proportion plus élevée de diviser des bactéries en présence d'un antibiotique, » dit Certain. « Nous le trouvons très probablement que les cellules en sommeil commutent dans un remplissage de ` de condition active les lacunes' qui surgissent quand les antibiotiques réduisent la population bactérienne générale. Si les bactéries continuent à se diviser activement dans toute une infection, car notre étude suggère, elles devraient être susceptibles des antibiotiques. » En Effet, les chercheurs pouvaient corriger l'infection avec une dose plus élevée de l'antibiotique, indiquant que, contrairement aux suppositions conventionnelles au sujet des infections bactériennes, il n'y a aucune population fixe des cellules en sommeil et antibiotique-tolérantes dans ce modèle d'infection chronique. « Si un antibiotique ne fonctionne pas, nous devrions nous concentrer sur trouver des moyens de livrer plus de lui au site d'infection ou recenser d'autres mécanismes de tolérance qui pourraient être au jeu, plutôt que supposant qu'une bastion des bactéries de non-division est le coupable, » dit les Collins de fondation correspondants de JIM d'auteur et de Membre de la faculté de Noyau de Wyss, le Ph.D., qui est également le Professeur de Termeer de la Technologie Médicale et de la Science et un Professeur du Bureau D'études Biologique chez Massachusetts Institute of Technology.

« Cette recherche affiche l'alimentation électrique de la biologie synthétique de fournir des analyses neuves dans des mécanismes de contrôle cellulaire, et met l'accent sur comment nous devons soutenu interroger les suppositions que des soins cliniques de guide aujourd'hui, » indique Directeur de Fondation Donald Ingber, M.D., le Ph.D. d'Institut de Wyss, qui est également le Professeur de Judah Folkman de la Biologie Vasculaire à la Faculté de Médecine de Harvard et du Programme de Biologie Vasculaire à l'Hôpital pour Enfants de Boston, ainsi que le Professeur de la Bio-ingénierie chez John A. Paulson School de Harvard du Bureau D'études et des Sciences Appliquées.

Les auteurs Supplémentaires de l'article incluent la Voie de Jeffrey, le Ph.D., le Scientifique de Cadres Supérieurs à l'Institut de Wyss, et le Matthew Pezone, une Aide à la Recherche à l'Institut de Wyss.

Cette étude a été supportée par le Groupe de Paul G. Allen Frontiers, l'Agence de Réduction de Danger de la Défense, et l'Institut de Wyss à l'Université de Harvard.