Ved at ændre deres form, nogle bakterier kan blive mere modstandsdygtige over for antibiotika

Ny forskning ledet af Carnegie Mellon University assisterende professor i fysik Shiladitya Banerjee viser, hvordan visse typer bakterier kan tilpasse sig langvarig eksponering for antibiotika ved at ændre deres form. Værket blev offentliggjort i tidsskriftet Naturfysik .

Tilpasning er en grundlæggende biologisk proces, der driver organismer til at ændre deres egenskaber og adfærd, så de passer bedre til deres miljø, om det er den berømte mangfoldighed af finker observeret af banebrydende biolog Charles Darwin eller de mange varianter af bakterier, som mennesker sameksisterer med. Mens antibiotika længe har hjulpet folk med at forebygge og helbrede bakterielle infektioner, mange arter af bakterier har i stigende grad været i stand til at tilpasse sig til at modstå antibiotikabehandlinger.

Banerjees forskning hos Carnegie Mellon og i hans tidligere stilling ved University College London (UCL) har fokuseret på mekanikken og fysikken bag forskellige cellulære processer, og et fælles tema i hans arbejde har været, at formen på en celle kan have store effekter på dens reproduktion og overlevelse. Sammen med forskere ved University of Chicago, han besluttede at grave i, hvordan eksponering for antibiotika påvirker væksten og morfologien af ​​bakterien Caulobacter crescentus, en almindeligt brugt modelorganisme.

"Ved brug af enkeltcelleeksperimenter og teoretisk modellering, vi demonstrerer, at celleformændringer fungerer som en feedbackstrategi for at gøre bakterier mere adaptive til overlevende antibiotika, " Banerjee sagde om, hvad han og hans samarbejdspartnere fandt.

Når de udsættes for mindre end dødelige doser af antibiotikummet chloramphenicol over flere generationer, fandt forskerne ud af, at bakterierne dramatisk ændrede deres form ved at blive bredere og mere buede.

"Disse formændringer gør det muligt for bakterier at overvinde stresset fra antibiotika og genoptage hurtig vækst, " sagde Banerjee. Forskerne kom til denne konklusion ved at udvikle en teoretisk model for at vise, hvordan disse fysiske ændringer tillader bakterierne at opnå en højere krumning og lavere overflade-til-volumen-forhold, hvilket ville tillade færre antibiotikumpartikler at passere gennem deres cellulære overflader, mens de vokser.

"Denne indsigt er af stor betydning for menneskers sundhed og vil sandsynligvis stimulere adskillige yderligere molekylære undersøgelser af celleformens rolle på bakteriel vækst og antibiotikaresistens, " sagde Banerjee.

Andre forfattere på undersøgelsen omfattede Aaron R. Dinner, Klevin Lo og Norbert F. Scherer fra University of Chicago; og Nikola Ojkic og Roisin Stephens, tidligere medlemmer af Banerjee-forskningsgruppen ved UCL.