Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме задались целью определить, могут ли они предсказать другой эволюционный процесс и проследить за ним в режиме реального времени. Используя количественный подход физиков, команда разработала экспериментальные инструменты для точного измерения реакции бактерий на антибиотики и разработала математическую модель этого процесса. Модель привела их к гипотезе о том, что ежедневная трехчасовая доза позволит бактериям предсказать доставку лекарства и перейти в спящий режим на этот период, чтобы выжить.Исследование проводилось под руководством профессора Натали К. Балабан из Института физики Рака на факультете естественных наук Еврейского университета в сотрудничестве с коллегами из Института Рака, Сударского центра вычислительной биологии Еврейского университета и Института Броуда Гарварда и Массачусетского технологического института. . Исследовательская статья «Оптимизация времени задержки лежит в основе толерантности в популяциях бактерий, эволюционировавших в условиях периодического воздействия антибиотиков», опубликована в номере журнала Nature от 25 июня.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи ежедневно доставляли антибиотики популяциям бактерий в лаборатории ровно на три часа. Спустя всего десять дней они смогли наблюдать за бактериями, используя новую тактику выживания. При воздействии этих повторяющихся циклов лечения антибиотиками бактерии эволюционировали, адаптируясь к продолжительности стресса антибиотиками, оставаясь бездействующими в течение периода лечения.Результаты показали, что бактерии могут развиваться в течение нескольких дней.
Что наиболее важно, он впервые показал, что бактерии могут развивать биологический таймер, чтобы выжить при воздействии антибиотиков.Чтобы дополнительно проверить свою гипотезу, исследователи доставляли антибиотики на разные периоды времени, подвергая три разные популяции бактерий повторяющимся ежедневным воздействиям антибиотиков продолжительностью 3, 5 или 8 часов.
Примечательно, что каждая из популяций адаптировалась, продлевая стадию покоя, чтобы соответствовать продолжительности воздействия.С этим новым пониманием того, как бактериальные популяции развивают стратегии выживания против антибиотиков, ученые могут разработать новые подходы для замедления эволюции устойчивости к антибиотикам.Теперь, когда они определили мутацию, ответственную за биологический таймер, исследователи хотят собрать клинические данные, чтобы увидеть, активен ли у людей подобный временной ответ на антибиотики, позволяющий бактериям сделать менее эффективными антибиотики, которые люди принимают по фиксированному графику.
Если это обнаруживается, это может объяснить неэффективность лечения антибиотиками, наблюдаемую при некоторых заболеваниях. В будущем врачи могут порекомендовать другие схемы лечения.
Это также может привести к разработке и более широкому использованию лекарств, которые могут поддерживать постоянный уровень в организме.По словам исследователей, исследование демонстрирует, что количественные подходы из физики могут использоваться для решения фундаментальных, а также клинически значимых проблем в биологии.