Hvordan udvikler bakterier sig i tarmen i løbet af et år?

Vores kroppe gennemgår adskillige forandringer gennem vores liv. Det samme sker med de mikrober, der bor hos os. Disse udgør trods alt en stor del af cellerne i vores organisme. Men i sammenligning med de celler, der udgør vores væv og organer, deler disse mikrober sig meget hurtigt, hvilket gør lejlighedsvise fejl i deres genetiske materiale (mutationer) mere almindelige. Disse fejl driver udviklingen af ​​mikroorganismer og tegner sig blandt andet for deres sandsynlighed for at forårsage sygdom.

De fleste undersøgelser vedrørende bakteriel evolution er udført uden for levende organismer eller i dyremodeller behandlet med antibiotika, som ikke efterligner et naturligt og sundt miljø. Udover det har meget få undersøgelser vurderet, hvordan mikrober udvikler sig i mere end en måned. Af disse grunde forbliver den måde, bakterier udvikler sig på på lang sigt, når de koloniserer en sund vært, et åbent spørgsmål.

Forskere fra Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) studerede udviklingen af ​​en invaderende stamme af Escherichia coli-bakterien i mere end seks tusinde generationer i musetarmen. I mere end et år isolerede de bakterier fra museafføring for at evaluere ændringer i deres genetiske materiale. I sidste ende viste forfatterne, at når en ny bakterie koloniserer pattedyrets tarm, udvikler den sig på to måder:1) ved at generere en række metaboliske mutationer, der ændrer deres evne til at indtage næringsstoffer eller 2) ved at integrere genetisk materiale fra andre mikroorganismer.

I løbet af undersøgelsen dukkede E. coli-versioner op, der er genetiske og funktionelt forskellige og dermed har forskellige evner til at tilpasse sig forskellige miljøer. Disse versioner af den samme bakterie eksisterer side om side i værtens tarm i millioner af generationer. Denne sameksistens kan imidlertid tilsidesættes af den foretrukne fiksering af bakterier med specifikke karakteristika, især hvis disse præsenterer gavnlige mutationer. Dette skete i alle de mus, der a priori havde en fastboende stamme af E. coli i deres tarm. Konkurrencen fik begge stammer til at udvikle sig. Specifikt erhvervede den invaderende stamme genetisk materiale fra den herboende, gennem virkningen af ​​bakteriofager (vira, der inficerer bakterier).

Når bakterier integrerer genetisk materiale fra virussen på en stabil måde, bliver de mere fit til at overleve i tarmen. Men hvis virussen formerer sig, ender disse med at dø. Forskerne har vist, at mærkværdigt nok, 5 til 16 måneder efter kolonisering af værtens tarm, dør den invaderende E. coli mindre, fordi den hæmmer formering af virussen. Det betyder, at bakterier udviklede sig til at "tæmme" bakterievira, bevare de fordele, de medførte, men slippe af med de dermed forbundne omkostninger.

"Det var virkelig spændende at finde ud af, at bakterier bruger så mange forskellige processer til at udvikle sig i tarmen," siger Nelson Frazão, postdoc ved IGC og første forfatter af papiret. Dette arbejde baner vejen for at forudse udviklingen af ​​bakterierne i vores kroppe. "Ved at forstå, hvordan bakterier udvikler sig på lang sigt, kunne vi forudse og endda undgå antibiotikaresistens eller kolonisering af tarmen af ​​patogene bakterier, der hindrer succesen af ​​nogle behandlinger og kan føre til døden," konkluderer forskeren.

Forskningen blev offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Bakteriel sex driver udviklingen af ​​mikrober til at erobre og kolonisere tarmen