A Pesquisa fornece introspecções novas na vida secreta das bactérias

As Bactérias com “interruptores genéticos sintéticos” mostram que os antibióticos trabalham diferentemente do que nós pensaram

As infecções Bacterianas são a causa do número um de morte em pacientes hospitalizados nos Estados Unidos, e as bactérias resistentes aos antibióticos estão na elevação, causando a dez dos milhares de mortes cada ano. Compreendendo exactamente como o trabalho dos antibióticos (ou não faz o trabalho) é crucial para desenvolver estratégias alternativas do tratamento, para visar não somente “superbugs novos,” mas para fazer igualmente drogas existentes mais eficazes contra seus alvos. Usando técnicas sintéticas da biologia, uma equipe dos pesquisadores no Instituto de Wyss na Universidade de Harvard descobriu que as bactérias respondem aos antibióticos muito diferentemente - exactamente o oposto, de facto - dentro do corpo contra sobre um prato de petri, sugerindo que algumas de nossas suposições actuais sobre antibióticos pudessem estar incorrectas.

Interruptores Bacterianos: De “as colônias Escherichia Coli que podem digerir a lactose, e conseqüentemente estavam dividindo-se activamente quando o ATC foi adicionado, azul da volta quando crescidas em um media especial, quando as colônias que não podem digerir a lactose permanecerem brancas. Crédito: Instituto de Wyss na Universidade de Harvard”

“A imagem que a maioria de clínicos têm é que os antibióticos trabalham matando as bactérias activamente divisoras, e não-dividindo-se as bactérias são essas que resistem o tratamento e fazem com que as infecções persistam. Eu quis saber se aquele é realmente verdadeiro - faço a proporção de dividir as bactérias mudo no curso de uma infecção, e como faça os antibióticos impactam aquele?” diz Laura Certa, M.D., Ph.D., um Companheiro Clínico no Instituto de Wyss e o Hospital Geral de Massachusetts que é o primeiro autor do estudo. “A biologia Sintética é amplamente utilizada projectar as bactérias de modo que produzam produtos úteis ou diagnostiquem doenças, e nós usamo-nos que a mesma aproximação para criar uma ferramenta da microbiologia que pudesse nos dizer como as bactérias se estão comportando no corpo.” A pesquisa é publicada na introdução de hoje do Anfitrião & do Micróbio da Pilha.

Certo e seus colegas usou uma tensão há alguns anos atrás genetically projetada das bactérias de Escherichia Coli que fosse criada no laboratório da Prata fundando de Pamela do Membro da faculdade do Núcleo de Wyss, Ph.D. As bactérias têm “um interruptor de alavanca genético” codificado em seu ADN que muda de "OFF" à posição de "ON" quando as bactérias são expor a um produto químico chamado anhydrotetracycline (ATC). Quando o interruptor é girado sobre, uma mudança genética acontece nas bactérias que permita que digiram a lactose do açúcar, quando as bactérias cujos os interruptores permanecem fora não puderem. A chave a este sistema é que o interruptor de alavanca pode somente ser lançado se as bactérias se estão dividindo activamente quando o ATC é adicionado; os interruptores de todas as bactérias não-divisoras ficarão fora, mesmo quando o ATC esta presente. Assim, o interruptor de alavanca oferece um instantâneo a tempo que possa indicar se as bactérias eram activas ou dormentes no momento da exposição do ATC.

Os estudos Bacterianos são realizados frequentemente in vitro, mas as infecções acontecem no ambiente complexo dos corpos vivos, que são bastante diferentes de um prato de petri. Para avaliar in vivo suas bactérias, os pesquisadores implantaram uma haste plástica pequena nos pés dos ratos e inocularam sua tensão bacteriana projetada no pé para imitar as infecções bacterianas crônicas que elevaram geralmente nos seres humanos quando os dispositivos médicos e as junções artificiais são implantados. Injectaram então os ratos com ATC em horas diferentes no decorrer da infecção de lançar o interruptor de alavanca em todas as pilhas bacterianas divisoras à posição de "ON". Quando extraíram as bactérias dos ratos e os cresceram em um media decontenção especial, encontraram que todas as bactérias se estavam dividindo activamente para as primeiras 24 horas, mas no quarto dia que a fracção deixou cair a aproximadamente parcialmente e restante constante para o resto da infecção, indicando que o número de bactérias que estão sendo matadas pelo corpo estêve equilibrado pelas bactérias novas que estão sendo criadas através da divisão de pilha. Este resultado diferiu in vitro da resposta, em que todas as bactérias pararam das dividir uma vez alcançaram a capacidade de carga de seu ambiente.

Em Seguida, os cientistas testaram a resposta das bactérias aos antibióticos in vivo permitindo que a infecção progrida por duas semanas, então injetando os ratos com o levofloxacin antibiótico. Quando analisaram as bactérias extraídas, encontraram que quando a quantidade total de bactérias nos ratos diminuiu, a proporção das bactérias da sobrevivência que activamente se dividindo estavam aumentando realmente. Este resultado estava na oposição directa aos antibióticos observados in vitro, que mataram mais pilhas divisoras do que não-dividindo pilhas. Os pesquisadores seleccionaram as colônias bacterianas para a resistência antibiótica, e não encontraram nenhuma evidência que as bactérias tinham evoluído para melhorar o withstand os efeitos da matança do levofloxacin, confirmando que o antibiótico era ainda eficaz.

“Há diversas razões possíveis pelas quais nós vimos uma proporção mais alta de dividir as bactérias na presença de um antibiótico,” diz Certo. “Nós encontramo-lo muito provavelmente que as pilhas dormentes estão comutando em uma suficiência do ` do estado activo as diferenças' que elevaram quando os antibióticos reduzem a população bacteriana total. Se as bactérias continuam a se dividir activamente durante todo uma infecção, porque nosso estudo sugere, devem ser suscetíveis aos antibióticos.” Certamente, os pesquisadores podiam curar a infecção com uma dose mais alta do antibiótico, indicando que, contrariamente às suposições convencionais sobre infecções bacterianas, não há nenhuma população fixa de pilhas dormentes, antibiótico-tolerantes neste modelo crônico da infecção. “Se um antibiótico não está trabalhando, nós devemos focalizar em encontrar maneiras de entregar mais dele ao local da infecção ou em identificar outros mecanismos da tolerância que puderam estar no jogo, um pouco do que supor que um bastião das bactérias não-divisoras é o culpado,” dizemos o autor correspondente e o Membro da faculdade fundando Jim Collins do Núcleo de Wyss, o Ph.D., que é igualmente o Professor de Termeer da Engenharia Médica & da Ciência e um Professor da Engenharia Biológica em Massachusetts Institute of Technology.

“Esta pesquisa mostra a potência da biologia sintética fornecer introspecções novas em mecanismos do controle celular, e sublinha como nós temos que continuamente questionar as suposições que cuidado clínico do guia hoje,” diz o Director Fundando Donald Ingber do Instituto de Wyss, M.D., o Ph.D., que igualmente é o Professor de Judah Folkman da Biologia Vascular na Faculdade de Medicina de Harvard e do Programa Vascular da Biologia no Hospital de Crianças de Boston, assim como o Professor da Tecnologia Biológica no John A. Paulson Escola de Harvard da Engenharia e de Ciências Aplicadas.

Os autores Adicionais do papel incluem a Maneira de Jeffrey, o Ph.D., o Cientista do Pessoal Superior no Instituto de Wyss, e o Matthew Pezone, um Assistente de Pesquisa no Instituto de Wyss.

Este estudo foi apoiado pelo Grupo de Paul G. Allen Fronteira, pela Agência da Redução da Ameaça da Defesa, e pelo Instituto de Wyss na Universidade de Harvard.