La Ricerca fornisce le nuove comprensioni in vita segreta dei batteri

I Batteri con “le opzioni„ genetiche sintetiche indicano che gli antibiotici funzionano diversamente che noi hanno pensato

Le infezioni Batteriche sono la causa della morte di numero uno nei pazienti ricoverati negli Stati Uniti ed i batteri resistenti agli antibiotici sono sull'aumento, causante decine di migliaia di morti ogni anno. Capendo esattamente come il lavoro degli antibiotici (o non fa il lavoro) è cruciale per sviluppare le strategie alternative del trattamento, non solo per mirare ai nuovi “superbugs,„ ma anche per rendere le droghe attuali più efficaci contro i loro obiettivi. Facendo Uso delle tecniche sintetiche di biologia, un gruppo dei ricercatori all'Istituto di Wyss alla Harvard University ha scoperto che i batteri rispondono molto diversamente agli antibiotici - esattamente l'opposto, in effetti - dentro l'organismo contro sopra una capsula di Petri, suggerente che alcuni dei nostri presupposti correnti circa gli antibiotici potessero essere sbagliati.

Opzioni Batteriche: “Le colonie di Escherichia coli che possono digerire il lattosio e quindi attivamente stavano dividendo quando il ATC si è aggiunto, blu di giro una volta sviluppate su un media speciale, mentre le colonie che non possono digerire il lattosio rimangono bianche. Credito: Istituto di Wyss alla Harvard University„

“L'immagine che la maggior parte dei clinici hanno è che gli antibiotici funzionano uccidendo i batteri attivamente di divisione e non dividendosi i batteri sono quei che resistano al trattamento ed inducano le infezioni a persistere. Ho voluto sapere se quello fosse realmente vero - faccio la proporzione di divisione dei batteri cambio nel corso di un'infezione e come faccia gli antibiotici urtano quello?„ dice Laura Sicura, M.D., il Ph.D., un Collega Clinico all'Istituto di Wyss ed il Policlinico di Massachusetts che è il primo autore dello studio. “La biologia Sintetica è ampiamente usata costruire i batteri in modo che producano i prodotti utili o diagnostichino le malattie ed abbiamo usato che lo stesso approccio per creare uno strumento di microbiologia che può dirci come i batteri stanno comportando nell'organismo.„ La ricerca è pubblicata nell'odierna emissione del Host & del Microbo delle Cellule.

Sicuro ed i suoi colleghi ha usato uno sforzo geneticamente costruito dei batteri che è stato creato nel laboratorio dell'Argento fondante di Pamela del Docente di Memoria di Wyss, Ph.D. di Escherichia coli alcuni anni fa. I batteri hanno “un interruttore basculante„ genetico codificato nel loro DNA che cambia da "OFF" alla posizione di "ON" quando i batteri sono esposti ad un prodotto chimico chiamato anhydrotetracycline (ATC). Quando l'opzione è accesa, un cambiamento genetico accade nei batteri che li permette di digerire il lattosio dello zucchero, mentre i batteri di cui le opzioni rimangono fuori non possono. Il tasto a questo sistema è che l'interruttore basculante può essere lanciato soltanto se i batteri attivamente stanno dividendo quando il ATC si aggiunge; le opzioni di tutti i batteri di divisione resteranno fuori, anche quando il ATC è presente. Quindi, l'interruttore basculante offre un'istantanea a tempo che può indicare se i batteri erano attivi o dormienti al momento dell'esposizione di ATC.

Gli studi Batterici sono effettuati spesso in vitro, ma le infezioni accadono nell'ambiente complesso degli organismi viventi, che sono abbastanza differenti da una capsula di Petri. Per valutare i loro batteri in vivo, i ricercatori hanno impiantato i piccoli bastoncini di plastica nei lati dei mouse ed hanno inoculato il loro ceppo batterico costruito nel lato per imitare le infezioni batteriche croniche che sorgono comunemente in esseri umani quando gli apparecchi medici e le giunture artificiali sono impiantati. Poi hanno iniettato i mouse con ATC ai tempi differenti attraverso il corso dell'infezione di lanciare l'interruttore basculante in tutte le celle batteriche di divisione alla posizione di "ON". Quando hanno estratto i batteri dai mouse e li hanno coltivati su un media contenente lattosio speciale, hanno trovato che tutti i batteri attivamente stavano dividendo per le prime 24 ore, ma entro il quarto giorno che la frazione ha caduto a circa metà e rimanente costante per il resto dell'infezione, indicante che il numero dei batteri che sono uccisi dall'ente è stato saldato dai nuovi batteri che sono creati via la divisione cellulare. Questo risultato ha differito dalla risposta in vitro, in cui tutti i batteri hanno smesso di dividerli una volta hanno raggiunto la capacità di carico del loro ambiente.

Dopo, gli scienziati hanno verificato la risposta dei batteri agli antibiotici in vivo permettendo che l'infezione progredisca per due settimane, poi iniettando i mouse con la levofloxacina antibiotica. Quando hanno analizzato i batteri estratti, hanno trovato che mentre la somma totale di batteri nei mouse è diminuito, la percentuale di batteri della sopravvivenza che attivamente dividendosi realmente stavano aumentando. Questo risultato era nell'opposizione diretta agli antibiotici osservati in vitro, che hanno ucciso più celle di divisione che non dividendo le celle. I ricercatori hanno schermato le colonie batteriche per resistenza a antibiotici e non hanno trovato alcuna prova che i batteri si erano evoluti per migliorare il withstand gli effetti di uccisione della levofloxacina, confermanti che l'antibiotico era ancora efficace.

“Ci sono parecchie ragioni per le quali possibili abbiamo veduto una proporzione elevata di divisione dei batteri in presenza di un antibiotico,„ dicono Sicuro. “Lo troviamo molto probabilmente che le celle dormienti stanno passando in un materiale di riempimento del ` dello stato attivo per le lacune' che sorgono quando gli antibiotici diminuiscono la popolazione batterica globale. Se i batteri continuano attivamente a dividersi in tutto un'infezione, poichè il nostro studio suggerisce, dovrebbero essere suscettibili degli antibiotici.„ Effettivamente, i ricercatori potevano fare maturare l'infezione con una dose elevata dell'antibiotico, indicante che, contrariamente ai presupposti convenzionali circa le infezioni batteriche, non c'è popolazione fissa delle celle dormienti e antibiotico-tolleranti in questo modello cronico di infezione. “Se un antibiotico non sta funzionando, dovremmo mettere a fuoco sull'individuazione dei modi consegnare più di al sito di infezione o sull'identificazione degli altri meccanismi di tolleranza che potrebbero essere a gioco, piuttosto che supponendo che un bastione dei batteri di divisione è il colpevole,„ diciamo l'autore corrispondente ed il Docente fondante JIM Collins, Ph.D. di Memoria di Wyss, che è egualmente il Professor di Termeer di Assistenza Tecnica Medica & di Scienza ed il Professor di Assistenza Tecnica Biologica a Massachusetts Institute of Technology.

“Questa ricerca mostra la potenza di biologia sintetica fornire le nuove comprensioni nei meccanismi di controllo cellulare e sottolinea come dobbiamo interrogare continuamente i presupposti che cura clinica della guida oggi,„ dice Direttore Fondante Donald Ingber, M.D., Ph.D. dell'Istituto di Wyss, che egualmente è il Professor di Judah Folkman di Biologia Vascolare alla Facoltà di Medicina di Harvard e del Programma Vascolare di Biologia all'Ospedale Pediatrico di Boston come pure il Professor della Bioingegneria al John A. Paulson School di Harvard di Assistenza Tecnica e di Scienze Applicate.

Gli autori Supplementari del documento includono il Modo di Jeffrey, il Ph.D., lo Scienziato del Personale con anzianità di servizio all'Istituto di Wyss e Matthew Pezone, un Assistente Di Ricerca All'Istituto di Wyss.

Questo studio è stato supportato dal Gruppo di Paul G. Allen Frontiers, dall'Agenzia di Riduzione di Minaccia della Difesa e dall'Istituto di Wyss alla Harvard University.

Sorgente: https://wyss.harvard.edu/the-secret-life-of-bacteria-revealed/