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:
МУС выдал ордера на арест Нетаниягу и Галанта
Документ опубликовали на сайте МУС.В результате обстрела Нагарии погиб мужчина, ранены две женщины
В результате ракетного обстрела Нагарии погиб мужчина примерно 30 лет.На юге Ливана погиб 70-летний израильский исследователь Зеэв Эрлих
На юге Ливана в результате обстрела боевиками "Хизбаллы" погиб 71-летний исследователь, краевед Зеэв Эрлих....В бою на юге Ливана погиб военнослужащий ЦАХАЛа
В бою на юге Ливана погиб сержант Гур КехатиВ бою на юге Ливана погиб старшина резерва Эйтан Бен Ами
В бою на юге Ливана погиб старший сержант резерва Эйтан Бен Ами.Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву
Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву в ответ на убийство Мохаммеда...Аргентина вывела миротворцев из Ливана
Аргентина отозвала своих военных, состоявших в миротворческой миссии ООН в ЛиванеГлавный центр обстрелов Гуш-Дана и Хайфы перемещен в Тир
Из этого района боевики «Хизбаллы» запускают ракеты в сторону...В Варшаве осквернили памятник героям еврейского гетто
Посол Израиля в Польше Яков Ливне призвал власти страны осудить антисемитов,...Мэр Амстердама: «Называть это погромом — израильская пропаганда»
"Они используют это, чтобы дискредитировать марокканское меньшинство...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.Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ
В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...NVIDIA купила два израильских стартапа
NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем
Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...Испанские ученые заявили, что Христофор Колумб был сефардским евреем
Испанские ученые пришли к выводу, что Христофор Колумб, один из самых...Бизнесмен еврейского происхождения Джаред Айзекман вышел в открытый космос
Джаред Айзекман, профинансировавший миссию Polaris Dawn, и сотрудница...Израильские ученые разработали прочный, пластичный и съедобный пластик
Разработанный израильскими учеными новый материал не только прочен, но и съедобен и разлагается бактериями....Израильский стартап создает цифровую модель человеческого тела
Израильская компания CytoReason создает вычислительные модели заболеваний человека для разработки методов лечения и проверки...Улыбайтесь, это полезно для сердца: мозг помогает лечению инфарктов
Ученые из Хайфского Техниона показали, что активация системы вознаграждения мозга может ускорить...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...В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек
Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...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.Новые правила: репатриантам на периферии удвоили помощь на съем за счет сокращения выплат другим
Репатрианты на периферии будут получать на съем в два раза больше, в...Теперь у резервистов есть право на скидку в 91% на землю в Негеве и Галилее
Реализация решения вступила в силу, и теперь покупатели земли смогут воспользоваться самым значительным...Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая
После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.Мы снова будем танцевать
Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали практически сразу. В преддверии...Делай добро и дари его близким
В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-ШанаУмер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау
В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...Новые израильские сериалы
Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На...Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября
«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный...Не успел я насладиться чудо-победой Дональда Трампа, как в бой вступила вся леволиберальная рать. Закономерная, ожидаемая и очень предсказуемая реакция левой общественности на назначения Трампа. Не понимаю, почему так напрягает реакция на левых болотах?
Похоже, у «Хизбаллы» кончаются ракеты, держимся
"Судя по интенсивности и характеру...Ганц — угроза Израилю
Ладно, к методам Картеля СМИ, который передергивает, раздувает, умалчивает – мы уже привыкли. Беспокоит...Пора остановить нацизм!
Почему Турция до сих пор продолжает жить по нацистской идеологии пантюркизма?...У тех и у других цель одна
"Одни стреляют ракетами по синагогам, другие - осветительными...Братки «Хизбаллы» по оружию
"Нет, это были не ударные беспилотники иранских...Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц, до недавнего времени, занимал должность гендиректора организации «Мозаик Юнайтед», совместного проекта Министерства по делам диаспоры с еврейскими общинами и организациями по всему миру, цель которого - укрепление еврейской идентичности среди еврейской молодежи в диаспоре и связи с Израилем. Ранее он работал в гражданской администрации Иудеи и Самарии и служил посланником ЕА "Сохнут" и движения «Бней Акива» в Сиднее, Австралия.