Týmová práce zlepšuje přežití bakterií

Nová studie Massachusetts Institute of Technology (MIT) popisuje dva druhy bakterií, každé rezistentní proti jinému antibiotiku, které se vzájemně dokáží chránit v prostředí, kde se vyskytují antibiotika obě.

Studie ukazuje, že mutualismus může pomoci bakteriím se vzájemně chránit proti přítomnosti smrtících chemikálií, jakými jsou pro mikroorganismy právě antibiotika. Jedná se o první experimentální důkaz tzv. „cross-protection“ (křížové ochrany u bakterií), která byla zatím popsána pouze u vyšších organismů.

Vědci se ve své studii zaměřili na dva kmeny bakterie E.coli, jeden byl rezistentní proti ampicilinu a druhý proti chloramfenikolu. Tyto bakterie stejně jako mnohé další se brání proti antibiotikům převážně tím, že pomocí specifických enzymů antibiotikum rozloží na neškodné produkty. Jako vedlejší efekt jsou zároveň ochráněny i bakterie, které příslušný enzym produkovat nedokážou.

„Ke křížové ochraně může docházet vždy, když je produkován enzym rozkládající antibiotikum“, říká Jeff Gore, spoluautor studie publikované v květnu 2016 v Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Tým z MIT zjistil, že obě bakterie dokáží přežít v prostředí, ve kterém jsou přítomna obě antibiotika i přes to, že je každá bakterie resistentní pouze na jedno z nich. Je tedy velice pravděpodobné, že jde o přirozený a zřejmě i častý jev v prostředích, kde žije více bakteriálních druhů pohromadě, jako jsou biofilmy, půda apod.

„Podle našich analýz každá z bakterií produkovala jiné toxiny a byla také rezistentní k různým toxinům. To není nic neobvyklého. Velké množství různých antibiotik jsou například produkována v neustálém boji půdních mikroorganismů o omezené zdroje potravy“, doplňuje Jeff Gore.

Autoři dále zjistili, že velikost populací obou bakterií v čase osciluje. Podobné oscilace, kdy jeden druh zvyšuje počet na úkor druhého, jsou typickým modelem predátor-kořist. V mutualistickém vztahu, ve kterém se navíc objevuje tzv. „křížová ochrana“, jsou ale vzácné a pro vědce byly překvapivé.

Během pokusů vědci opakovaně inokulovali bakterie do čerstvých medií s antibiotiky a zjistili, že i když se celkový počet bakterií neměnil, relativní zastoupení obou bakteriálních populací velmi dramaticky oscilovalo. Když jedna populace rostla, druhá klesala a naopak. V maximech rozdíl dosahoval 1000 procent v průběhu tří dnů.

Například, když na začátku převažoval kmen rezistentní proti ampicilinu, došlo k rychlému rozkladu ampicilinu. To umožnilo růst kmene citlivého na ampicilin, ale rezistentního na chloramfenikol, a došlo tedy k rozkladu chloramfenikolu. Populace kmene rezistentního na ampicilin, ale citlivá na chloramfenikol začala opět růst až ve chvíli, kdy druhá populace již dominovala a většinu chloramfenikolu rozložila. Obě populace tedy vykazovaly charakteristické oscilace v čase. Kmen, který byl více abundantní na začátku pokusu, byl naopak v menšině na konci pokusu. Experimenty dále ukázaly, že při nižších koncentracích antibiotik dokáží takto bakteriální populace přežívat téměř donekonečna. Ovšem při vyšších koncentracích může dojít ke kolapsu, kdy se populace již vzájemně nedokáží podpořit. Podobné oscilace se podle Jeffa Gora velmi pravděpodobně vyskytují i v přírodě jako např. v zažívacím traktu člověka, kdy se část populace určitého bakteriálního druhu vyloučí stolicí  nebo v půdě, kdy je „spláchnuta“ deštěm. V současné době tým Jeffa Gora studuje zažívací trakt háďátka C.elegans a jistě přinese další zajímavé poznatky v týmové práci bakterií.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Saurabh R. Gandhi, Eugene Anatoly Yurtsev, Kirill S. Korolev, and Jeff Gore. Range expansions transition from pulled to pushed waves as growth becomes more cooperative in an experimental microbial population. PNAS, 2016 DOI: 10.1073/pnas.1521056113

Massachusetts Institute of Technology. "Teamwork enables bacterial survival: Strains of E. coli resistant to one antibiotic can protect other bacteria growing nearby." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 May 2016. <www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160516181211.htm>.