Informacija

Studija slučaja: Kako bakterije postaju otporne? - Biologija

Studija slučaja: Kako bakterije postaju otporne? - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dio 1: Što je MRSA?

Bez obzira što su liječnici učinili, razina kisika u bebi padala je jer su bakterije otporne na lijekove projedale rupe u plućima 7-tjednog djeteta. Tada ju je Madelineina majka pronašla mlohavu i plavu u svom krevetiću i hitno je prevezena u bolnicu. Bila je to MRSA.

Oblik bakterije otporan na meticilin, uobičajeno poznat kao stafilokok, prvi je put identificiran 1970-ih u bolnicama, ali se od tada proširio svijetom, pojavljujući se u dnevnim boravcima, školama i drugim javnim prostorima. Danas se u bolnicama u SAD-u događa 1,2 milijuna MRSA infekcija, a invazivna MRSA godišnje ubije više od 19.000. Bakterija ponekad može "kolonizirati" osobu i ne uzrokovati bolest. Osoba ga može nositi na svom tijelu godinama i prenijeti ga drugim ljudima ili ostaviti na površinama. Bolnice su pokrenule agresivne kampanje za uklanjanje MRSA iz svojih ustanova.

Madelineini roditelji pitali su se kako je dobila ovu opasnu bakteriju. Madelineina obitelj pristala je na testove kako bi se utvrdilo je li netko od njih nosio smrtonosnu bakteriju ili je dijete zarazilo bakterijom iz bolnice. Bolnica je protestirala, tvrdeći da njihov objekt nije izvor MRSA-e.

U prošlosti se penicilin koristio za liječenje infekcija Staphylococcus aureus. Ubrzo nakon toga, S. aureus je postao otporan na penicilin. Tijekom 1950-ih, derivate penicilina otkrile su farmaceutske tvrtke koje su mogle liječiti Staphylococcus aureus. Donji grafikon prikazuje širenje infekcija S. aureus otpornih na antibiotike u Sjedinjenim Državama. Prikazane su zasebne krivulje za bakterije koje su uzrokovale infekcije u bolnici ("Hospital-Acquired") i kod zdravih ljudi u zajednici ("Community-Acquired").

1. Na temelju grafikona donesite zaključak o tome odakle potječe S. aureus otporan na penicilin otporan na "zajednicu".

2. Zašto je rezistencija na meticilin zaostajala za otpornošću na penicilin? Na temelju trenda viđenog s penicilinom, što biste očekivali da će se dogoditi s meticilinom?

Dio 2: MRSA screening

Probir Staphylococcus aureus (MRSA) otporan na meticilin je test koji traži prisutnost MRSA-e, a ne drugih patogena. to je
prvenstveno se koristi za identifikaciju prisutnosti MRSA u koloniziranoj osobi. Na razini zajednice, probir se može koristiti kako bi se utvrdio izvor izbijanja. Na nacionalnoj razini, dodatna testiranja mogu informirati kliničare i istraživače o jedinstvenim genetskim karakteristikama sojeva MRSA koji kruže u zajednici ili zdravstvenom okruženju.

Uzima se bris nosa iz nosnica (nosnica) asimptomatske osobe i uzgaja se (stavlja se na poseban hranjivi medij, inkubira se, a zatim se ispituje rast karakterističnih kolonija MRSA). Bris se može uzeti s mjesta rane ili lezije kože osobe koja je prethodno liječena od infekcije MRSA-om i kultivirana na sličan način. Kultura probira identificira odsutnost ili prisutnost MRSA-e i obično traje 1 do 2 dana za rezultat.

Kada se proučava kako bakterije reagiraju na antibiotike, koristi se Kirby-Bauerova metoda difuzije diska. U ovoj tehnici, diskovi koji sadrže antibiotike stavljaju se na agar gdje bakterije rastu, a antibiotici difundiraju u agar. Ako antibiotik zaustavi rast bakterija, možemo vidjeti kružna područja oko vafla gdje bakterije nisu rasle. Ovo područje se zove "zona inhibicije". Promjer ovih zona se mjeri kao što je prikazano u nastavku.

3. Koje bi metode bolnice koristile za uklanjanje MRSA iz svojih ustanova?

4. Što je "soj" bakterija? Kako je moguće da neki sojevi Staphylococcus aureus mogu biti bezopasni, a drugi smrtonosni? (Možda ćete ovo morati proguglati.)

5. Mladi znanstvenik sugerira da se kemikalija koja se nalazi na koži žaba može koristiti kao antibiotik. Objasnite kako bi se tehnika Kirby-Bauerovog diska mogla koristiti za potporu ove hipoteze.

6. Razmotrite podatke prikupljene pokusom s žabljem kožom. Kakav biste zaključak izvukli iz podataka?

stranicaZona inhibicije
Žablja koža1,2 cm
Penicilin3,9 cm
Amoksicilin3,6 cm
Kontrolirati0,1 cm

Dio 3: Analiza ploča

Svaka ploča ispod predstavlja uzorak uzet u istraživanju. Uzeti su brisevi nosa pojedinim članovima obitelji, a dva uzorka uzeta su iz bolničke rađaonice. Uzorci su uzgajani na agaru s dodanim diskovima s antibioticima.

Izmjerite zone inhibicije na pločama i zabilježite podatke u tablicu.

UzorakDiskVeličina zoneUzorakDiskVeličina zone
1PE3PE
MIMI
CECE
VAVA
2PE4PE
MIMI
CECE
VAVA

4. dio: Zaključci

7. Sljedeća tablica identificira izvore uzoraka. Koji uzorak sadrži MRSA? Kako znaš?

  • Uzorak 1 - Madelineina majka
  • Uzorak 2 - Madelineina sestra
  • Uzorak 3 - Madelinein otac
  • Uzorak 4 - Površina dostavne sobe

8. Uzorak 2 uzet je iz brisa nosa člana obitelji koji je imao infekcije sinusa. Koji kurs antibiotika biste preporučili?

9. Koje biste preporuke dali Madelinenoj obitelji i bolnici u kojoj je Madeline rođena. Vaše preporuke trebaju uključivati ​​obrazloženje utemeljeno na dokazima i pojedinosti iz slučaja kako bi potkrijepili vaš stav.


Bakterije

Karakteristike bakterija

Prokarioti (bakterije i arheje) imaju neke zajedničke stvari osim nedostatka membranom vezane jezgre. Prokariotima također nedostaju druge membranske organele, kao što su mitohondriji i kloroplasti, koji se nalaze u eukariotskim stanicama. (Zanimljivo je da se čini vrlo jasnim da su mitohondriji i kloroplasti evoluirali iz bakterija.) Dok su mnogi prokarioti pokretni pomoću flagele ili flagele, bičak prokariota nije povezan s onim koji se nalazi u eukariota.

Prokarioti se također razmnožavaju isključivo aseksualno, procesom koji se naziva binarna fisija. Za razliku od Eukarije, prokarioti obično imaju jednu, često kružnu, molekulu dvolančane DNA kao jedini kromosom i čini se da ti kromosomi imaju jedno mjesto za inicijaciju replikacije. Kromosomi prokariota imaju puno manje proteina koji su povezani s njima nego što je to slučaj sa strukturno složenijim eukariotskim kromosomom.

Iako je makromolekularna sinteza vrlo slična u tri taksonomske domene, postoje neke važne razlikovne karakteristike. Na primjer, RNA polimeraze bakterija su jednostavnije, odnosno imaju manje podjedinica od onih kod Archaea i Eukarije. Osim toga, sinteza proteina u bakterijama započinje s formilmetioninom, dok se u arheja i eukarije koristi nemodificirani metionin. Postoje brojne druge biokemijske i fiziološke razlike između organizama u tri domene, uključujući kemiju stanične stijenke.

Gotovo svi prokarioti imaju stanične stijenke, a te se stanične stijenke prilično razlikuju od onih eukariotskih gljiva ili biljaka. Osim toga, stanične stijenke bakterija prilično se razlikuju od onih u Archaea. Stanične stijenke bakterija sadrže peptidoglikan, prilično krut polimer modificiranih šećera umreženih peptidima. Jedna od važnih razlikovnih molekula u staničnim stijenkama bakterija je derivat šećera muramska kiselina, dio peptidoglikana. Penicilin inhibira proizvodnju peptidoglikana i stoga je ovaj antibiotik specifičan za bakterije. (Mnogi drugi antibiotici također su specifični za bakterije.)

Većina bakterija može se diferencirati u dvije skupine tehnikom bojenja, gram bojom, koja se temelji na strukturi njihovih staničnih stijenki. Gram-pozitivne bakterije imaju stanične stijenke sastavljene prvenstveno od peptidoglikana, dok gram-negativne bakterije imaju složene stanične stijenke koje sadrže tanak unutarnji sloj peptidoglikana i složeni vanjski sloj lipida, proteina i lipopolisaharida. Ovaj vanjski sloj naziva se vanjska membrana. Složena stanična stijenka gram-negativnih bakterija ometa unos nekih antibiotika i stoga su gram-negativne bakterije obično otpornije na te antibiotike nego gram-pozitivne bakterije.

Ove krute stanične stijenke daju različitim vrstama bakterija karakteristične oblike. Neki su jajoliki ili sferični (slika 1), a nazivaju se koki (singular, coccus), neki su u obliku štapa (slika 2), a drugi su ponekad zakrivljeni u spiralne ili spiralne uzorke (slika 3). Ovi potonji uključuju spirohete, koje su čvrsto smotane i pokretljive pomoću aksijalnih filamenata i sadrže složenu vanjsku ovojnicu.

Slika 1 . Skenirajuća elektronska mikrofotografija Micrococcus luteus. Svaka kokoidna stanica je promjera približno 1 μm. Imajte na umu da postoji tendencija stanica da postoje u malim skupinama. Ovaj organizam je obvezni aerob, odnosno kisik je neophodan za metabolizam i član je gram-pozitivnog odjela. (Elektronska mikrofotografija ljubaznošću Johna Bozzole.)

Slika 2 . Skenirajuća elektronska mikrofotografija Proteus vulgaris. Stanice su duge oko 2,0 do 2,5 μm. Ovaj organizam je pokretljiv zahvaljujući flagelama koje su na ovoj mikrografiji skupljene zajedno. Ova bakterija je član odjela Proteobacteria i čest je uzročnik infekcija mokraćnog sustava kod ljudi. (Elektronski mikrograf ljubaznošću Johna Bozzole, soj ljubaznošću Erica Niederhoffera.)

Slika 3 . Skenirajuća elektronska mikrofotografija Borrelia burgdorferi. Ova bakterija je član odjela Spirochete i uzročnik je lajmske bolesti. To je jedna od relativno rijetkih bakterija za koje se zna da imaju linearni kromosom (vidi tablicu 1). Prikazana ćelija je duga 15 μm. (Elektronska mikrofotografija ljubaznošću Pawela Krasuckija i Cathy Santanello.)

Većina bakterija (i arheja) su male, s promjerom (i duljinom) od oko 1 do 5 μm. Međutim, iako su spirohete tanke, ponekad su dugačke preko 200 μm. Jedna od najvećih bakterija je u obliku štapa Epulopsicum fishelsoni koji ima promjer od 50 μm i duljine preko 500 μm. Stanice bakterije Thiomargarita namibiensis mogu biti promjera do 750 μm, otprilike veličine ispisane točke (točka), te su stoga vidljive golim okom. Ova ogromna veličina rezultat je prisutnosti vrlo velike vakuole koja sadrži nitrate. Mnoge bakterije sadrže vakuole ili granule za skladištenje, ali većina je mnogo manja.

Dok je većina bakterija jednostanična, neke se skupljaju u pravilne uzorke (vidi sliku 1), a druge mogu formirati složene višestanične skupine tijekom svog životnog ciklusa. Ovi potonji uključuju organizme poput Myxococcus xanthus, gdje se specijalizirani tipovi stanica formiraju tijekom složenog životnog ciklusa.


Opišite kako nastaje rezistencija na antibiotike.

Prvo, otpornost na antibiotike bakterija mora steći mutacijom gena. To se može dogoditi zbog, na primjer, prekomjerne upotrebe antibiotika ili neuspjeha da se završi potpuni tečaj antibiotika. Slučajna mutacija u DNK bakterije može dovesti do gena koji pruža otpornost na određeni antibiotik. Ovo je prva faza stjecanja otpornosti na antibiotike.

Sljedeća faza je umnožavanje ovog gena. To se može dogoditi kroz aseksualnu reprodukciju otporne bakterijske stanice ili kroz proces koji se naziva 'konjugacija'. Ovdje jedna bakterija - u ovom slučaju rezistentna stanica - proširuje pilus na drugu bakteriju i prenosi plazmid (kružni slijed DNK) u drugu stanicu replikacijom ove DNK. Receptivna stanica sada također sadrži kopiju gena otpornosti i može je prenijeti na druge bakterijske stanice, aseksualnom reprodukcijom ili konjugacijom. Otpornost na antibiotike se tada može proširiti na populaciju, vrstu i na druge vrste, jer se bakterije često mogu konjugirati izvan svoje vrste.


Kako bakterije postaju otporne na lijekove dok su izložene antibioticima

Katarina Zimmer
23. svibnja 2019

GORE: Neke bakterijske stanice proizvode protein otporan na lijekove (obilježen crvenom bojom). Stanice osjetljive na lijekove preplavljene antibiotikom tetraciklinom vidljive su zelenom bojom.
CHRISTIAN LESTERLIN & SOPHIE NOLIVOS, SVEUČILIŠTE U LYONU

Escherichia coli sposoban je sintetizirati proteine ​​otporne na lijekove čak i u prisutnosti antibiotika dizajniranih da onesposobe rast stanica. To je otkriće grupe francuskih istraživača koji su danas (23. svibnja) izvijestili Znanost. Također su otkrili kako bakterije upravljaju ovim podvigom: dobro očuvana membranska pumpa izbacuje antibiotike iz stanice – tek toliko da se stanicama kupi vrijeme da prime DNK od susjednih stanica koja kodira protein otporan na lijekove.

"Ovo je ključno otkriće", kaže mikrobiolog Manuel Varela sa Sveučilišta Eastern New Mexico koji nije bio uključen u studiju Znanstvenik u e-mailu. “Ovo otkriće pomoći će objasniti kako bakterije uspijevaju širiti otpornost na antimikrobne tvari dok se susreću s toksičnim razinama antibiotika.”

Otkriće je bilo iznenađenje za Christiana Lesterlina, bakterijskog genetičara sa Sveučilišta u Lyonu i starijeg autora studije. On i njegovi kolege u početku su započeli projekt razvoja mikroskopskog sustava u stvarnom vremenu za detaljno promatranje prijenosa plazmida – procesa u kojem bakterijske stanice dijele DNK jedna s drugom. Koristeći pažljivo dizajnirane fluorescentne proteine, mogli su pratiti plazmide koji prenose DNK od stanica donora do mikroba primatelja, kao i rezultirajuće proteine ​​nakon što su prevedeni unutar novih domaćina.

Korištenje E coliUobičajeno dijeljenje gena otpornosti na antibiotike kao studiju slučaja, promatrali su kako bakterije prolaze oko DNK koji kodira protein TetA – pumpu koja čini stanice otpornima na tetraciklin tako što ih izbacuje iz stanice. Ubrzo nakon toga, primijetili su plazmidnu DNA koja stiže u nerezistentne stanice, a nešto kasnije, crvene fluorescentne mrlje koje se pojavljuju na membranama stanica primatelja, što ukazuje da je protein TetA preveden i da su se stanice pokazale otpornima na tetraciklin.

Antibiotik, koji se obično koristi u stočarstvu, ali ponekad i za liječenje ljudi od upale pluća, infekcija dišnog trakta i drugih stanja, obično usporava rast bakterija koje nemaju TetA, ali brojni sojevi bakterija postaju otporni usvajanjem takvih mehanizama. Tetraciklin nije bio prisutan u ovom početnom eksperimentu, pa kako bi vidjeli kako na ovaj proces utječe sam lijek, istraživači su izložili stanice visokim koncentracijama tetraciklina i još jednom ih stavili pod mikroskop.

Kao što se očekivalo, primijetili su plazmidnu DNK koja stiže u nove, nerezistentne stanice. To je bilo očekivano, jer tetraciklin ne ometa taj proces. Umjesto toga, dizajniran je da zaustavi proizvodnju proteina. I iznenađujuće, istraživači su vidjeli da se crvena fluorescencija pojavljuje u nekim novim stanicama primateljima koje prije nisu imale protein TetA: očito su još uvijek bile u stanju sintetizirati proteine, uključujući TetA, unatoč tome što su bili izloženi tetraciklinu. “Proveli smo mnogo, mnogo tjedana samo potvrđujući ovaj rezultat, koji je bio vrlo kontraintuitivan, i bilo nam je teško biti uvjereni da se to zapravo događa”, prisjeća se Lesterlin.

Tim je napravio obrazovanu pretpostavku zašto su stanice sposobne za to: poznato je da mnoge bakterijske membrane sadrže pumpu za istjecanje više lijekova poznatu kao AcrAB-TolC, koja je sposobna izbaciti širok raspon antibiotika iz stanica, a znanstvenici zaključio da izvlači tetraciklin iz stanice prije nego što je mogao zaustaviti sintezu proteina i rast stanica. Kako bi testirali tu ideju, istraživači su izradili nekoliko mutanata s genetskom mutacijom u jednom od gena koji kodira različite proteine ​​koji čine pumpu.

Otkrili su da mutanti, iako su primili plazmid koji nosi genetski kod za TetA iz susjednih stanica, nisu bili sposobni sintetizirati TetA protein. Bez funkcionalne efluksne pumpe, mutanti ne mogu izbaciti tetraciklin iz stanica. Kako su razine antibiotika u stanicama rasle, one više nisu mogle stvarati proteine ​​niti rasti.

Kada je u funkciji, AcrAB-TolC pumpa kupuje vrijeme bakterija održavajući koncentracije antibiotika dovoljno niskim da stanice sintetiziraju proteine ​​otpornosti kodirane u plazmidnoj DNA, tvrde istraživači. U ovom slučaju, omogućuje proizvodnju TetA proteina, koji zatim izbacuje više tetraciklina iz stanice. U konačnici, bakterije mogu postati rezistentne dok su još pod utjecajem antibiotika. Kako Lesterlin kaže, “bolje vijesti za bakterije nego za ljudsko zdravlje”.

"Cumpa za istjecanje više lijekova AcrAB-TolC poznata je na terenu već neko vrijeme", napominje Anushree Chatterjee, kemijska inženjerka i mikrobiologinja sa Sveučilišta Colorado Boulder koja nije bila uključena u studiju. Ali činjenica da pomaže bakterijama da steknu otpornost na lijekove dok su istovremeno izložene antibioticima je vijest, kaže ona. “Uvijek je fascinantno vidjeti kako bugovi mogu učiniti toliko stvari.”

Nalazi su naširoko relevantni, kaže ona – na primjer, zato što je AcrAB-TolC tako široko očuvan među bakterijama, a također i zato što mehanizam nije ograničen na tetraciklin. Lesterlin i njegovi kolege pokazali su da pumpa također omogućuje bakterijama da proizvode proteine ​​otporne na lijekove u prisutnosti drugih antibiotika dizajniranih da uguše ekspresiju gena, kao što su kloramfenikol koji inhibira translaciju i rifampicin koji inhibira transkripciju. Ovaj mehanizam je relevantan za takozvane bakteriostatske antibiotike, koji ne ubijaju, već samo guše rast bakterija, dodaje Lesterlin. Sumnja da će djelovati na bakteriolitičke antibiotike, koji uništavaju bakterije prije nego što postanu otporne.

I Chatterjee i Varela smatraju da je nova studija temeljita, a njeni nalazi robusni, a Varela je posebno impresioniran tehnikom koju je tim razvio za vizualizaciju prijenosa plazmidne DNA između stanica dok istovremeno promatra sintezu proteina TetA.

"Autori su [također] bacili svjetlo na identificiranje ključnih bakterijskih strojeva koji bi mogli poslužiti kao nove mete za razvoj novih antibakterijskih sredstava", dodaje Varela u e-poruci. Na primjer, moglo bi se proizvesti antibiotike ciljajući AcrAB-TolC pumpu – pristup na kojem neki laboratoriji već rade. Alternativno, netko bi mogao ciljati gene koji reguliraju njegovu proizvodnju - kut koji se dopada Chatterjeeju. Tradicionalni pristupi dizajniranju antibiotika uvelike su se oslanjali na male molekule koje ciljaju na specifične proteine, od kojih su mnoge bakterije viđale dugi niz godina i u konačnici biraju za više mehanizama otpornosti.

"Moramo pogledati netradicionalne puteve", kaže Chatterjee. “Koji su regulatorni mehanizmi koji stanicama omogućuju snalaženje u ovim stresnim situacijama? Mislim da se čini da je ciljanje na te procese put prema izgradnji pametnijih terapija koje, nadamo se, mogu osujetiti otpor od samog početka.”


Nova tehnika omogućuje identifikaciju potencijalnih lijekova za borbu protiv rezistentnih bakterija

Istraživači sa Sveučilišta Miami u Ohiju optimizirali su novu tehniku ​​koja će omogućiti znanstvenicima da procijene kako potencijalni inhibitori djeluju na bakterije otporne na antibiotike. Ova tehnika, nazvana nativno stanje masena spektrometrija, omogućuje znanstvenicima brz način da identificiraju najbolje kandidate za učinkovite kliničke lijekove, osobito u slučajevima kada se bakterije više ne mogu liječiti samo antibioticima. Ovo će istraživanje biti predstavljeno na internetskoj konferenciji American Society for Microbiology World Microbe Forum 21. lipnja 2021.

Prekomjerna uporaba antibiotika u prošlom stoljeću dovela je do porasta otpornosti bakterija, što je dovelo do mnogih bakterijskih infekcija koje se više ne mogu liječiti trenutnim antibioticima. U Sjedinjenim Državama svake godine 2,8 milijuna ljudi dobije dijagnozu bakterijske infekcije koja je otporna na jedan ili više antibiotika, a 35.000 ljudi umre od rezistentne infekcije prema Centrima za kontrolu i prevenciju bolesti.

"Jedna metoda borbe protiv rezistencije na antibiotike je korištenje kombinirane terapije lijekom/inhibitorom", rekla je Caitlyn Thomas, dr. sc. kandidat kemije, predstavljanje autora na studiju. Primjer ove vrste terapije je Augmentin, antibiotik na recept koji se koristi za liječenje bakterijskih infekcija dišnog trakta, a koji se sastoji od antibiotika amoksicilina i inhibitora klavulanske kiseline. Klavulanska kiselina inaktivira ključni protein koji bakterija koristi da postane otporna na amoksicilin. Kada je bakterijski protein inaktiviran, antibiotik - amoksicilin - ostaje da ubije bakterije, čime se liječi infekcija.

Prije nego što se bilo koji novi inhibitor može koristiti u klinici, znanstvenici moraju imati potpuno razumijevanje kako inhibitor djeluje. U trenutnoj studiji Thomas i njezin tim proučavali su bakterijski protein nazvan metalo-beta-laktamaza, koji mnoge kliničke sojeve bakterija čini otpornima na sve antibiotike slične penicilinu. Antibiotici slični penicilinu čine preko 60% cjelokupnog arsenala antibiotika koji je dostupan za liječenje bakterijskih infekcija.

Dok mnogi istraživački laboratoriji diljem svijeta pokušavaju stvoriti nove inhibitore koji inaktiviraju metalo-beta-laktamaze, Thomas i suradnici umjesto toga analiziraju kako ti novi inhibitori djeluju. "Budući da metalo-beta-laktamaze sadrže dva metalna iona, u mogućnosti smo koristiti različite spektroskopske tehnike za njihovo proučavanje", rekao je Thomas. "Ovi eksperimenti nam daju bolji uvid u to kako se inhibitor ponaša i može li potencijalno biti kandidat za kliničku upotrebu u budućnosti."

U literaturi je prijavljeno stotine potencijalnih inhibitora, a podneseno je i nekoliko patenata koji se bave inhibitorima metalo-beta-laktamaze. Neki od prijavljenih inhibitora djeluju tako što uklanjaju potrebnu komponentu metalo-beta-laktamaze. Ti isti inhibitori mogu ukloniti tu istu potrebnu komponentu drugih proteina kod ljudi, uzrokujući ozbiljne nuspojave. Ostali inhibitori vežu se izravno na metalo-beta-laktamazu i inaktiviraju proteinske inhibitore ovog tipa optimalni su za svaki novi inhibitor koji bi se mogao koristiti u klinici.


4.2 Kako bakterije mogu postati otporne na antibiotike?

Antibiotici djeluju ili mijenjajući bakterijsku ovojnicu ili ometajući važne fiziološke procese unutar bakterija, kao i njihov rast.

Bakterije mogu biti “neosjetljive” ili intrinzično otporne na antibiotik jer nemaju mjesta koja bi molekula mogla napasti, jer omotnica ne propušta antibiotik unutra, jer neke efluks pumpe izbacuju antibiotik ili zato što bakterije proizvode enzime koji ga uništavaju. .

Sve veća i stalna zabrinutost su bakterijski sojevi koji postaju otporni mutacijom, promjenom ekspresije gena ili prijenosom gena otpornosti s drugih bakterija. Prijenos gena može se odvijati na različite načine, ali obično uključuje gene koji se mogu kretati između različitih dijelova genoma. Neki od ovih stečenih gena omogućuju bakteriji da uništi antibiotik ili da ga izbaci, a drugi mijenjaju dijelove bakterije koje antibiotici napadaju. Postoje tri moguća mehanizma:

    mogu učiniti njihovu membranu manje propusnom za antibiotik ili "ispumpati" bilo koji antibiotik iz stanice prije nego što počne djelovati stvaranjem efluksne pumpe.
  1. Bakterije mogu napasti antibiotik (promijeniti strukturu) i učiniti ga neučinkovitim proizvodeći enzime za detoksikaciju.
  2. Bakterije mogu zaštititi ili modificirati dijelove svoje strukture koje antibiotici napadaju (ciljna mutacija) ili mogu proizvesti mamce koje antibiotici napadaju umjesto pravih ciljnih mjesta.

“Bakterije rezistentne na više lijekova” koje istovremeno postaju rezistentne na različite klase antibiotika uzrok su ozbiljne zabrinutosti u bolnicama, gdje se često nalaze. Oni uglavnom djeluju tako da ispumpaju sve spojeve štetne za njih, tako da njihova koncentracija unutar bakterija postaje bezopasna uz ostale mehanizme otpornosti uključujući ciljane mutacije ili enzime za detoksikaciju.

Jednom kada se pojave otporne bakterije, korištenje antibiotika može pomoći rezistentnim sojevima da napreduju tako što ubijaju druge sojeve tako da bakterije s genima otpornosti mogu rasti i razmnožavati se bez konkurencije drugih sojeva. Ove bakterije također mogu prenijeti svoje gene otpornosti na druge bakterije slične ili različite vrste. Više.


Otpornost na insekte u biljkama | Genetika

U ovom ćemo članku raspravljati o otpornosti biljaka na insekte.

Suzbijanje insekata ozbiljan je i najveći izazov za poljoprivredne kulture. Globalni sce­nario štete na usjevima koju nanose kukci je stvar ozbiljne zabrinutosti. Moderna poljoprivreda nudi nova rješenja za stare probleme. Unatoč korištenju širokog spektra insekticida, čini se da je opseg štete dalekosežan.

Borba protiv štetočina i kemijska kontrola insekata doseže više od 12 milijardi dolara godišnje, a ukupni gubitak iznosi 25-30% ukupne proizvodnje. Osim toga, insekti infestans otporni na štetnike mogu predstavljati moguću devastaciju usjeva. Osim toga, ekološki problemi povezani su i s neselektivnom uporabom insekticida i shiticida.

U ovoj pretjeranoj vježbi neke značajne iznimke su korisnost bioloških metoda kontrole insekata, tj. toksina insekata koje proizvodi Bacillus thuringiensis. Iako se uporaba B. thuringiensis u suzbijanju insekata čini novim pristupom, u stvarnosti je to prastara praksa jer se oni koriste više od 40 godina kao biološki insekticidi.

Ge­netic inženjering za otpornost insekata nudi atraktivan pristup i može zamijeniti sve konvencionalne metode kontrole. Osim Bt kristalnih proteina, nekoliko drugih biotehnoloških pristupa kao što su inhibitori proteaze, inhibitori α-amilaze, kitinaze i kolesterol oksidaze dali su razuman uspjeh u strategiji kontrole insekata transgenim usjevima.

Objavljeno je nekoliko komercijalno modificiranih usjeva otpornih na insekte, a to su transgeni kukuruz, pamuk krumpir koji izražava Bt toksine. U Sjevernoj Americi ovi usjevi već rastu na ogromnom području, a mnoge više transgenih biljaka su u pripremi za puštanje u druge zemlje.

Bacillus Thuringiensis - oružje za kontrolu insekata:

Bacillus thuringiensis je gram-pozitivna bakterija koja stvara spore i postoji na mnogim mjestima kao što su tlo, površina biljaka, prašina i skladištenje zrna. Koriste se kao bioinsekticidi četiri desetljeća. Bakterije su prvi put otkrivene 1901. iz oboljelih ličinki svilene bube. Dr. Berliner izolirao je ove bakterije ubojice iz oboljelih ličinki moljca. Pokazuju specifičnu toksičnost za ličinke mediteranskog brašnastog moljca (Ephestia kuhnella), a ne za ličinke brašnaste gliste.

Bacillus vrste po prisutnosti B, thuringiensis mogu se razlikovati od srodnih parasporalnih crys­tals koji nastaju tijekom sporulacije. Nediskriminatorna uporaba i zabrinutost za okoliš kemijskog pesticida pokrenula je komercijalizaciju prvog Bt soja 1960. godine.

Thuricide, trgovački naziv za Bt, označen je za kontrolu insekata lepidopterona. Kasnije je nekoliko drugih sojeva potpuno zamijenjeno turicidom i prskano izravno na biljke kako bi se dokazalo njihovo insekticidno djelovanje.

Do 1977. vjerovalo se da Bt može djelovati samo protiv lepidoptera. Ovo gledište je preorijentirano kada je Goldberg izolirao soj Bacillus thuringiensis Israelensis iz ribnjaka u kojem se komarci intenzivno razmnožavaju. Daljnja istraživanja otkrila su njegovu potencijalnu ulogu insekticida za druge insekte poput lisnjaka brijesta i ličinki koloradske zlatice. U odeseji Bt izolirano je i uspješno okarakterizirano nekoliko stotina sojeva.

Različiti sojevi B. thuriengensis razlikuju se po načinu insekticidnog djelovanja. Većina Bt je aktivna protiv lepidoptera, a uočeni su i neki sojevi specifični za Diptora i coleoptera. Bt kristalni protein je protein ubojica.

Prskanje Bt po biljkama dovodi do brze razgradnje kristalnog proteina UV svjetlom i labavljenja njihove aktivnosti. Ovi problemi se učinkovito i sramežljivo rješavaju proizvodnjom transgenih biljaka koje kontinuirano izražavaju kristalno toksični protein i zaštićene od razgradnje.

Bacillus thuringiensis tvori insekticidne proteine ​​koji su kristalne prirode tijekom sporulacije. Ukupna suha težina kristalnog proteina zauzima čak 30% suhe mase spora. Kristalni protein se sastoji od jednog ili više protoksina, a njihova je masa dostigla i do 160 000 daltona. Cijepanje protoksina proteolizom rezultira peptidima od 55.000 do 70.000 koji su specifično toksini za kukce lepidoptera i dvokrilaca.

Bacillus thuringiensis parasporalni crys­tal sastoji se od jednog ili više 8-endotoksina ili kristalnog (cry) proteina od 130 kDa. δ-endotoksini se otapaju u alkalnim uvjetima ili u srednjem crijevu insekata i oslobađaju proteine ​​molekularne mase 65 000 – 160 000 kako bi postali aktivni oblici endotoksina, koji se zatim obrađuju proteazama kako bi se dobile manje fragmente toksina vezivanjem na epitelne stanice. te uzrokuje osmolitičku lizu stvaranjem pora u staničnoj membrani.

Kristalni protein Bt je od jednog polipeptida od 130 kD od čega je toksinski peptid upola manje veličine. Geni koji kodiraju kristalne proteine ​​nalaze se u plazmidu, a ne u kromosomu bakterija, na primjer, u HD-1 soju, postoje dva plazmida u bakterijama koje sadrže gen insekticidnog toksina. Toksini B. thuringiensis vrlo su specifični na način da nisu toksični za druge organe. Imajući ova jedinstvena svojstva, mogu se koristiti kao sigurni insekticidi i učinkovita alternativa kemijskim insekticidima.

Insekticidni kristali se sastoje od velikih proteina koji su u osnovi neaktivni kada kukac proguta neke od kristalnih proteina insekticida. Alkalno okruženje srednjeg crijeva insekata (pH 7,5 do 8,0) uzrokuje otapanje kristala i oslobađanje njihovog sastavnog protoksin.

U ovoj fazi, kristalni protein je neaktivan, ali prisutnost specifične proteaze unutar crijevne regije insekata obrezana je na N-terminalni 65-70 kDa skraćeni oblik i pretvara neaktivni protein u aktivni protein odmah (slika 20.6).

Obrađeni aktivni protein se zatim veže na specifični receptor na graničnoj membrani stanica koje oblažu srednje crijevo i sam kukac ulazi u stanične membrane. Kada se oko osam njih skupi zajedno, to tvori pore ili kanal kroz membranu, rezultirajući proces je curenje staničnog sadržaja koji kontinuirano uzrokuje smrt stanica i na kraju ih ubija koloidna ili osmotska liza. Ovi sustavi su neophodni za apsorpciju hranjivih tvari. Nakon što dođe do oštećenja, insekti se odmah prestaju hraniti i konačno umiru od gladi, vjerojatno u roku od 24 sata.

Točan položaj Bt gena u plazmidu ili kromosomskoj DNK je neophodan prije izolacije. Konformacija gena toksina može se postići konjugacijom Bt soja s drugim sojem bez insekticidnog djelovanja. Nakon Bt sojeva slijedi odvajanje plazmidne i kromosomske frakcije DNA odvajanjem plazmidne i kromosomske DNA.

Ako je gen toksina en­coded u plazmidu, tada se podvrgava centrifugiranju gustoće saharoze i slijedi frakcioniranje za plazmidnu DNA. Medij i veći plazmid se tretiraju endonukleazama i ciljaju u plazmid pBR322. Klonirane banke su transformirane u E coli. i pregledan imunološkom metodom.

Klasifikacija kristalnog proteina:

Velik broj Bt insekticidnog σ endotoksinskog proteinskog gena e također je kloniran i sekvencioniran. Do danas je identificirano više od 130 gena. Bt insekticidni proteini poznati su kao cry geni, temeljeni na sekvenci aminokiselina u njihovom proteinu.

Protein kodiran genima cry I otrovan je samo za gusjenicu. Cry I geni kodirani proteini su toksični za lepidopterane ili dvokrilce (muhe komaraca), dok su proteini cry IV aktivni samo protiv dvokrilaca. Međutim, gen cry III proizvodi proteine ​​koji se mogu upotrijebiti protiv buba, tj. ličinki coleoptera (tablica 20.2).

Različite skupine cry su dalje podijeljene na podobitelji, na primjer, cry I grupa je podijeljena na cry IA, lb, Ic i slično je pet podfamilija napravljeno za cry IA.

Prva generacija transgenih (Bt) biljaka:

U nekim od najranijih eksperimenata, i geni pune duljine i skraćeni geni cry uspješno su uvedeni u modelne biljke kao što su duhan i krumpir dizajniranjem biljnog ekspresijskog vektora kao što je modificirani Agrobacterium tumeifaciens, koji sadrži konstitutivni promotor, gene pune duljine, skraćene gene i prekinute signal, provide some good protection against insect challenge.

Later investigation has clearly revealed that expression of unmodified cryA genes was too low to provide complete protection. In the Bt odessey, modification of toxin was enforced to enhance resistance against insect. The cloning of the Bt 2 gene from B-thuringenesis and characterization of the polypeptide expressed in bacterial E. coli system was analysed.

The characterized Bt is 1,155 amino acid long and is a potent toxin to several lepidoptera larvae such as tobacco pest (Maduca sexta), tomato pest (Heliothis vivescence and Helicoverpa). Bt2 is a protoxin generate smallest fragment that is still possess full toxic mapped in the NH2-terminal half of the protein between amino acid position 29 and 607. Insecticidal activity in transgenic plants was evidenced by feeding leaves of transgenic plants on M. sexta larvae and confirms 75-100% mortality of the larvae.

Several group of researcher continued their work and conducted field trials with transgenic plants expressing Bt proteins. The outcome of their study was found to be display of two impor­tant factors. One is, they demonstrated that Bt gene could be systematically expressed in transgenic plants. Another is expression level of Bt toxin protein. They showed that level of insecticidal protein in transgenic plants with exceptional of few was relatively low, generally not sufficient to provide protection to the plant against insect challenge.

Engineering of Bt Cry Genes:

The enigma of low Bt gene expression become the target for many research groups in­volved in insect control and greater attention was given to the engineering of Bt gene to accel­erate its expression, so that complete protection can be accomplished. Bacillus thuringiensis cry genes are typically bacterial genes. Their DNA sequence has high A/T content than plant genes in which G/C ratio, higher than A/T.

The overall value of A/T for bacterial genes is 60-70% and plant genes with 40-50%. As a consequence, GC ratio in cry genes codon usage is significantly insufficient to express at optimal level. Moreover, the A/T rich region may also contain transcriptional termination sites (AATAAA polyadenylation), mRNA instability motif (ATTTA) and cryptic mRNA splicing sites.

These regions might be recognised by the plant transcriptional system as destabilising sequence or as introns. Some critical assessment was made in the gene modification of cry genes like crylAb, and crylAc genes in transgenic tobacco, tomato and cotton. Partial modification in cry IAb involves the removal of seven out of 18 polyadenylation sites and seven out of 13 ATTTA sequences.

As a consequence, there was considerable increase in protection of plants and ten-fold increase in Bt protein concentration when compared with unmodified genes. Further increase in Bt protein production (upto 0.2 to 0.3% of total soluble protein) to 100-fold level have been contrived by removing remaining poly-adenylation sites and ATTA sequence and changes to a total of 356 of the 615 codons.

Apart from modification of Bt gene by removal of some sequence, resynthesis of the genes contain higher G/C content, solved one of the major problems of low expression. This allowed the codon usage to be accorded for particular crop. The synthetic modified gene is exactly pro­portion as native gene.

The track record of this Bt gene expression showed substantial increase in the expression of cry 3A gene in transgenic potatoes and it was achieved by increasing its overall G/C content from 36% to 49%, which result in the fine protection against Colorado potato beetle larvae. The performance of transgenic cotton expressing 100-fold increase in cry 1Ab or cry 1AC were confirmed by effective control of cotton pests such as cotton boll worm in 1990.

This high level expression was achieved by using strong 35S promoter with duplicated enhanc­ers and sequence modification in certain regions of the gene with predicted mRNA secondary structure. Innacone (1997) reported sequence modification of cry 3B endotoxin gene re­sulted in high level of expression. When cry 3B native gene was transferred into egg-plant (Solanum melongena) low expression of toxin protein and no resistance were recorded.

The Bt 43 belonging to the cry 3 class was partially modified by its nucleotide sequence by replacing four target regions using reconstructed synthetic fragments. The coding sequence of Bt 43 wt (wild type) was partially redesigned and nine DNA fragments were identified as target for substitution (modification).

Synthetic Bt genes were designed in such a way that in their modified region, researchers deliberately avoids the sequences such as ATTA sequence, polyadenylation sequence and splicing sites, which might destabilize the messenger RNA. In addition, codon usage from AT to high GC ratio was improved for better expression.

The modi­fied gene resulted in four versions (BtE, BtF, BtH and Btl). In the modified version of Btl gene, overall G + C ratio was increased from 34% of the wild type gene to 45% (Fig. 20.7). Transgenic plants obtained with modified versions. BtH and Btl, were completely resistant to Leptinotorsa decemli.

Dotted boxes are indicated by the replacement of nucleotide sequence.

A modified synthetic cry IA (b) gene was transferred to cabbage cultivar and their ex­pression resulted in significant insecticidal activity of transgenic cabbage plant against the larvae of diamond moth. These results also reveal that synthetic gene based on monocot codon usage can be expressed in dicotyledons plants for insect challenge.

Efficient expression of modified Bt gene under the control of strong CamV 35S is well documented. In addition, other promoters such as wound inducible promoters, chemically in­ducible promoters and tissue specific promoters have also been used. In certain cases, Bt pro­tein has been made to express in the chloroplast of tobacco by rubisco small subunit promoter fused to plastic signal peptide.

Surprisingly chloroplast transformation can be performed for better expression of even unmodified Bt protein. This shows that transcriptional and translational machinery of plastids are similar to chloroplast. Therefore, modification of crylAc se­quence in many cases was found to be unnecessary.

Apart from dicotyledons, several members of monocotyledons were transformed with Bt crystal protein. Transformation of maize with truncated cry 1A6 gene by complete replacement of codons with maize codons resulted in increased percentage of GC content of the gene (37% to 65%). As a consequence, transgenic maize provided excellent protection against European corn borer.

Another case study, among monocot is the expression of synthetic Cry IA (b) gene in Indica rice. Transgenic rice plants displayed high level expression in their leaves and result in high effective control of pest of rice in Asia. The yellow stem borer (YSB) and the striped stem borer (SSB) and feeding inhibition of two leaf folder species.

Second Generation of Insect Resistant Transgenic Plants:

First generation of transgenic insecticidal plants consist of δ-endotoxins are currently using in large scale in agriculture. Although Bt toxin is a remarkable protein by providing protection to the several economically important plants from insects challenge.

Their overall performance was found to be not efficient against some economically-important insect’s pest such as northern and western corn-root worms and also boll weevil. As a consequence, alterna­tive strategies have been evolved to characterize novel insecticidal proteins.

The best way is to screen bacterial production of insecticidal proteins in physiological stages of bacterial growth other than looking for protein and sporulation stage, where production of Bt protein occur normally. In addition, screening is done for new sources of insecticidal protein even in plant sample, particularly in tropical plants. Following are some of the non-Bt insecticidal proteins providing protection against several pests.

VIP’s Toxin Protein (vegetative insecticidal protein):

While searching for novel insecticides effectives alternative to Bt insecticide protein was discovered that certains Bacillus species produces novel insecticidal protein during vegetative stages (lag phase) of growth in culture. Their presence was confirmed in supernatant obtained from bacillus clarified culture.

Supernatant fluids of Bacillus cereus when tested, exhibit po­tent insecticidal activity against corn root worms. The insecticidal protein was identified as VIP1 and VIP2. In addition, VIP3A a new class of insecticidal protein shows no sequence homology to known Bt cry proteins and specifically binds to non-Bt receptors into insect midgut.

Currently, VIP3 is under review for its efficacy in reducing the rate of insect resistance development. These three vip proteins exhibits number of positively charged residues followed by a hydrophobic core region. The efficacy of vip proteins as insecti­cide potency shows that they exhibit acute bioactivity against susceptible insect (ng/ml of diet).

Bt toxin protein shows bioactivity with the same concentration of vip proteins. The better insec­ticidal activity is associated with VIP 2A protein in particular as it display insecticidal activity against wide spectrum of lepidopteran insects such as beet army worm, cut worm and a army worm. In the susceptible insects protein vip 3A causes gut paralysis after specifically binds to gut epithelium followed by complete lysis of these cells.

Proteinase Inhibitors:

These are the inhibitor proteins reduces feeding efficiency of insects by inactivating their digestive enzyme. Thereby deprived insects from having nutrition. Transgenic plants express­ing proteinase inhibitors act on insects as growth retardant, when feeds on the plant. Several plants, particularly pulses contains substantial amount of inhibitor proteins.

Once these pro­teins enters insects digestive system, paralyse protein digestive enzymes. The gene for these proteins in plants have been characterised and exploited in transgenic technology for the production of insect resistant plants. One classic example is the cloning of well characterized trypsin inhibitor gene. Transfer of this gene into plants provides considerable protection against sev­eral insects.

The enzyme chitinase have been explored as insecticide protein. Transgenic plants ex­pressing chitinases in tobacco provides protection against tobacco bud worm after insects starts feeding the tissues. Chitinase enzyme target chitin structure known as peritrophic membrane present in the insects midgut lumen. For effective control, large amount of chitinase has to be produced in the plant as peritrophic membrane tends to regenerate continuously in the insects.

These are haeme agglutinin proteins present in many plants which are used to control insects due to its effective insecticidal property. Once it was thought, lectins could be an alter­native to Bt 6 endotoxin. The ability of lectin to bind glycosylated proteins on insect midgut is well characterized. Its insecticidal activity however, confirms only when insects are exposed to high level in the diet.

There have been many reports of transgenic plants expressing lectin Coding genes. But their performance as insecticidal protein was found to be unsatisfactory due to their minimal level of expression. However, there have been a number of reports on transgenic maize expressing wheat germ lutin, jacaline or rice lectin when tested for European corn borer demonstrated minimum level of larvae growth.

This protein belonging to the member of large family of acysterol oxidase, where boll weevil larvae fed by a diet containing cholesterol oxidase (CO) showed structural alteration in the midgut epithelial cells. After exposure to ‘CO’-exhibited cellular attenuation accompanied by local cytolysis. These cytological symptoms suggesting that ‘CO’ alters the cholesterol incorpo­rated into the membrane.

Cholesterol is indispensable for the structural integrity and normal functions of all cell membrane. A cholesterol oxidase catalyses oxidation of cholesterol to pro­duce ketosteroids and hydrogen peroxide. Therefore, any interference in the incorporation of cholesterol into the membrane may Jeopardise the integrity of cell membrane and eventually cell lysis and death.

Transgenic plants expressing active cholesterol oxidase has been demon­strated in tobacco protoplast transformed with native cholesterol oxidase gene. Once insect’s starts feeding on transgenic plants, their midgut epithelium seems to be primary target to CO and consequently leads to death of insects.

The expression of the toxin A (TcdA) from photorabdus luminiscence in transgenic plant represents an important step in searching for new novel genes for insect challenge. This was happened to be the classic example of exploiting symbiotic bacteria involved in biocontrol of insects in nature.

Photorabdus luminiscence is a bacteria lives symbiotically within the nematode Heterorhabditis. This nematode is parasite to insects and is highly pathogenic to large number of insects. The pathogenecity of insects is mainly due to the presence of symbi­otic bacteria photorabdus luminiscence.

When numatode invades an insect and regurgitates the bacteria that then produce toxin A that kills the insects. Bacterial derived toxin A has excellent activity against atleast one lepidopteron pest (Manduca sexta) comparable to those of Bt insecticidal activity. It also exhibited some activity against southern corn root worm an important pest of corn.

There has been report on the expression of tcdA gene, encodes 283 kDa protein, toxin A in Arabidopsis thaliana. The tcdA, gene consists of 7, 548 bp encode toxin A is one of the largest transcripts ever produced in a transgenic plant.

Expression level was found to be increased using high-dose strategy in which addition of 5′ and 3′ untranslated region (UTR) of tobacco osmotin gene increased toxin A production 10 fold. This studies could help to reduce the rate of resistance development and consequently in pest-resistance management.


Drug-Resistant Bacteria Found in 4-Million-Year-Old Cave

Microbes from pristine areas can battle modern medicine, study says.

Deep in the bowels of a pristine New Mexico cave, microbiologists have discovered nearly a hundred types of bacteria that can fight off modern antibiotic drugs.

The bacteria coat the walls of the Lechuguilla cave system on rock faces some 1,600 feet (487 meters) below Earth's surface. Until recently, the microscopic life-forms had encountered neither humans nor modern antibiotics.

That's because a thick dome of rock isolated the cave between four and seven million years ago. Any water that trickles through takes roughly ten thousand years to reach the cave's depths—which means the subterranean life has existed entirely in the absence of modern medicine.

While not infectious to humans, the cave bacteria can resist multiple classes of antibiotics, including new synthetic drugs. The discovery serves as an intriguing lead in the quest to understand how drug-resistant diseases emerge.

"Clinical microbiologists have been perplexed for the longest time. When you bring a new antibiotic into the hospital, resistance inevitably appears shortly thereafter, within months to years," said study leader Gerry Wright, a chemical biologist at McMaster University in Ontario.

"It's still a big question: Where is this coming from?" Wright said. "Almost no one thought to look at other bacteria, the ones that don't necessarily cause disease."

Lechuguilla is one of the deepest and most extensive cave systems in New Mexico's Carlsbad Caverns National Park. With at least 130 miles (209 kilometers) of mapped passages, Lechuguilla is also the planet's seventh longest known cave.

In 1984 cavers began digging through rubble in an old mining pit and found an entrance to the cave, which they had suspected might be there. The cavers broke through in 1986 to unveil one of the last environments on Earth untouched by human activity.

The U.S. National Park Service strictly limits entry to the cave, but since 2008 the agency has allowed geomicrobiologist Hazel Barton of Northern Kentucky University and her team into the cavern to sample its microbial life.

"Hazel sampled sites clearly not touched by humans before. Because it's so pristine, you can see where people—all of the people—have walked," Wright said. "It's a serious stretch of the imagination to think any of the sites sampled have seen significant impact by anything from the surface."

Barton scraped off and bagged samples of biofilms—thick mats of bacteria—growing on the cave walls and delivered them to Wright's laboratory, where his team spent three years probing the samples for any signs of antibiotic resistance.

Disease-causing bacteria have grown increasingly resistant to many of the dozens of classes of antibiotics used to fight them. Such strains, often called superbugs, can immobilize, chew up, or block natural and synthetic antibiotic compounds.

Superbugs almost always appear in hospitals and on animal farms, where antibiotic use is prevalent. In these environments, intense evolutionary pressure pushes microbes to quickly develop resistance to multiple drugs.

But how this happens is a frustrating problem, Wright said, considering that studies suggest the preponderance of antibiotic-fighting genes should have taken thousands or millions of years to emerge.

The answer may lie in the fact that bacteria regularly exchange, receive, or steal genes from other bacteria in their environments. Many microbiologists therefore suspect that nonpathogenic bacteria are acting as a vast pool of ancient resistance genes waiting to be transferred to pathogenic bacteria.

"It's kind of a thesis at this point: These benign environmental organisms are the root of resistance," Wright said.

"There are so many of them with so many resistance genes that could move horizontally through populations," either via sexual reproduction, transfer through viruses, or absorption of genetic scraps.

Diversity of Drug-Flighting Genes

The cave finding builds on Wright's previous work, in which he found bacteria with resistance genes in primordial soils untouched by humans, normal soils, and permafrost, noted microbiologist Julian Davies of the University of British Columbia, who wasn't involved in the study.

Those findings intrigued skeptics, but Wright wanted firmer evidence that antibiotic resistance genes are ancient and not a new microbiological fad.

"Now he's found them in these pristine caves," Davies said.

Wright's team managed to grow 500 different kinds of bacteria from the Lechuguilla caves, but only 93 grew in a medium that allows testing for resistance to 26 different antimicrobial agents.

Of those 93, about 70 percent resisted three to four classes of antibiotics. Three of these strains are distant relatives of the bacterium that creates anthrax spores—they fought off 14 of the 26 antibiotics.

"I honestly didn't expect to see the sheer diversity of genes fighting all of these different antimicrobial compounds," study leader Wright said.

Which Came First: Antibiotics, or Resistance?

Davies noted that Wright's team removed bacterial strains from a foreign environment, grew them in laboratory conditions, and then showed genes that can fight antibiotics—so the result may be a fortuitous byproduct of genes never designed to battle antibiotics.

"This tells us antibiotic resistance genes are very old, but what it doesn't tell us is how they find their way into the hospital," Davies said.

Stuart Levy, a physician and microbiologist at Tufts Medical School, said Wright's study should help researchers better understand the origins of antibiotic resistance, but he also agreed with Davies' points.

"Is resistance providing additional protection to organisms down there in the cave? Maybe it's something that looks like antibiotic resistance but really isn't," said Levy, who wasn't involved in the work.

"It's an issue of which came first, the chicken or the egg? Did microbes generate the antibiotics down there, then resistance developed, or is it the other way around?" The cave bacteria, the thinking goes, may generate natural antibiotics during "chemical warfare" with their microbial competition.

Until researchers can further probe the new microbe strains' genetics—and find any natural antibiotics lingering in the cave—the work should put clinicians on alert, study leader Wright said.

"Imagine I'm a pharmaceutical company about to invest a billion dollars researching a single antibiotic," Wright said. "This tells us I should check first to see if there are trivial ways pathogens might become resistant by looking at microbes outside of the hospital."


Scientists provide new insight on how bacteria share drug resistance genes

Researchers have been able to identify and track the exchange of genes among bacteria that allow them to become resistant to drugs, according to a new study published today in eLife.

The findings add to our understanding of how this exchange of genetic material, also known as horizontal gene transfer, happens in bacteria that cause infections in hospitals. They also highlight that while this transfer is likely to happen frequently, it is a complex process and challenging to study with current methods.

The horizontal gene transfer of mobile genetic elements allows otherwise harmless bacteria to hand off genes that provide resistance to antibiotics, turning them into drug-resistant 'superbugs'. This has led to significant problems in hospitals especially, where bacteria have harnessed the power of horizontal gene transfer to become resistant to both antibiotics and disinfectants, allowing them to cause severe infections in patients.

"The question of how to stop bacteria from exchanging drug resistance genes has challenged infectious disease researchers for decades," says first author Daniel Evans, Research Specialist in the Division of Infectious Diseases, University of Pittsburgh School of Medicine, Pittsburgh, US. "To tackle this challenge, we need to know where and how these genes are being shared in hospitals."

To investigate this, Evans and his team screened the genomes of more than 2,000 clinical bacterial isolates gathered from a single hospital over 18 months. The isolates were collected through the Enhanced Detection System for Hospital-Acquired Transmission project at the University of Pittsburgh.

Once the team had identified possible mobile genetic elements in the bacteria, they searched through the patient care data associated with the bacteria that had elements of interest to see whether horizontal transfer might have happened at the hospital.

Their results determined that many of the mobile elements found in the study were likely being shared among hospital bacteria. In one case, the team identified a plasmid—a circular piece of DNA found in bacterial cells—that encoded multidrug resistance and appeared to have been horizontally transferred between bacteria infecting two separate patients.

"Our work shows how bacterial whole-genome sequence data, which is increasingly being generated in clinical settings, gives us the opportunity to study horizontal gene transfer between drug-resistant bacteria in hospitals," concludes senior author Daria Van Tyne, Assistant Professor of Medicine in the Division of Infectious Diseases, University of Pittsburgh School of Medicine. "We hope these findings, along with future studies, will be useful for designing new strategies to prevent and control multidrug-resistant bacterial infections in patients."


Phage Therapy: A Renewed Approach to Combat Antibiotic-Resistant Bacteria

Phage therapy, long overshadowed by chemical antibiotics, is garnering renewed interest in Western medicine. This stems from the rise in frequency of multi-drug-resistant bacterial infections in humans. There also have been recent case reports of phage therapy demonstrating clinical utility in resolving these otherwise intractable infections. Nevertheless, bacteria can readily evolve phage resistance too, making it crucial for modern phage therapy to develop strategies to capitalize on this inevitability. Here, we review the history of phage therapy research. We compare and contrast phage therapy and chemical antibiotics, highlighting their potential synergies when used in combination. We also examine the use of animal models, case studies, and results from clinical trials. Throughout, we explore how the modern scientific community works to improve the reliability and success of phage therapy in the clinic and discuss how to properly evaluate the potential for phage therapy to combat antibiotic-resistant bacteria.


Gledaj video: जवण कय ह? What is bacteria in hindi. bacteria ke prakar jivanu kya hote hain? (Lipanj 2022).


Komentari:

  1. Ka'im

    Rečeno u povjerenju, moje je mišljenje tada vidljivo. Savjetujem vam da pokušate pretražiti google.com

  2. Saunderson

    Are personal messages going to everyone today?

  3. Kealan

    I beg your pardon that intervened ... At me a similar situation. We can examine.

  4. Akicage

    U ovom sam pitanju. Spreman za pomoć.

  5. Nibar

    Čestitam, vaše razmišljanje je jako dobro

  6. Samuro

    Po mom mišljenju, niste u pravu. Siguran sam. Predlažem da se o tome raspravlja.



Napišite poruku