Setenta gerações de bactérias

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Quando os primeiros antibióticos se tornaram disponíveis há 70 anos, muitas vezes eram descritos como milagres da inteligência humana, um pouco como os plásticos ou tintas brilhantes permanentes, que foram descobertas aproximadamente na mesma época. Embalados em frascos ou pílulas, pareciam apenas invenções em vez de uma oportunidade de evolução e que a evolução poderia também rescindir.

E então ele provou. Em populações bacterianas primeiras expressaram apenas a baixos níveis de resistência aos antibióticos. Mas em breve, os micróbios foram mostrando resistência a todos os antibióticos de novo dentro de alguns anos de sua introdução. Hoje, como os cientistas procuram substitutos para nosso estoque dwindling de antibióticos, a evolução é nunca longe de suas mentes.

Dado o fracasso do pipeline para os antibióticos convencionais, os cientistas têm olhado para o potencial da bactéria-matança de outras classes de compostos. Normalmente, estas são cobradas, pelo menos inicialmente, como menos provável acionar a resistência.

Um grupo de compostos novamente na notícia é as bacteriocinas, peptídeos antimicrobianos potentes (pedaços de proteínas) que bactérias secretam essa morte intimamente relacionados com as bactérias. Eles eram o assunto da pesquisa de doutorado de R. Fredrik Inglis no laboratório de Angus Buckling na Universidade de Oxford no Reino Unido.

Para descobrir, ele e seus colegas correram uma "experiência de evolução," crescendo uma cepa de bactérias sensíveis a uma bacteriocina na presença de uma tensão que produz a bacteriocina mas é em si imune a ela. Repetidamente, transferindo bactérias para a mídia de crescimento fresco, eles foram capazes de seguir as bactérias para cerca de 70 gerações.

Seus resultados, publicados em 26 de fevereiro na edição online da ISME Journal, a revista da sociedade internacional ecologia microbiana, mostrou que esta bactéria não é prova de resistência, mas que as tensões que se tornou resistentes a ele também se tornou mais fracas, Inglis disse.

Inglis atribui este sucesso ao fato de que a bacteriocina destinos um receptor na superfície de células de bactérias que é essencial para sua sobrevivência. Isto reduz a chance de resistência evoluindo — ou pelo menos faz resistência extremamente dispendiosa em muitos ambientes naturais.

Porque eles são específicos para determinada cepas de bactérias, bacteriocinas não substituirá gerais antibióticos, mas eles poderiam ser usados para alvo as estirpes de bactérias multi-droga resistentes ou altamente virulentas.

A bactéria foi Pseudomonas aeruginosa, um protótipo patógeno multi-droga resistente que serve como um organismo modelo no laboratório Buckling. Uma vez limitada a queimar feridas, p. aeruginosa agora causa graves infecções hospitalares e infecções pulmonares persistentes em pacientes de fibrose cística.

A maioria dos p. aeruginosa produzir bacteriocinas chamadas pyocins, normalmente, vários deles. A tensão neste experimento produziu três, dois dos quais têm estruturas semelhantes a haste e um terceiro, chamado um pyocin tipo S que é solúvel e desaparece em líquidos.

Os cientistas sabiam que o S-tipo pyocin, que mata degradando DNA, tinha que entrar bactérias para matá-los. Eles também sabiam que entrou bactérias por espionando Sideróforo receptores.

Sideróforo receptores são o equivalente bacteriano de calcanhar de Aquiles. Como todos os organismos vivos bactérias precisam de ferro, um elemento que alterna facilmente elétrons, para conduzir os negócios da vida. O ferro é um dos elementos mais abundantes do planeta, mas muito pouco do é uma bactéria de forma solúvel e podem usar outras coisas vivas.

Isto é particularmente verdadeiro dentro do corpo humano, onde o ferro é escondido em células e proteínas de ligação de ferro grandes como uma primeira linha de defesa contra a infecção. Então para angariar ferro suficiente para sobreviver, bactérias secretam moléculas pequenas chamadas sideróforos para procurar ferro no ambiente e trazê-lo de volta para a célula através de receptores específicos Sideróforo.

Desde que as bactérias fazem mais desses receptores em condições pobres em ferro, Inglis e seus colegas correram duas séries de experiências: um em meios ricos em ferro e o outro em meios pobres em ferro.

Quando ferro foi livremente disponível, as bactérias não precisam fazer os receptores Sideróforo e resistência para o pyocin evoluiu facilmente e muitas vezes. "Tivéssemos replicar evolução das populações e a maioria deles evoluiu de resistência", disse Inglis.

Quando o ferro estava limitando, as bactérias tinham que expressar os receptores para sobreviver. Resistência à pyocin não evolui muito frequentemente e, quando isso acontecesse, as bactérias resistentes cresceram muito lentamente. Então a resistência era cara no ambiente pobre em ferro.

Para bactérias resistentes de testes mais distante, os cientistas levaram as bactérias que tinham evoluído resistência sob condições ricas em ferro e transferindo-os para os pobres em ferro. Apesar de resistência evoluiu facilmente em condições ricas em ferro, que sugeriu que as bactérias resistentes não estavam em desvantagem competitiva, quando as bactérias resistentes estavam sob limitação de ferro, fizeram mal.

Por que é que isto pode ser importante? No ambiente do corpo humano, onde a concentração de ferro é cerca de um átomo por 1,6 litros de sangue, pobre em ferro, inicialmente sensível p. aeruginosa pode achar difícil de desenvolver resistência à pyocin e resistente p. aeruginosa pode crescer tão lentamente que o sistema imunológico seria capaz de resolvê-los, Inglis disse.

O experimento de pyocin-resistência é parte de uma maior reconsideração de bactérias não apenas como ameaça para a nossa saúde, mas também como organismos por direito próprio, com sua própria ecologia e histórias evolutivas.

Em retrospecto, é um tanto bizarro que ninguém na época dourada dos antibióticos questionou porque as bactérias do solo fazem medicamentos para doenças humanas.

A explicação usual era que as bactérias do solo são ferozmente competitivas, continuamente lutando por espaço no solo debaixo dos nossos pés e que os antibióticos são um efeito colateral feliz desta batalha microbiana em curso.

Castigados pelo aumento da resistência, os cientistas não tem a certo deste que pressuposto básico é inteiramente verdade, em parte porque as concentrações de compostos antibióticos em ambientes naturais são tão baixas quanto ser indetectável.

Alguns propuseram que os antibióticos são moléculas e que tanto a produção e recebimento de organismos podem ter desenvolvido enzimas que inativada os antibióticos (resistência) para desligar o sinal de sinalização intercelular.

Outros, incluindo Gautam Dantas a Universidade de Washington, professor assistente de patologia e Imunologia da escola de medicina, têm sugerido que os antibióticos poderá servir as bactérias do solo como fontes de carbono e nitrogênio; Neste caso a inactivação (resistência) é realmente apenas digestão.

Inglis se fez uma sugestão intrigante. Talvez bacteriocinas, se não antibióticos, existem não para ajudar as bactérias mas sim para garantir sua própria sobrevivência. Em um experimento publicado em 2013, Inglis e colegas mostraram que bacteriocinas podem atuar principalmente como elementos genéticos egoístas, promovendo sua própria transmissão na população.

Resistência aos antibióticos parece muito diferente do ponto de vista bacteriano do que do nosso próprio.

A resposta canônica, biólogo R. Fredrik Inglis disse, é que os antibióticos matam um amplo espectro de bactérias — eles podem, por exemplo, matar todas as bactérias Gram-negativas sensíveis — mas bacteriocinas são agentes de espectro estreito, inibir o crescimento de cepas bacterianas relacionadas única.

Produção de antibióticos não é muito comum entre as bactérias. Os antibióticos desenvolveram como drogas foram produzidas por menos de 100 espécies bacterianas e quase 50 por cento deles por um único gênero bacteriano, Streptomyces. Em contraste, 99,9% de bactérias produzem bacteriocinas.

[PHYS.org]

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