Cei care cresc mai repede sunt morți mai devreme - Cum influențează rata de creștere a capacității bacteriilor

Elena Biselli la microscop Andreas Heddergott/TUM

„Starea de fitness a bacteriilor este mai complexă decât se aștepta”, explică Ulrich Gerland, profesor de teorie a biosistemelor complexe la Universitatea Tehnică din München. Fizicianul studiază strategiile de supraviețuire a bacteriei E. coli de câțiva ani.

Organismele unicelulare cu numele latin Escherichia coli, care susțin digestia în intestinul gros al mamiferelor, sunt un organism model popular. Cu ajutorul lor, este posibil să se studieze modul în care ființele vii reușesc să se adapteze la condițiile de mediu în schimbare.

Supraviețuiți în vremuri rele

„Se știa anterior că aptitudinea biologică depinde de două lucruri: rata de creștere când alimentele sunt disponibile și capacitatea de a supraviețui în perioade de deficit de nutrienți”, explică omul de știință. "Cu toate acestea, nu a fost clar cum sunt legați acești doi factori."

Împreună cu echipa sa, Gerland a investigat în mod sistematic măsura în care creșterea rapidă sau lentă influențează supraviețuirea bacteriilor E. coli:

„S-a demonstrat că modificările condițiilor de creștere au un impact direct asupra ratelor de deces. Acestea urmează o lege simplă: bacteriile cele mai bine hrănite și cu cea mai rapidă creștere sunt, de asemenea, primele care mor atunci când sunt lipsite de hrană. "

Bacterii mari - condiție fizică slabă

Așadar, a mânca prea mult este rău pentru fitnessul bacterian. Dar de ce? Pentru a găsi un răspuns la această întrebare, cercetătorii TUM au efectuat diferite experimente: În primul rând, culturile de bacterii E. coli au fost furnizate cu soluții nutritive cu conținut variabil.

În al doilea pas, organismele unicelulare au fost supuse unei diete zero. Pe tot parcursul timpului, oamenii de știință au investigat dacă și cât de repede s-au înmulțit celulele și cât timp au supraviețuit.

lupta pentru a supraviețui

Cercetările au arătat că, indiferent de cât de bine sau slab hrănite, bacteriile încetează să se reproducă atunci când sunt lipsite de hrană. În această „fază de întreținere”, organismul luptă pentru supraviețuirea goală: Toate sursele de energie disponibile - de exemplu și rămășițele celulare ale altor specii care au murit deja - sunt folosite pentru a menține metabolismul.

În această situație extremă, multe celule mor de foame în câteva zile. Rata mortalității este deosebit de mare în rândul bacteriilor E. coli cu creștere rapidă. „Acestea sunt destinate creșterii rapide și risipesc resursele de energie. Aceasta este desfacerea lor în timpul fazei foamei ”, explică Gerland.

De fapt, bacteriile hrănite din abundență anterior au, de asemenea, o necesitate crescută de energie, așa cum demonstrează alte experimente. Iar cei care au nevoie de multă energie nu pot supraviețui vremurilor de foame.

„Înțelegem acum de ce evoluția nu favorizează cea mai rapidă reproducere posibilă”, spune Gerland. „Capacitatea biologică, care este crucială pentru supraviețuirea unei specii, se bazează pe echilibrul dintre creștere și supraviețuire.”

Terapie cu antibiotice cu morcov și baston

Rezultatele cercetării pot fi folosite în viitor pentru a îmbunătăți eficiența antibioticelor, de exemplu: „Conform principiului morcov și băț, s-ar putea stimula, de exemplu, bacteriile intestinale să crească consumând un desert. Acest lucru i-ar slăbi dacă luați apoi un antibiotic împotriva unei infecții intestinale ”, explică Gerland. Dar este încă prea devreme pentru a face recomandări concrete. Sunt necesare cercetări suplimentare aici.

Cercetarea a fost finanțată de Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG; SPP1617 și SFB/Transregio 174), un grant de cercetare DFG de la Graduate School of Quantitative Biosciences Munich (QBM) și un grant de cercetare de la Organizația Europeană de Biologie Moleculară (EMBO). Investigațiile au fost efectuate la Catedra de Fizică a Biosistemelor Complexe și la Centrul de Cercetare pentru Biotehnologie Albă din UTM.

Prof. Dr. Ulrich Gerland
Teoria biosistemelor complexe
Universitatea Tehnică din München
James-Franck-Str. 1, 85748 Garching
Tel.: +49 89 289 12394 - E-mail: [email protected]

Elena Biselli, Severin Josef Schink, Ulrich Gerland:
Creșterea mai lentă a Escherichia coli duce la o supraviețuire mai lungă a foametei de carbon datorită scăderii ratei de întreținere
Biologie a sistemelor moleculare, (2020) 16: e9478 - DOI: 10.15252/msb.20209478