Vergleich des Wachstums von Caulobacter crescentus bei Einwirkung eines Antibiotikums (unten) und ohne Einwirkung. (Shiladitya Banerjee) Wenn Sie ein Bakterium sind, das nur versucht, in einer Welt voller Antibiotika zu überleben, brauchen Sie ein paar Tricks im Ärmel. Du kannst sein von einem anderen Bakterium gestochen um aufregendes neues genetisches Material zu erhalten, oder Sie können über Generationen hinweg genetisch mutieren und hoffen, dass Sie die geheime Soße finden, um das Gift zu stoppen.
Wissenschaftler wissen seit langem von diesen Strategien, aber jetzt hat ein Forscherteam eine besorgniserregend einfache neue Art und Weise beobachtet, wie Bakterien Antibiotika im menschlichen Körper vermeiden – indem sie ihre Form verändern.
'Wir glauben, dass Caulobacter wächst „Zellen können ihre Wachstumsraten vor dem Stimulus wiedererlangen und dramatische Veränderungen in der Zellform durchlaufen“, schreibt das Team in seinem neuen Papier.
„Nach der Entfernung von Antibiotika erholen sich die Zellen über mehrere Generationen hinweg wieder in ihrer ursprünglichen Form.“
Im Jahr 2019 , eine andere Forschergruppe fand etwas Ähnliches – dass Bakterien ihre Form veränderten ( in etwas klecksigeres ), um zu vermeiden, dass Antibiotika im menschlichen Körper angreifen.
Aber in diesem Fall warfen die Bakterien ihre gesamten Zellwände ab, um sich von den Medikamenten abzuwenden, während Wissenschaftler bei dieser Untersuchung herausfanden, dass die Zellwand intakt blieb, sich aber ziemlich stark ausdehnte, um die neue C-Form zu bilden.
Um dies herauszufinden, nahm ein Team der Carnegie Mellon University, des University College London und der University of Chicago die Bakterien C. wächst - das normalerweise in Süßwasserseen und Bächen vorkommt – fügte eine kleine Menge des Breitbandantibiotikums Chloramphenicol hinzu und beobachtete dann, wie die Bakterien wuchsen und sich teilten.
Die Menge des Antibiotikums reichte nicht aus, um die meisten Bakterien abzutöten, aber es verlangsamte ihre Wachstumsrate deutlich.
Nach etwa 10 Generationen geringer Antibiotika-Exposition C. wächst begann sich körperlich zu verändern – es dehnte sich aus und krümmte sich zu einer C-Form. Dies reichte aus, um die Wachstumsrate der Bakterien auf nahezu Werte vor Chloramphenicol anzuheben.
Bakterienwachstumsrate bei verschiedenen Konzentrationen der Antibiotika-Exposition (ϕ). (Banerjee et al., Naturphysik, 2021)
„Anhand von Einzelzellexperimenten und theoretischer Modellierung zeigen wir, dass Veränderungen der Zellform als Rückkopplungsstrategie fungieren, um Bakterien anpassungsfähiger an überlebende Antibiotika zu machen.“ sagt Erstautorin und Biophysikerin der Carnegie Mellon University, Shiladitya Banerjee.
„Diese Formveränderungen ermöglichen es den Bakterien, den Stress der Antibiotika zu überwinden und wieder schnell zu wachsen.“
Die Form der Bakterien vor (oben) und nach (unten) Antibiotika-Exposition. (Shiladitya Banerjee)
Als das Antibiotikum entfernt wurde, kehrten die Bakterien nach mehreren Generationen in ihre ursprüngliche lange, gerade Form zurück.
Die Forscher glauben, dass die Vergrößerung der Zellbreite (und damit des Zellvolumens) dazu beiträgt, die Menge an Antibiotika im Inneren des Bakteriums zu verdünnen, während sowohl die Kurve als auch die Zellbreite das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen verringern können, wodurch weniger Antibiotika durch die Zelloberfläche gelangen.
„Dieses Ergebnis deutet auf einen neuen mechanistischen Anpassungsmodus hin, den Bakterien zur Bekämpfung von Antibiotika nutzen könnten, und öffnet Türen für zukünftige molekulare Studien zur Rolle der Zellform bei der Antibiotika-Reaktion.“ schreibt das Team.
Mit Antibiotikaresistenzen und „Superbugs“, die bei vielen Arten auftreten, von Menschen Zu Delfine , zu verstehen, wie Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln können unglaublich wichtig .
Sogar das Verständnis einer so einfachen Sache wie der Art und Weise, wie die Form einer Zelle die Exposition beeinflusst, könnte helfen, dies zu vermeiden unzählige vermeidbare Todesfälle .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturphysik .