Rissbildung Bakterien Playbook

(ISNS)--eine neue Karte gezeichnet von einem Team der Biophysiker könnte den Weg zu besseren Antibiotika hinweisen. Anstatt Diagramm Erde Geographie zugeordnet die Wissenschaftler Bakterien mit verschiedenen genetischen Mutationen wie schnell vermehren und wie sie auf unterschiedlichen Dosen eines Arzneimittels reagieren.

Solch eine Karte könnte helfen Arzneimittelhersteller Behandlungen zu entwickeln, die Antibiotika-Resistenz entwickeln Bakterien die Fähigkeit blockieren, sagte Terence Hwa, eine biologische Physiker an der University of California, San Diego und Mitglied des Research-Teams. "Wenn du gehst, um jemanden angreifen wollen Sie eine Karte haben, so können Sie Wege der Angriff planen."

Antibiotikaresistenz ist eine wachsende Bedrohung der öffentlichen Gesundheit in den USA und der ganzen Welt. Medikamenten-resistenten Bakterien 2 Millionen Menschen krank machen und töten mindestens 23.000 pro Jahr in den USA allein nach ein 2013 Centers for Disease Control and Prevention Bericht; weit mehr sterben vor solchen Infektionen in anderen Teilen der Welt. Forschende Pharma-Unternehmen kämpfen, um neue Antibiotika zu entwickeln, die resistente Stämme von Staph, Tuberkulose und anderen Krankheitserregern steuern können.

Bei der Gestaltung solcher Medikamente gezielt Forscher in der Regel bakterielle Wildpopulationen. Die daraus resultierende Antibiotika wirken oft bis eine kleine Anzahl von Zellen in einem infizierten menschlichen oder tierischen eine genetische Mutation, die es zu überleben und sich fortzupflanzen erwerben ermöglicht, sogar wenn Sie mit dem Medikament dosiert. Im Laufe der Zeit vermehren die mutierten Zellen während andere sterben aus. Schließlich wird die gesamte infizierende Bevölkerung beständig. Wenn diese Zellen dann in die Umwelt entweichen und andere Menschen oder Tiere zu infizieren, kann das Antibiotikum schließlich gegen eine Krankheit weitgehend nutzlos geworden.

Um besser zu verstehen, wie solche Widerstände, entwickelt ein Team unter der Leitung von Hwa und sein ehemaliger Schüler Barrett Deris--jetzt Postdoktorand am MIT--untersucht wie das Antibiotikum Chloramphenicol wirkt sich auf das Bakterium E. Coli's Fortpflanzungsrate. Das Medikament wirkt durch das Abschalten nicht-resistenten Zellen Proteinfabriken. Weil Zellen Proteine zum Überleben brauchen, sie reagieren, indem Sie mehr Energie auf die Reparatur der Fabriken zu widmen und weniger zu reproduzieren. Zum gleichen Zeitpunkt beginnen die Zellen, Aufbau von Proteinen der Pumpe das Medikament aus der Zelle.

Deris schrieb Gleichungen zur Beschreibung wie schnell tritt jeder dieser Prozesse für die unterschiedlichen Konzentrationen von Drogen und für die verschiedenen Ebenen des Gens, das für das Antibiotikum entfernen Pumpe kodiert. Grafische Darstellung der Lösungen dieser Gleichungen, erhielt er eine dreidimensionale Karte ähnlich der Mesa übersäten Landschaft der amerikanischen Wüste Südwesten, mit einem Plateau weicht einem steilen Hang, der Ebenen in einer tiefer gelegenen Ebene. Das Plateau steht für Kombinationen von Droge Ebenen und bakteriellen Gene, die Zellen zu reproduzieren erlaubt und mikrobiellen Populationen wachsen. Die Ebene steht für Kombinationen, die Zellen von der Reproduktion verhindert.

Mit zunehmender Antibiotika Ebenen von Null fiel nicht-resistenten Bakterien schnell von der Hochebene bis in die Ebene. Aber die Wissenschaftler herausgefunden, dass Zellen mit bestimmten Mutationen in ihrer DNA weitere Pumpen zu bauen konnten, klar, das Antibiotikum schneller und Reproduktion mehr Energie widmen. Diese Zellen waren auf dem Plateau, bis das Medikament eine höhere Konzentration erreicht, woraufhin sie plötzlich fiel; darauf hingewiesen, dass sie teilweise Resistenz gegen das Antibiotikum erworben hatte. Mit genügend positive Mutationen wurde Bakterien vollständig resistent und blieb auf dem Plateau egal wieviel ein Medikament Bad erhielten.

"Diese Karte first of its Kind in seiner Fähigkeit, die Wachstumsraten der Medikamenten-resistenten Bakterien aus ersten Prinzipien vorherzusagen", sagte Deris Anfang dieses Monats auf einer Tagung der American Physical Society in Denver. Er und seine Kollegen verschiedene Stämme von E. Coli und Antibiotika Chloramphenicol ähnlich getestet und festgestellt, dass die resultierenden Karten, die alle die gleiche grundlegende Form nahm.

Die Studie "gibt Einblick in ein sehr, sehr wichtiges Problem, das Menschen, betroffen sind", sagte Michael Reddy, Program Director bei der National Institute of General Medical Sciences in Bethesda, Maryland, die teilweise die Forschung finanziert. Und weil Krebszellen Widerstand entwickeln können zur Chemotherapie in der gleichen Weise entziehen Bakterien Antibiotika, sagte er, dass die Ergebnisse auch zu neuer Krebstherapien führen könnte.

Aber Reddy stellt fest, dass weitere Forschung notwendig ist, zu bestätigen, ob ähnliche Karten für andere Klassen von Mikroben und Drogen gemacht werden können. Deris sagte, er hoffe, dass andere seine Arbeit verwenden werden, um solche Studien zu tun.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Gabriel Popkin (@gabrielpopkin) ist ein freier Wissenschaft und Umwelt Schriftsteller mit Sitz in Washington, DC-Bereich. Er hat für Wissenschaftsnachrichten, ScienceNOW, Johns Hopkins Magazine und andere Publikationen geschrieben.