抗生物質は命を救いますが、その使用は薬剤耐性菌の発生と蔓延にも貢献します。
チームの実験により、あるタイプの抗生物質への曝露は、本質的に細菌を「刺激」します。この効果により、さらなる薬物曝露がなくても細菌が追加の抗生物質に耐性を持つ可能性が高まり、菌株がこれらの耐性の兆候を数世代保持するのにも役立ちます。
「抗生物質の影響は次のようなものがあるようです」より安定した抗生物質耐性システムを間接的に選択します。株内のシステムがより安定すると、複数の抗生物質に対する耐性が獲得される可能性が高まります。」
ベンジャミン・カー、カリフォルニア大学生物学教授
彼らの結果はまた、抗生物質は細菌の進化のダイナミクスに影響を与えます。これは、細菌の多剤耐性の増加だけでなく、抗生物質耐性が環境でどのように維持および分布されているかを説明するのにも役立ちます。
研究者は共通のメカニズムをテストしましたプラスミドにおける抗生物質耐性の広がり。これらは、抗生物質耐性遺伝子を含む多くの種類の遺伝子を含むことができる環状DNA鎖です。細菌は種間でもプラスミドを簡単に交換します。それにもかかわらず、プラスミドには欠点があり、過去の研究では、細菌がそれらを容易に失うことが示されています。
「たとえ彼らが運んでも有益な遺伝子であるプラスミドは、代謝や DNA 複製など、細菌細胞内のさまざまな種類のプロセスにも干渉する可能性があります。したがって、科学者は一般に、プラスミドは高価であり、宿主細胞にとって負担になると考えています。」
ハンナ・ジョルト、生物学研究の筆頭著者
大学のチームはE.セルを使用しましたテトラサイクリン耐性プラスミドを含む大腸菌、およびクロラムフェニコール耐性プラスミドを含む肺炎桿菌細胞。以前は抗生物質の存在下で成長していなかった両方の宿主は、それらのプラスミドに大きな献身を示さなかった。抗生物質を含まない培地で9日後、プラスミドを含むクレブシエラの割合は50％未満に低下しました。大腸菌の場合-20％未満がプラスミドを保持していました。
研究者が株を暴露したとき抗生物質、それらのそれぞれをそれぞれの抗生物質で400世代成長させると、抗生物質の脅威が取り除かれた後でも、菌株はプラスミドに対してより大きな親和性を示しました。抗生物質を含まない培地で9日後、大腸菌とクレブシエラ細胞の半分以上が対応するプラスミドで保持されました。
「もちろん、細胞はそれらの細胞を必要としていました。抗生物質への曝露から生き残るのに役立つプラスミド。しかし、この選択圧を取り除いた後でも、両株は抗生物質にさらされる前よりも著しく高いレベルでプラスミドを保持していました。」
ハンナ・ジョルト、生物学研究の筆頭著者
さらに、他の実験では、抗生物質への暴露は、複数のクレブシェラ耐性の発生を増加させました。抗生物質に曝されていなくても、肺炎桿菌はいくつかのプラスミドを獲得することができます。たとえば、研究者が抗生物質、クレブシエラおよび大腸菌を含まないプラスミドを保有する株をまとめると、クレブシエラのごく一部が薬剤耐性になり、クロラムフェニコール耐性プラスミドを保持し、大腸菌からテトラサイクリン耐性プラスミドを取得しました。しかし、研究者が抗生物質にさらされた細菌を使用して実験を繰り返したとき、彼らは抗生物質耐性のクレブシエラ菌を約1000倍見つけました。
暫定的な長期暴露のみ1つの抗生物質-クロラムフェニコール-は、クロラムフェニコール耐性クレブシエラが抗生物質を含まない培地で大腸菌からテトラサイクリン耐性プラスミドを獲得する可能性を高めました。さらに、チームの実験では、抗生物質耐性細胞が抗生物質を含まない環境で後に増殖したときに、露出したクレブシエラクロラムフェニコールが両方の耐性プラスミドによってより簡単に保持されることもわかりました。
研究者は進化はできると言います抗生物質耐性プラスミドの耐性とクレブシエラの薬物耐性の増加の両方を説明する：プラスミドとホスト間の競合を最小限に抑えるために、ゲノムの変異のために選択された対応する抗生物質に株をさらすことで、このプラスミドを維持するためのコストを削減しますその他。