एंटीबायोटिक एरिना बैक्टीरियल फ्रंट विस्तार: हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में एक शानदार प्रयोग

बैक्टीरिया की आबादी में एंटीबायोटिक प्रतिरोध बढ़ने के साथ-साथ फेनोटाइप और जीनोटाइप में भिन्नता विकसित होती है। हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के डेमो वीडियो से शॉट

आमतौर पर, प्रयोगशाला प्रयोगों में, बैक्टीरिया एक सजातीय वातावरण में पैदा होते हैं। हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के वैज्ञानिक आगे बढ़ गए। उन्होंने एक मिश्रित माध्यम में बैक्टीरिया के विकास पर एक असामान्य प्रयोग आयोजित किया - एक विशाल "डिश" पर 120 × 60 सेमी।

अंतरिक्ष को एंटीबायोटिक के विभिन्न सांद्रता वाले क्षेत्रों में विभाजित किया गया था, इसलिए उपयुक्त उत्परिवर्तन के साथ केवल बैक्टीरिया की पीढ़ी अगले क्षेत्र में गुजरती है। नतीजतन, "सुपरमाइक्रोबायर्स" क्षेत्र के केंद्र में अंतिम दौर से गुजरते हैं, अर्थात, विकासवादी चयन के परिणामस्वरूप अपने जीनोटाइप और फेनोटाइप को बदलना संभव है (लेख के अंत में अवसरवादियों के अलगाव देखें)।

एंटीबायोटिक दवाओं के साथ रोगाणुओं की लड़ाई के क्षेत्र को एमईजीए (माइक्रोबियल विकास और विकास क्षेत्र) कहा जाता है। ऐसा वातावरण विशेष रूप से बनाया गया था ताकि बैक्टीरिया की संख्या में तेजी से वृद्धि के साथ, वे सीमित संसाधनों के लिए एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं करेंगे, जैसा कि अधिकांश वैज्ञानिक प्रयोगों में प्रथागत है। यहां, संसाधन व्यावहारिक रूप से असीमित हैं, और बैक्टीरिया को केवल नए क्षेत्रों को जब्त करने और नई रहने की स्थिति के अनुकूल होने की आवश्यकता है, उनकी संख्या को वस्तुतः कोई सीमा नहीं है। इस अर्थ में, बैक्टीरिया के मोर्चे का आंदोलन मध्य प्रदेश में ग्रह पृथ्वी पर मानव जाति के विस्तार से मिलता-जुलता है, नए क्षेत्रों के उपनिवेशण के साथ (संभवतया, मानव जाति का व्यापक विकास घरेलू ग्रह की सीमाओं से परे पहुंच क्षेत्र में सभी रहने योग्य क्षेत्रों के उपनिवेशण के साथ जारी रहेगा)।


मेगा अखाड़ा।हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के डेमो वीडियो से एक फ्रेम ।

प्रयोग में न केवल वैज्ञानिक, बल्कि शैक्षिक मूल्य भी है। MEGA क्षेत्र की बड़ी जगह बैक्टीरिया आबादी के सामने प्रसार के दौरान उत्परिवर्तन और प्राकृतिक चयन के दृश्य अवलोकन की अनुमति देता है। एक प्रभावशाली दृष्टि।



पिछले अध्ययनों से पता चला है कि इस प्रकार के संरचित सूक्ष्म वातावरण जीनोटाइप ( क्यू झांग एट अल।, विज्ञान 333, 1764-1767 (2011) ) में बदलाव के साथ छोटी बैक्टीरियल आबादी में विकास की दर को बढ़ाते हैं । लेकिन अब तक, बड़ी आबादी में वास्तव में ऐसा कैसे होता है, इसका सवाल अस्पष्टीकृत है।

इस तरह के प्रयोग के लिए, एक आयताकार पेट्री डिश 120 × 60 सेंटीमीटर आकार का निर्माण किया गया था, जो परिधि से केंद्र तक ट्राइमेथोप्रिम एंटीबायोटिक की एकाग्रता में एक तेज वृद्धि के साथ क्षेत्रों में संरचित था , साथ ही बैक्टीरिया के प्रजनन के लिए पोषक तत्व भी। क्षेत्र के बड़े क्षेत्र ने ई। कोलाई बैक्टीरिया को एक दूसरे के साथ मिश्रण करने की अनुमति नहीं दी ताकि वे अधिक स्पष्ट रूप से होने वाले उत्परिवर्तन का निरीक्षण कर सकें।

MEGA क्षेत्र के डिजाइन और 12 दिनों में बैक्टीरिया के मोर्चे के प्रसार का परिणाम चित्रा बी में दिखाया गया है। विभिन्न रंगों के मंडल उत्परिवर्तित बैक्टीरिया की 182 प्रजातियों को दर्शाते हैं, रंग बैक्टीरिया की एकाग्रता को इंगित करता है। प्रजातियों के बीच की रेखाएं वीडियो के आधार पर उत्परिवर्तन की दिशा के अनुरूप होती हैं।



जैसा कि एंटीबायोटिक प्रतिरोध लगातार बढ़ रहा है, बैक्टीरिया की आबादी में कई समानांतर विकासवादी रेखाएं दिखाई देती हैं, जो फेनोटाइप और जीनोटाइप में भिन्न होती हैं।



जीवाणुओं का अध्ययन करने में सबसे आगे और बैक्टीरिया की आबादी के सामने आने के बाद, वैज्ञानिकों ने कई दिलचस्प चीजों की खोज की है। यह पता चला कि विकास हमेशा बैक्टीरिया द्वारा आगे नहीं बढ़ाया जाता है जो एंटीबायोटिक दवाओं के लिए सबसे अधिक प्रतिरोधी होते हैं। अजीब तरह से पर्याप्त है, कभी-कभी सबसे अधिक संवेदनशील बैक्टीरिया के पीछे सबसे स्थिर वंशानुगत रेखाएं फंस जाती हैं। जाहिरा तौर पर, यह "समय से पहले" उत्परिवर्तन के कारण होता है, जब कुछ बैक्टीरिया एंटीबायोटिक की उच्च एकाग्रता में जीवित रहने के लिए तैयार होते हैं, जो भविष्य में दिखाई देंगे, लेकिन अभी तक प्रकट नहीं हुए हैं। ऐसी स्थिति में, संभावित रूप से अधिक अनुकूलित बैक्टीरिया सामने वाले अपने रिश्तेदारों को रास्ता देते हैं, जो वर्तमान में वर्तमान एकाग्रता के लिए विशेष रूप से अनुकूलित होते हैं।

इस सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने "समय से पहले" उत्परिवर्तन के साथ पृथक बैक्टीरिया कालोनियों के नमूने लिए और उन्हें जबरन सामने रख दिया। जैसा कि अपेक्षित था, वे उन परिस्थितियों में बच गए जिनमें मुख्य जीवाणु मोर्चा जीवित नहीं रह सकता है।


प्रतिपूरक उत्परिवर्तन का स्थानिक जाल बैक्टीरिया है जो अपने समय से इतना आगे हैं कि उपयुक्त परिस्थितियों की शुरुआत के बाद भी, वे पहले से ही सामने के पीछे बंद हैं। चित्रण: हार्वर्ड मेडिकल स्कूल

वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया की सबसे उत्परिवर्तित प्रजातियों के जीनोटाइप का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया जो ट्राइमेथ्रिम की अधिकतम एकाग्रता के साथ समाधान में जीवित रहने में कामयाब रहे। यह पता चला कि इन प्रजातियों में, फोला जीन, जो डायहाइड्रोफोलेट रिडक्टेस (डीएचएफआर) को एनकोड करता है और ट्राइमेथोप्रिम का लक्ष्य है, सबसे अधिक बार उत्परिवर्तित होता था। एंटीबायोटिक के लिए बैक्टिरिया का प्रतिरोध जितना अधिक होता है, इस जीन में उतने ही अधिक परिवर्तन होते हैं। इसके अलावा, कई अन्य जीनों में उत्परिवर्तन पाया गया जो किसी विशेष एंटीबायोटिक की कार्रवाई से संबंधित नहीं हैं। इनमें ऑपेरन्स मार्च और सोक्स थे , जो तनाव की प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार हैं। यह पहले ज्ञात था कि ये "तनाव" जीन एंटीबायोटिक दवाओं के सफल प्रतिरोध के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

वैज्ञानिकों ने यह भी पाया कि एंटीबायोटिक के कमजोर प्रभाव के बाद बेहतर अनुकूलन उच्च सांद्रता (नीचे चित्रण में) के अनुकूलन को तेज करता है। यह उन लोगों की तरह है जो बिगड़ती जीवन स्थितियों को बेहतर ढंग से अपना सकते हैं, यदि परिवर्तन धीरे-धीरे और अपूर्ण रूप से होते हैं।



प्रयोग 9 सितंबर, 2016 को जर्नल साइंस (doi: 10.1126 / science.aag0222) में प्रकाशित एक वैज्ञानिक लेख में वर्णित है ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi397303/