Исследование обеспечивает новые проницательности в втихомолку жизнь бактерий

Бактерии с синтетическими генетическими «переключателями» показывают что антибиотики работают по-разному чем мы думали

Бактериальные инфекции причина смерти одно в стационарных больных в Соединенные Штаты, и антибиотикоустойчивые бактерии на подъеме, причиняя 10 тысяч смертей каждый год. Понимающ, что точно как работа антибиотиков (или не делает работа) критическая для начинать альтернативные стратегии обработки, не только пристрелло новые «superbugs,» но также сделало существующие снадобья более эффективным против их целей. Используя синтетические методы биологии, команда исследователей на Институте Wyss на Гарвардском Университете открывала что бактерии отвечают к антибиотикам очень по-разному - совершенно напротив, в действительности - внутри тела против дальше чашка Петри, предлагая что некоторые из наших настоящих предположений о антибиотиках могут быть неправильны.

Бактериальные переключатели: «Колонии Escherichia Coli которые могут усвоить лактозу, и поэтому активно разделяли когда добавил ATC, синь поворота о на специальном средстве, пока колонии которые не могут усвоить лактозу остают белыми. Кредит: Институт Wyss на Гарвардском Университете»

«Изображение большинств врачи-клиницисты имеют что антибиотики работают путем убивать активно разделяя бактерии, и non-разделяющ бактерии одни которые сопротивляют обработке и причиняют инфекции упорствовать. Я хотел знать ли то фактически истинно - делаю пропорцию разделять бактерии изменяю над курсом инфекции, и как сделайте антибиотики плотно сжимают то?» говорит Лауру Уверенное, M.D., Ph.D., Клинический Собрата на Институте Wyss и Общую Больницу Массачусетс которая первый автор изучения. «Синтетическая биология широко использована для того чтобы проектировать бактерии так, что они произведут полезные продукты или диагностируют заболевания, и мы использовали что такой же подход для того чтобы создать инструмент микробиологии который может сказать нам как бактерии поступают в теле.» Исследование опубликовано в сегодняшнем вопросе Хозяина & Микроба Клетки.

Уверено и ее коллегаы использовал genetically проектированное напряжение бактерий Escherichia Coli которое было создано в лаборатории Серебра Памелы Члена преподавательского состава Сердечника Wyss основывая, Ph.D. немного лет тому назад. Бактерии имеют генетический «тумблер» зашифрованный в их ДНА которое изменяет от "OFF " к положению "ON" когда подвергают действию бактерии к вызванному химикату anhydrotetracycline (ATC). Когда переключатель включен, генетическое изменение случается в бактериях которое позволяет им усвоить лактозу сахара, пока бактерии переключатели которых остают не могут. Ключ к этой системе что тумблер можно только слегка ударить если бактерии активно разделяют, то когда добавят ATC; переключатели всех non-разделяя бактерий останутся, даже когда ATC присутствовал. Таким Образом, тумблер предлагает снимок в времени которое может показать были ли бактерии активны или дремлющий в момент выдержки ATC.

Бактериальные изучения часто унесены в vitro, но инфекции случаются в сложной окружающей среде живущих тел, которые отличал довольно чашка Петри. Для того чтобы оценить их бактерии внутри - vivo, исследователя имплантировали малую пластичную штангу в ноги мышей и привили их проектированное бактериальное напряжение в ногу для того чтобы имитировать хронические бактериальные инфекции которые обыкновенно возникают в людях когда медицинские службы и искусственние соединения имплантированы. Они после этого впрыснули мышей с ATC на различных временах всюду по курсу инфекции слегка ударить тумблер в всех разделяя бактериальных клетках к положению "ON". Когда они извлекли бактерии от мышей и росли они на специальном лактоз-содержа средстве, они нашли что все бактерии активно разделяли на первые 24 часа, но к четвертый день который часть упала к около наполовину и о постоянн для остальноев инфекции, показывая что сбалансировало число бактерий будучи убиванным телом новыми бактериями будучи созданным через разделение клетки. Этот результат отличал от в реакции vitro, в которой все бактерии остановили разделять раз их достигли пропускную способность их окружающей среды.

Затем, научные работники испытали реакцию бактерий к антибиотикам внутри - vivo путем позволять инфекции развить на 2 недели, после этого впрыскивающ мышей с антибиотическим levofloxacin. Когда они проанализировали извлеченные бактерии, они нашли что пока полная сумма бактерий в мышах уменьшила, пропорция бактерий выдерживать которые активно разделяющ фактически увеличивали. Этот исход находился в сразу противовключении к антибиотикам наблюдаемым в vitro, который убил больше разделяя клеток чем non-разделяющ клетки. Исследователя экранировали бактериальные колонии для антибиотического сопротивления, и не нашли никакое доказательство что бактерии эволюционировали для того чтобы улучшать withstand влияния умерщвления levofloxacin, подтверждая что антибиотик был все еще эффективн.

«Несколько возможных причин почему мы увидели более высокую пропорцию разделять бактерии в присутствии к антибиотику,» говорят Уверенное. «Мы находим оно большинств правоподобное что дремлющие клетки переключают в заполнение ` активизированного состояния зазоры' которые возникают когда антибиотики уменьшают общую бактериальную населенность. Если бактерии продолжаются активно разделить в течении инфекции, то по мере того как наше изучение предлагает, они должны быть впечатлительный к антибиотикам.» Деиствительно, исследователя могли вылечить инфекцию при большая доза антибиотика, показывая что, вопреки к обычным предположениям о бактериальных инфекциях, никакая фикчированная населенность дремлющих, антибиотик-веротерпимых клеток в этой хронической модели инфекции. «Если антибиотик не работает, то мы должны сфокусировать на находить пути поставить больше из его к месту инфекции или определять другие механизмы допуска которые могли находиться на игре, вернее чем если допустить, что бастион non-разделяя бактерий виновница,» говорит соответствуя автору и Члену преподавательского состава Джиму Collins Сердечника Wyss основывая, Ph.D., который также Профессор Termeer Медицинского Инджиниринга & Науки и Профессор Биологического Инджиниринга на Массачусетсском институте.

«Это исследование показывает силу синтетической биологии обеспечить новые проницательности в механизмы клетчатого управления, и подчеркивает как мы должны постоянно спрашивать предположения что внимательность направляющего выступа клиническая сегодня,» говорит Директору Дональду Ingber Института Wyss Основывая, M.D., Ph.D., который также Профессор Judah Folkman Васкулярной Биологии на Медицинском Институте Гарварда и Васкулярной Программы Биологии на Больнице Детей Бостона, так же, как Профессора Биоинженерии на Джне A. Paulson Школе Гарварда Инджиниринга и Прикладных Наук.

Дополнительные авторы бумаги включают Путь Джеффри, Ph.D., Научный Работник Управленческого Персонала на Институте Wyss, и Matthew Pezone, Ассистента по Исследованиям на Институте Wyss.

Это изучение было поддержано Группой Паыля G. Алена Границы, Агенством Уменьшения Угрозой Обороны, и Институтом Wyss на Гарвардском Университете.

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