Bakterije E. coli mogu biti daleko sposobnije da evoluiraju otpornost na antibiotike nego što su naučnici ranije mislili, prema novoj studiji objavljenoj u časopisu Science 24. novembra.
Predvođeni spoljnim profesorom SFI Andreasom Vagnerom, istraživači su eksperimentalno mapirali više od 260.000 mogućih mutacija proteina E. coli koji je neophodan za opstanak bakterije kada je izložen antibiotiku trimetoprimu.
Tokom hiljada veoma realističnih digitalnih simulacija, istraživači su zatim otkrili da je 75% svih mogućih evolucionih puteva E. coli proteina na kraju dalo bakterijama tako visok nivo otpornosti na antibiotike da kliničar više ne bi davao antibiotik trimetoprim pacijentu.
„U suštini, ova studija sugeriše da bakterije poput E. coli mogu biti veštije u razvijanju otpornosti na antibiotike nego što smo prvobitno mislili, a ovo ima šire implikacije za razumevanje kako se različiti sistemi u evolucionoj biologiji, hemiji i drugim poljima prilagođavaju i evoluiraju, “, kaže Vagner, evolucioni biolog sa Univerziteta u Cirihu u Švajcarskoj.
Pored otkrivanja novih i potencijalno zabrinjavajućih nalaza o otpornosti na antibiotike, rad istraživača takođe dovodi u sumnju dugogodišnju teoriju o fitnes pejzažima. Ove genetske mape predstavljaju koliko se dobro organizam – ili njegov deo, poput proteina – prilagođava svom okruženju.
Na fitnes pejzažima, različite tačke na pejzažu predstavljaju različite genotipove organizma, a visina ovih tačaka predstavlja koliko je svaki genotip prilagođen svom okruženju. U smislu evolucione biologije, cilj je pronaći najviši vrh, koji ukazuje na najprikladniji genotip.
Preovlađujuća teorija u vezi sa pejzažima fitnesa predviđa da će u veoma neravnim pejzažima, ili onima sa višestrukim vrhovima fitnesa, većina populacija koje se razvijaju biti zarobljene na nižim vrhovima i nikada neće dostići vrhunac evolucione adaptacije.
Međutim, testiranje ove teorije je do sada bilo izuzetno teško zbog nedostatka eksperimentalnih podataka o dovoljno velikim fitnes pejzažima.
Da bi odgovorili na ovaj izazov, Vagner i kolege su koristili tehnologiju za uređivanje gena CRISPR da bi stvorili jedan od kombinatorno najpotpunijih fitnes pejzaža do sada za protein E. coli dihidrofolat reduktaze (DHFR).
Ono što su otkrili bilo je iznenađujuće. Pejzaž je imao mnogo vrhova, ali većina je bila slabe kondicije, što ih je činilo manje interesantnim za prilagođavanje. Međutim, čak iu ovom neravnom pejzažu, oko 75% populacija koje su simulirali dostiglo je visoku kondiciju, što bi E. coli pružilo visoku otpornost na antibiotike.
Implikacije u stvarnom svetu su značajne. Ako su ovakvi neravni pejzaži uobičajeni u biološkim sistemima, to bi moglo značiti da mnogi adaptivni procesi, kao što je otpornost na antibiotike, mogu biti dostupniji nego što se ranije mislilo.
Rezultat bi na kraju mogao dovesti do ponovne evaluacije teorijskih modela u različitim oblastima i podstaći dalja istraživanja o tome kako pejzaži stvarnog sveta utiču na evolucione procese.
„Ovo ima duboke implikacije ne samo u biologiji već i šire, što nas navodi da preispitamo naše razumevanje evolucije pejzaža u različitim oblastima“, kaže Vagner. „Moramo da pređemo sa apstraktnih teorijskih modela na realistične modele pejzaža zasnovane na podacima.“
