Undersøgelse afslører, hvordan bakterier kommunikerer i grupper for at undgå antibiotika

I en ny undersøgelse offentliggjort i Journal of Biological Chemistry ( JBC ), forskere fra University of Notre Dame og University of Illinois i Urbana-Champaign har fundet ud af, at bakterien Pseudomonas aeruginosa, et patogen, der forårsager lungebetændelse, sepsis og andre infektioner, kommunikerer nødsignaler inden for en gruppe bakterier som reaktion på visse antibiotika. Denne kommunikation viste sig at variere på tværs af kolonien og antyder, at denne bakterie kan udvikle beskyttende adfærd, der bidrager til dens evne til at tolerere nogle antibiotika.

"Der er en generel mangel på forståelse for, hvordan samfund af bakterier, ligesom det opportunistiske patogen P. aeruginosa, reagere på antibiotika, " sagde Nydia Morales-Soto, seniorforsker i civil- og miljøteknik og geovidenskab (CEEES) ved University of Notre Dame og hovedforfatter af papiret. "Det meste af det, vi ved, er fra undersøgelser om stationære biofilmsamfund, der henviser til, at man på forhånd ved mindre om processen, når bakterier koloniserer, breder sig og vokser. I dette studie, vores forskerhold gennemgik specifikt bakteriernes adfærd i denne periode, og hvad det kan betyde for antibiotikaresistens."

Den rapporterede adfærd var forårsaget af tobramycin, et antibiotikum, der almindeligvis anvendes i kliniske omgivelser, og resulterede i et dobbelt signalsvar. Da dette antibiotikum blev påført en koloni af P. aeruginosa, bakterierne producerede et signal til et lokaliseret område af kolonien – et Pseudomonas quinolonsignal (PQS), som vides at forekomme – samt et andet, samfundsdækkende reaktion, kendt som alkylhydroxyquinolin (AQNO).

Holdet kortlagde produktionen af ​​hvert svar rumligt, og fastslog, at P. aeruginosa er i stand til at producere PQS i små lommer ved signifikant højere koncentrationer end tidligere registreret. Disse resultater var med til at sikre avisens valg som en JBC "Editor's Pick, "en anerkendelse, der kun gives til de øverste 2 procent af manuskripter offentliggjort i tidsskriftet for et givet år.

Undersøgelsen viste, at PQS og AQNO er ​​uafhængigt regulerede svar, der bevidst kommunikerer forskellige budskaber. Derudover det betyder, at bakterietypen kan have en vis evne til at beskytte kolonien mod nogle eksterne toksiner, mens bakterierne stadig er i en koloniseringsfase.

"Selvom AQNO-svaret identificeret i papiret er en stressafhængig adfærd, det er så nyt kemisk budskab, at det endnu ikke er blevet endeligt mærket som et signal. Selvom, baseret på vores resultater, vi tror det er, " sagde Joshua Shrout, lektor i CEEES og sideløbende lektor i biologiske videnskaber ved University of Notre Dame og medforfatter til papiret. "Uanset, dette arbejde åbner et nyt vindue til at forstå P. aeruginosas adfærd og potentielt hvordan denne bakterie fremmer tolerance over for antibiotika."

Studiet, som blev finansieret af National Institutes of Health, var i stand til at identificere en unik bakteriel adfærdsrespons på grund af holdets karakteristiske forskningsmetode. Gruppen brugte både Raman-spektroskopi og massespektrometri til at fuldføre en bevidst analyse, pixel for pixel, fra hundredtusindvis af pixels i deres kemiske billeder. Denne detaljerede proces er det, der gjorde det muligt for forskerne at identificere de to forskellige kemiske reaktioner fra bakterierne på tobramycin, som ellers let kan gå glip af. Metoden er også en unik proces udviklet af dette specifikke team af forskere.