Ученые Техниона и Гарварда продемонстрировали эволюцию бактерий в гигантском масштабе
18.09.2016 16:42Устройство, названное Ареной Микробной Эволюции и Роста (MEGA), представляет собой новую платформу для изучения эволюции и поведения бактерий.
Ученые медицинской школы Гарварда и Техниона - израильского института технологии - разработали простой метод для крупномасштабной визуализации движения бактерий по мере того, как они развивают у себя иммунитет к лекарствам.
С этой целью исследователи изготовили гигантскую "чашку Петри" размером 60 на 120 см и наполнили ее 14 литрами агара, желеобразной субстанции из морских водорослей, которая традиционно используется для выращивания бактерий в лабораторных условиях.
Для того, чтобы пронаблюдать, как бактерия Escherichia coli приспосабливается ко все более высоким дозам антибиотика, исследователи разделили чашу Петри на секции, в которых были разведены все более высокие дозы антибиотика. У самых краев чаши антибиотика не было вообще. Следующий сектор содержал минимально необходимое количество антибиотика для того, чтобы убить бактерию. Каждый следующий сектор содержал антибиотика в 10 раз больше, чем предыдущий, а в центре чаши антибиотика было в 1000 раз больше, чем в секторе с минимальной дозой.
В течение двух недель закрепленная на потолке камера периодически фиксировала происходящие. Полученный из этих снимков фильм стал уникальной демонстрацией движений бактерий, их смерти и выживания, эволюции в реальном времени, которую можно наблюдать невооруженным глазом.
Устройство, названное Ареной Микробной Эволюции и Роста (MEGA) представляет собой новую платформу для изучения эволюции и поведения бактерий. Она позволяет наблюдать связь между пространством и эволюционными препятствиями, которые вынуждают организм меняться и приспосабливаться или умереть.
“Мы довольно хорошо знаем о внутренних защитных механизмах, которые бактерии используют для того, чтобы спастись от антибиотиков, но мы мало что знали про их физические перемещения в пространстве по мере того, как они приспосабливаются к выживанию в разных средах", - отметил Майкл Байм, исследователь системной биологии в медицинской школе Гарварда и ведущий участник проекта.
По мнению исследователей, представивших свою работу в журнале Science 9 сентября, поскольку в эволюции бактерий играют роль пространство, размер и география, то возможность их передвижения по секторам с различным содержанием антибиотика дает преимущество над стандартными тестами, когда бактерии подвергаются воздействию только одной специфической дозы препарата.
Киновдохновение
Изобретение родилось из педагогической необходимости - создать новые формы визуальной демонстрации процесса эволюции для студентов медицинской школы Гарварда. Ученые почерпнули идею из Голливуда. Профессор Рой Кишони, который возглавлял исследования в Гарварде, а затем - в Технионе, однажды увидел уличный экран с рекламой фильма 2011 года «Заражение» (“Contagion») о глобальной пандемии. На экране в гигантской лабораторной чаше светящиеся микробы медленно формировали название фильма.
«Этот проект принес нам огромное удовольствие», - говорит профессор Кишони. - «На нашей MEGA-чаше мы впервые смогли наблюдать сложные и зачастую скрытые эволюционные процессы, такие как мутация и селекция, наследственность, параллельная эволюция, клоновое вмешательство. Кроме того, она наглядно и весьма впечатляюще демонстрирует, как легко бактерия становится невосприимчивой к антибиотику».
Бактерия в движении и в эволюции
Помимо наглядной демонстрации эволюционного процесса, устройство позволило выяснить ряд ключевых сведений о поведении бактерий, на которые воздействуют увеличивающиеся дозы антибиотика. Так, наа каждом уровне концентрации антибиотика небольшая группа бактерий адаптировалась и выживала. Это было достигнуто за счет успешной аккумуляции генетических изменений. По мере развития имунных к антибиотику мутантов их потомки мигрировали уже в зоны более высокой концентрации антибиотика, конкурируя за одно и то же пространство. Победители - мутанты с самым высоким сопротивлением - смогли продержаться даже при самой высокой концентрации антибиотика.
Всего за 10 дней бактерии порождали вариации мутантов, способных выжить под воздействием антибиотика триметоприма, концентрация которого в 1000 раз выше, чем та, которая убивала исходные организмы. Когда исследователи применили другой антибиотик - ципролоксацин - бактерия породила мутацию, способную выдержать дозу, в 100 тысяч раз превышающую исходную.
Оказалось также, что наиболее приспособившиеся к антибиотику бактерии - не всегда самые быстрые. Более слабые штаммы первыми посягают на территорию с более высокой концентрацией антибиотика. По словам Майкла Байма, "самые сильные мутанты, как выяснилось, часто идут за более слабыми версиями. Близостью к цели, а не сила мутации, определяет порядок вторжения».
В команду исследователей также входили Эрик Кельстик, Реми Хайт, Ротем Гросс и Идан Елин.
Источник: MFA
Фото: Профессор Рой Кишони с "чашкой Петри" стандартного размера / Технион
Читайте также:
Морские губки покажут человечеству новые технологии стеклопроизводства
Природа давно освоила создание очень сложных стеклянных структур в низких температурах -...Израильские и канадские исследователи хотят увидеть ночь в новом свете
Информация о мерцании освещения в масштабах города дает полезные данные об электросети, позволяя визуально распознавать...Отравленные подводные стрелы: израильские исследователи изучают медуз
Проведенное в Технионе исследование - первое, объясняющее уникальность стрекательного...Водород по заказу - в Технионе открыт новый метод электролиза воды
Новый метод делает возможным эффективное и "чистое" производство водорода из воды с применением солнечной энергии.Новая израильская технология поможет резко повысить эффективность солнечных батарей
Исследователи Техниона разработали технологию, которая может повысить...Лента новостей:
Опубликован список 33 заложников, которых освободят на первом этапе сделки
Опубликован список из 33 заложников, которые должны быть освобождены в рамках первого этапа соглашения...Урегулированы разногласия с ХАМАС по праву вето Израиля на освобождение террористов
Израильские СМИ цитируют источники, знакомые с ходом переговоров...«Ционут Датит» требует расторгнуть договор с ХАМАСом после первого этапа
Бецалель Смотрич потребовал от Биньямина Нетаниягу обещать ему, что война будет продолжена до окончательной победы....Левин потребовал начать дисциплинарное разбирательство против и.о. главы БАГАЦа
"создается впечатление о систематическом и преднамеренном поведении...Смотрич готов выйти из правительства прямо перед заключением сделки
"Вероятнее всего, мы уйдем из правительства"Трамп: Будем работать, чтоб никогда больше Газа не была убежищем для террористов
Он заявил, что США продолжат продвигать "мир через силу" во всем...Эрдоган требует, чтобы Израиль ушел из Сирии и грозит последствиями
"Агрессивные действия сил, атакующих сирийскую территорию, в частности Израиля, должны быть прекращены как...Илон Маск купит TikTok?
В США пошли разговоры о возможности продажи американского подразделения TikTok Маску.Байден ограничил поставки графических процессоров в Израиль
Уходящий президент США Джо Байден нанес серьезный удар по ИзраилюADL: 46% взрослого населения планеты – антисемиты
То есть около 2,2 млрд населения планеты.Израильский туризм: теперь на подъем или дальше в пропасть?
Во время войны самый сильный экономический удар пришелся именно по туристической отрасли и в первую очередь – по...Шпионский стартап, в который вложился Эхуд Барак, продан почти за миллиард
Значительная часть сделки будет оплачена наличными.Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл
Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл
Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл
Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.Запись на программы Минпроса для одаренных и эрудированных школьников подходит к концу. Подчеркнем, что записаться на программы можно даже если в прошлом ученик не сдавал специальные экзамены, но вы считаете, что ваш ребенок эрудирован и способен справиться с дополнительной нагрузкой.
Марк Цукерберг: Facebook прекращает факт-чекинг и ослабляет цензуру
Глава компании Meta Марк Цукерберг объявил, что социальная сеть Facebook больше не будет заниматься проверкой...Израильские ученые показали, как бактерии обходят систему защиты при обмене ДНК
Открытие поможет бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам.Муравьи решают сложную задачу по транспортировке лучше, чем люди. Израильское исследование
Израильские ученые сравнили способности людей и муравьев к координации действий при решении...В дома израильтян запустили энергию от волн
Это первый в мире случай, когда энергия волн используется в масштабах государства.Израиль запустил первый квантовый компьютер
Компьютер был разработан специалистами израильской компании IAI.С началом зимы далеко не все радуются установлению желанной прохлады. Есть среди нас и те, кто встречает зиму с тревогой, опасаясь обострения хронического недуга. Эти люди – астматики. Про астму чего только не говорят, порой диаметрально противоположное. Для того чтобы выяснить всю правду, мы обратились к доктору Эмилии Хардак, заведующей отделением пульмонологии в больнице «Бней-Цион», консультанту по пульмонологии в Северном округе больничной кассы «Маккаби».
В бою на юге Ливана погиб военнослужащий ЦАХАЛа
На юге Ливана погиб старший сержант резерва Омер Моше Гаэльдор.В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских солдат
В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских военнослужащих.В больнице умер майор Гай Яаков Незри, получивший ранения в Газе
В больнице от ран, полученных 19 октября в бою на севере сектора Газы, умер майор Гай Яаков Незри.Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами
В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные занятия, но и дружеское общениеВ Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных исхода.Налоговое управление подтвердило повышение налогов на автомобили в 2025 году
С 2025 года в Израиле увеличатся налоги на покупку всех типов автомобилей....Кнессет принял решения об увеличении налоговой нагрузки на граждан
Некоторые депутаты выразили недовольство тем, что меры негативно скажутся...Утверждены законы об отмене выплаты пособий террористам и родителям несовершеннолетних террористов
Похожий закон уже утверждался в 2021 году, однако...JPMorgan снизил прогноз израильской экономики
Американский инвестиционный банк JPMorgan опубликовал пересмотренный прогноз для израильской экономики.Агентство Fitch понизило кредитный рейтинг Израиля
Fitch Ratings объявило этой ночью о понижении кредитного рейтинга Израиля.Актёр Стивен Фрай стал рыцарем
По словам Фрая, он был «совершенно ошарашен», узнав о своем новом статусе.Израиль и еврейская диаспора отмечают праздник Суккот
Неделя пребывания в шалашах посвящена памяти об исходе из Египта.Мы снова будем танцевать
Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали...Делай добро и дари его близким
В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-Шана...Умер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау
В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...Дальше — будет дальше
"Мы завоевали, мы проиграли, мы отдали, мы договорились ." Лично я не принимал участия в заседаниях узкого кабинета....Коротко о сделке, самым общим планом
"Израиль - унижен. А побежден, по итогам последствий резни...Можно ли победить Газу
Нетаниягу заплатил слишком дорого за освобождение заложников? Эта цена...Если не мы нам, то кто нам?
На мой взгляд, Трамп в первой каденции оценивал политическую важность Израиля...Герои, которых мы выбираем
Этому человеку довелось жить в стране, которая по международным...Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21 год содействует участию молодежи из разных стран в долгосрочных образовательных и социальных проектах в Израиле. С началом войны и в связи с тысячами обращений евреев из различных общин было решено создать специальную программу "Маса-волонтеры", цель которой – помочь Израилю и израильскому обществу в трудное время. С момента запуска программы в Израиль прибыли тысячи участников, которые принимают участие в самых разных видах волонтерской деятельности: помощь семьям эвакуированных, работа в логистических центрах, помощь в сельском хозяйстве и многое другое.