Placa de Petri gigante muestra la evolución en el espacio y el tiempo
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Hay placas de Petri pequeñas, hay placas de Petri grandes, y luego está MEGA, una placa enorme de 2 pies por 4 pies losa de agar negro infundido con un gradiente de fármacos antibacterianos. Los investigadores construyeron este gigante para observar la evolución tanto en el tiempo como en el espacio, y como informan hoy (8 de septiembre) en Science, MEGA ha revelado que las bacterias resistentes a los antibióticos más aptas pueden no necesariamente crecer más rápido.
En la placa de gran tamaño, «puede ver la ramificación evolutiva a medida que sucede», dijo Luke McNally, microbiólogo evolutivo de la Universidad de Edimburgo, coautor de un editorial adjunto. “Es asombrosamente, sorprendentemente hermoso”
Tradicionalmente, los investigadores estudian la evolución bacteriana en cultivo líquido, lo que obliga a las bacterias a competir con toda la población del matraz por los recursos. Por el contrario, la nueva placa de arena de crecimiento y evolución microbiana (MEGA) separa las bacterias tanto espacial como temporalmente, lo que reduce la competencia, dijo el coautor del estudio Michael Baym de…
Además, la placa puede albergar una población bacteriana mucho más grande que un experimento líquido típico, lo que hace que sea más probable ver mutantes raros, dijo el coautor del estudio Roy Kishony, quien dirige un grupo de investigación de resistencia a los antibióticos en HMS y TechnionIsrael Institute of Technology. Realmente nos permite ver, con nuestros propios ojos, la dinámica de la evolución, agregó.
Kishony y la coautora del estudio Tami Lieberman, ahora posdoctorado en el MIT, querían crear una demostración vívida de la evolución para su estudiantes. Junto con Baym y otros colaboradores, construyeron la placa MEGA desde cero. Llenaron el plato de acrílico gigante con dos capas de base sólida de agara, formada por tiras discretas mezcladas con trimetoprima o ciprofloxacina que aumentaban en concentración hacia el centro del plato, y una capa superior de agar viscoso para permitir el movimiento bacteriano. La capa inferior de agar se mezcló con tinta china para contrastar con las bacterias blancas sembradas en los extremos libres de antibióticos de la placa.
Durante 10 días, los investigadores tomaron imágenes de la E. coli cada 10 minutos a medida que los microbios se expandían por la placa, y vio que las bacterias se detenían brevemente en los límites de concentraciones de antibióticos cada vez más estrictas hasta que un mutante se adentraba en el territorio de mayor fármaco. Al desafiar a la bacteria con diferentes dosis de antibiótico en el primer paso del gradiente, el equipo demostró que E. coli desarrollan una mayor resistencia más rápidamente si primero encuentran una concentración intermedia, en lugar de una alta, de antibiótico.
Usando la trayectoria evolutiva fácil de ver de la bacteria como guía, el los investigadores aislaron y secuenciaron los mutantes que lideran la carga. Encontraron mutaciones adaptativas en el gen de la enzima correctora ADN polimerasa III, los genes objetivo de los antibióticos, y en genes inesperados como los que codifican un transportador de fosfato y una quinasa que no tienen una función conocida en el establecimiento de resistencia, lo que sugiere alternativas vías que podrían surgir.
Los científicos también estaban intrigados al descubrir que muchas bacterias detrás de las de la frontera, las que se volvieron resistentes a los antibióticos, pero crecieron más lentamente como resultado, adquirieron mutaciones que impulsaron aún más el crecimiento y la resistencia a los antibióticos más adelante. en. De hecho, en una carrera cara a cara con las bacterias que originalmente las superaron, estas bacterias de crecimiento lento tuvieron mucho más éxito al final del experimento. Anteriormente, se pensaba comúnmente que recuperar el crecimiento podría requerir renunciar a la resistencia recién adquirida, pero estos mutantes sugirieron que ese no era el caso. La forma de superar una compensación evolutiva no siempre es volver a ser lo que eras, dijo Baym. Puede recuperar el crecimiento de más maneras además de simplemente perder la resistencia.
McNally dijo que está entusiasmado con el potencial de MEGA para investigar nuevos ángulos del apremiante problema social de la resistencia a los antibióticos, como las interacciones entre múltiples medicamentos o múltiples especies bacterianas. Sin embargo, Julian Davies, que estudia antibióticos en la Universidad de Columbia Británica, no está convencido de que la trimetoprima y la ciproflaxacina sintéticas y un entorno artificial sean relevantes para el desarrollo de la resistencia a los antibióticos en el suelo o el intestino humano. Es un buen artículo, dijo, pero sería realmente útil si pudiera duplicar esto en el sistema estomacal.
Independientemente de lo que la placa MEGA pueda revelar sobre la evolución bacteriana, Baym dijo que cree que la plataforma cumplirá su propósito original como una herramienta educativa. La colega de Lzrs, Rka Spohn, estudiante de posgrado, estuvo de acuerdo: Es una manera realmente sorprendente y fácil de mostrar la evolución en acción a todos, dijo, y de hacer concretos conceptos abstractos como la evolución y la mutación.
M. Baym et al., Evolución microbiana espaciotemporal en paisajes antibióticos, Science, doi:10.1126/science.aag0822, 2016.
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