Το βακτήριο E. coli έχει την ικανότητα να αναπτύξει ανησυχητικά υψηλή αντοχή στα αντιβιοτικά, σύμφωνα με νέα μελέτη. Οι ερευνητές του Ινστιτούτου της Σάντα Φε χαρτογράφησαν πάνω από 260.000 πιθανές μεταλλάξεις μιας πρωτεΐνης του E. coli που είναι υπεύθυνη για την επιβίωση του βακτηρίου όταν αυτό εκτίθεται στο αντιβιοτικό τριμεθοπρίμη.
Στη συνέχεια, μελέτησαν χιλιάδες εξαιρετικά ρεαλιστικές ψηφιακές προσομοιώσεις όπου διαπίστωσαν πως το 75% όλων των πιθανών εξελικτικών διαδρομών της πρωτεΐνης E. coli είχαν προικίσει τα βακτήρια με ένα τόσο υψηλό επίπεδο ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, με αποτέλεσμα να καταστεί αναποτελεσματική η τριμεθοπρίμη. Το εύρημα αυτό εγείρει ανησυχίες σχετικά με την προσαρμοστικότητα και τις εξελικτικές ικανότητες του E. coli.
«Η μελέτη αυτή υποδηλώνει ότι η ανθεκτικότητα των βακτηρίων όπως το E. coli στα αντιβιοτικά, μπορεί να εξελίσσεται πιο επιδέξια από ό,τι αρχικά πιστεύαμε, και αυτό έχει ευρύτερες επιπτώσεις στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διάφορα συστήματα στην εξελικτική βιολογία, τη χημεία και άλλους τομείς, προσαρμόζονται και εξελίσσονται», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης και καθηγητής στο Ινστιτούτο της Σάντα Φε, Αντρέας Βάγκνερ.
Οι ερευνητές κατέρριψαν επίσης μια θεωρία σχετικά με τα «τοπία καταλληλότητας» του E. coli. Αυτοί οι γενετικοί χάρτες απεικονίζουν πόσο καλά ένας οργανισμός, ή ένα μέρος όπως μια πρωτεΐνη, προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Στα τοπία καταλληλότητας, τα σημεία του χάρτη δείχνουν διάφορους γενετικούς τύπους ενός οργανισμού. Το ύψος αυτών των σημείων δείχνει πόσο καλά κάθε γενετικός τύπος προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Η εξελικτική βιολογία στοχεύει στην εύρεση της υψηλότερης κορυφής, που σηματοδοτεί τον ικανότερο γενετικό τύπο. Η τρέχουσα θεωρία για τα τοπία καταλληλότητας υποδηλώνει ότι σε ανώμαλα εδάφη με πολλές κορυφές καταλληλότητας, οι περισσότεροι εξελισσόμενοι πληθυσμοί εγκλωβίζονται σε χαμηλότερα σημεία και δεν φτάνουν ποτέ στην υψηλότερη κορυφή της εξελικτικής προσαρμογής. Η νέα μελέτη αμφισβητεί αυτή τη θεωρία.
Ωστόσο, λόγω της έλλειψης πειραματικών δεδομένων σε επαρκώς μεγάλα τοπία καταλληλότητας, η επικύρωση αυτής της θεωρίας ήταν εξαιρετικά δύσκολη. Για αυτό και οι ερευνητές της νέας μελέτης δημιούργησαν ένα από τα πιο πλήρη τοπία καταλληλότητας για την πρωτεΐνη διυδροφυλλική αναγωγάση (DHFR) του E. coli χρησιμοποιώντας την τεχνολογία γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR.
Ανακάλυψαν ότι, ακόμη και σε σκληρά περιβάλλοντα, πάνω από το 75% των πληθυσμών E. coli που προσομοίωσαν έφτασαν σε υψηλές κορυφές καταλληλότητας, προσδίδοντας στα βακτήρια υψηλή αντοχή στα αντιβιοτικά. Τα ευρήματα θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν σε επαναξιολόγηση των θεωρητικών μοντέλων σε πολυάριθμους τομείς, καθώς και σε περαιτέρω έρευνα σχετικά με το πώς τα περιβάλλοντα του πραγματικού κόσμου επηρεάζουν τις εξελικτικές διαδικασίες των βακτηρίων.
Η μελέτη των τοπίων καταλληλότητας του E. coli έχει ευρύτερες επιπτώσεις, όχι μόνο στην κατανόηση της βακτηριακής εξέλιξης αλλά και σε εφαρμογές όπως η ανάπτυξη στρατηγικών ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά.
