В течение 4 дней учёные 8 раз подвергли культуру бактерий E. coli воздействию антибиотика. Эти микроорганизмы известны способностью вызывать не только боли в животе и диарею, но и болезни почек. Оказалось, что E. coli, перенёсшие контакт с антибиотиком и мутировавшие, стали размножаться быстрее. Более того, благодаря мутациям бактерии получили возможность формировать сообщества, в три раза превосходившие по размеру исходные колонии.
Этот эффект наблюдался у бактерий, обработанных антибактериальным препаратом доксициклин. Однако, когда антибиотик был удалён из среды, эволюционные изменения не исчезли. Другими словами, E. coli сохранили все особенности, приобретённые благодаря контакту с доксициклином.
«Результаты нашей работы позволяют предположить, что бактерии E. coli в процессе выработки устойчивости к терапевтическим дозам антибиотиков получают и дополнительные эволюционные преимущества, — рассказывает ведущий автор исследования профессор Роберт Бирдмор (Robert Beardmore) из Эксетерского университета (The University of Exeter) в Англии. — Часто можно услышать, что дарвиновская эволюция — это медленный процесс. Но это утверждение далеко от истины, особенно если мы имеем в виду эволюцию бактерий под влиянием антибиотиков.
Бактерии способны изменять собственную ДНК очень быстро. Поэтому лекарственные препараты могут так же быстро перестать работать — иногда это вопрос нескольких дней.
Для клеток человеческого организма резкие изменения структуры ДНК опасны. Но такие бактерии как E. coli могут получить от них многочисленные преимущества, подтверждающие, что изменения идут в правильном направлении».
Обработка E. coli доксициклином стала частью работы по изучению влияния антибиотиков на бактериальную ДНК.
Полученный «суперштамм» E. coli учёные решили исследовать при помощи генетического секвенирования. Таким образом они планировали выяснить, какие именно гены бактерии ответственны за её необычную эволюцию.
Некоторые из обнаруженных изменений были известны и ранее — они наблюдались в клинической практике. Например, оказалось, что мутировавшие E. coli стали создавать больше «молекулярных насосов», «выкачивающих» антибиотик из бактериальной клетки.
Также в ходе исследования была обнаружена утрата части ДНК, по сути, являвшейся неактивной формой вируса.
«Мы предполагаем, что потеря вирусной ДНК защищает E. coli от разрушения. Поэтому в эксперименте мы видели, как растёт численность колонии, бактерии которой получили устойчивость к антибиотику, благодаря специальным «насосам», — рассказывает один из авторов исследования доктор Карлос Рединг (Carlos Reding). — Так и возникла эволюционная сила, обеспечившая изменение двух участков генома E. coli. Обычно саморазрушение помогает бактериям колонизировать различные поверхности, поскольку в результате гибели отдельных клеток формируются так называемые биоплёнки. Вы можете увидеть их, если заглянете в сток грязной раковины.
Но в нашей работе использовались жидкие среды, больше похожие на содержимое кровеносной системы. Поэтому бактерии отказались от возможности создания биоплёнок в пользу увеличения численности колонии».
