Våra kroppar genomgår flera förändringar under våra liv. Samma sak händer med mikroberna som lever med oss. Dessa utgör trots allt en stor del av cellerna i vår organism. Men i jämförelse med cellerna som utgör våra vävnader och organ delar sig dessa mikrober mycket snabbt, vilket gör enstaka fel i deras genetiska material (mutationer) vanligare. Dessa fel driver utvecklingen av mikroorganismer och förklarar bland annat deras sannolikhet att orsaka sjukdom.

De flesta studier angående bakteriell evolution utförs utanför levande organismer eller i djurmodeller behandlade med antibiotika, som inte efterliknar en naturlig och hälsosam miljö. Förutom det har väldigt få studier bedömt hur mikrober utvecklas i mer än en månad. Av dessa skäl är hur bakterier utvecklas på lång sikt när de koloniserar en frisk värd fortfarande en öppen fråga.

Forskare från Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) studerade utvecklingen av en inkräktande stam av Escherichia coli-bakterien i mer än sex tusen generationer i mustarmen. I mer än ett år isolerade de bakterier från möss avföring för att utvärdera förändringar i deras genetiska material. Till slut visade författarna att när en ny bakterie koloniserar däggdjurets tarm, utvecklas den på två sätt:1) genom att generera en serie metaboliska mutationer som förändrar deras förmåga att konsumera näringsämnen eller 2) genom att integrera genetiskt material från andra mikroorganismer.

Under studien dök det upp E. coli-versioner som är genetiska och funktionellt olika och därmed har olika förmåga att anpassa sig till olika miljöer. Dessa versioner av samma bakterie samexisterar i värdens tarm i miljontals generationer. Denna samexistens kan emellertid åsidosättas av den preferentiella fixeringen av bakterier med specifika egenskaper, särskilt om dessa uppvisar fördelaktiga mutationer. Detta hände hos alla möss som a priori hade en inhemsk stam av E. coli i tarmen. Tävlingen drev båda stammarna att utvecklas. Specifikt förvärvade den invaderande stammen genetiskt material från den bofasta, genom verkan av bakteriofager (virus som infekterar bakterier).

När bakterier integrerar genetiskt material från viruset på ett stabilt sätt blir de piggare för att överleva i tarmen. Men om viruset förökar sig kommer dessa att dö. Forskarna har visat att märkligt nog, 5 till 16 månader efter att ha koloniserat värdens tarm, dör den invaderande E. coli mindre eftersom den hämmar förökningen av viruset. Detta innebär att bakterier utvecklades för att "domesticera" bakterievirus, behålla de fördelar de medförde, men att bli av med de relaterade kostnaderna.

"Det var verkligen spännande att ta reda på att bakterier använder så många olika processer för att utvecklas i tarmen", säger Nelson Frazão, postdoc vid IGC och första författare till uppsatsen. Detta arbete banar väg för att förutse utvecklingen av bakterierna i våra kroppar. "Genom att förstå hur bakterier utvecklas på lång sikt skulle vi kunna förutse och till och med undvika antibiotikaresistens eller kolonisering av tarmen av patogena bakterier som hindrar framgången för vissa behandlingar och kan leda till döden", avslutar forskaren.

Forskningen publicerades i Nature Communications . + Utforska vidare

Bakteriell sexdrift driver utvecklingen av mikrober för att erövra och kolonisera tarmen