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基因权衡并不能阻止抗生素耐药性的进化

基因权衡并不能阻止抗生素耐药性的进化

今天发表在《eLife》杂志上的一项新研究表明,即使面对抗生素浓度变化带来的具有挑战性的遗传权衡或妥协,细菌仍然可以产生抗生素耐药性。

对抗菌药物具有耐药性的细菌的迅速出现是一个日益严重的全球健康危机。这些发现为研究不同浓度的药物如何影响大肠杆菌(E. coli)的耐药性进化提供了有价值的新见解,这种细菌可导致危及生命的血液感染。

当单个细菌发生基因突变,使其能够在药物作用下存活时,抗生素耐药性就会出现。当脆弱的细菌死亡时,新的耐药菌株会繁殖。细菌要经过多次变异才能对抗生素产生高度抗药性,而每一次变异都可能带来一些权衡。例如,一种允许细菌在抗生素作用下存活的突变可能会在不存在抗生素的情况下减缓有机体的生长。在通往耐药性的进化道路上,权衡越多,耐药性出现的难度就越大。

“如果健身景观光滑一些折衷,但细菌的发展人口很容易产生耐药性,而在一个崎岖的景观有很多权衡希望它停留在理想的山峰,不易产生抗药性,”解释了作者Suman Das,生物物理研究所研究员,德国科隆大学。

为了了解不同抗生素浓度如何影响大肠杆菌耐药性的进化,Das与英国爱丁堡大学的Susana Direito、Bartlomiej Waclaw和Rosalind Allen进行了合作,他们将细菌暴露在不同浓度的抗生素环丙沙星中。他们跟踪了这些情况下细菌的生长速度和发生的权衡,Das根据他们的数据建立了一个数学模型。

该模型表明,在存在权衡的情况下,阻力路径变得更加难以穿越。但是,与研究人员的预期相反,权衡所造成的障碍并没有降低耐药性出现的可能性。

然而,他们的模型确实表明,当面对较低浓度的抗生素时,细菌可能会逆转过程,重新获得对抗生素的敏感性。

“我们的模型为解决临床和环境环境中药物浓度差异很大的抗生素耐药性的演变提供了一个有原则的框架,”科隆大学生物物理研究所的研究组组长、资深作者Joachim Krug补充说。“它有一天可以用来帮助科学家设计新的药物或治疗方案,防止或减缓抗生素耐药性的出现。”

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