Ny forskning ledd av Carnegie Mellon University biträdande professor i fysik Shiladitya Banerjee visar hur vissa typer av bakterier kan anpassa sig till långvarig exponering för antibiotika genom att ändra sin form. Verket publicerades i tidskriften Naturfysik .

Anpassning är en grundläggande biologisk process som driver organismer att ändra sina egenskaper och beteende för att bättre passa sin miljö, oavsett om det är den berömda mångfalden av finkar som observerats av banbrytande biolog Charles Darwin eller de många varianter av bakterier som människor samexisterar med. Även om antibiotika länge har hjälpt människor att förebygga och bota bakterieinfektioner, många arter av bakterier har i allt högre grad kunnat anpassa sig för att motstå antibiotikabehandlingar.

Banerjees forskning vid Carnegie Mellon och i hans tidigare position vid University College London (UCL) har fokuserat på mekaniken och fysiken bakom olika cellulära processer, och ett gemensamt tema i hans arbete har varit att formen på en cell kan ha stora effekter på dess reproduktion och överlevnad. Tillsammans med forskare vid University of Chicago, han bestämde sig för att gräva i hur exponering för antibiotika påverkar tillväxten och morfologin hos bakterien Caulobacter crescentus, en vanlig modellorganism.

"Med hjälp av encellsexperiment och teoretisk modellering, vi visar att cellformsförändringar fungerar som en återkopplingsstrategi för att göra bakterier mer anpassningsbara till överlevande antibiotika, " Banerjee sa om vad han och hans medarbetare hittade.

När de utsätts för mindre än dödliga doser av antibiotikumet kloramfenikol under flera generationer, forskarna fann att bakterierna dramatiskt ändrade sin form genom att bli bredare och mer krökta.

"Dessa formförändringar gör det möjligt för bakterier att övervinna stressen från antibiotika och återuppta snabb tillväxt, " sa Banerjee. Forskarna kom till denna slutsats genom att utveckla en teoretisk modell för att visa hur dessa fysiska förändringar tillåter bakterierna att uppnå en högre krökning och lägre yta-till-volymförhållande, vilket skulle tillåta färre antibiotikapartiklar att passera genom deras cellulära ytor när de växer.

"Denna insikt är av stor betydelse för människors hälsa och kommer sannolikt att stimulera många ytterligare molekylära studier av cellformens roll på bakterietillväxt och antibiotikaresistens, sa Banerjee.

Andra författare på studien inkluderade Aaron R. Dinner, Klevin Lo och Norbert F. Scherer från University of Chicago; och Nikola Ojkic och Roisin Stephens, tidigare medlemmar i forskargruppen Banerjee vid UCL.