Die Studium, veröffentlicht diese Woche im Proceedings of the National Academy of Sciences , wendete dreidimensionale Mikroskopie an fast transparenten Zebrafischen an, um zu zeigen, wie schwache Antibiotikakonzentrationen strukturelle Veränderungen in den Bakteriengemeinschaften im Darm bewirken, die zu einem starken Rückgang der Bakterienpopulation führen.
Niedrige Antibiotikakonzentrationen werden oft als Umweltschadstoffe gefunden, zum Beispiel aus der weit verbreiteten Verwendung in der Viehzucht. Es ist bekannt, dass schwache Antibiotika das menschliche Darmmikrobiom dramatisch verändern können. aber warum dies geschieht, war ein Rätsel.
Raghuveer Parthasarathy, Professor für Physik und Mitglied des Instituts für Molekularbiologie der UO
Zebrafischlarven sind ein gutes Modell, um das Rätsel zu lösen, Parthasarathy sagte, weil sie viele anatomische Ähnlichkeiten mit Menschen und anderen Wirbeltieren aufweisen, und ihre Darmmikroben können direkt beobachtet werden.
Doktorand Brandon H. Schlomann und Postdoktorand Travis J. Wiles leiteten das Projekt, in denen Larven mit 3D-Mikroskopie beobachtet wurden, da sie Konzentrationen des Antibiotikums Ciprofloxacin in Konzentrationen ausgesetzt waren, die mit denen vergleichbar waren, die häufig in Umweltproben gefunden werden.
Die Forscher untersuchten separat Zebrafische, die eine von zwei verschiedenen Bakterienarten tragen, die jeweils häufig im Darm von Zebrafischen vorkommen. Bakterien einer der Arten sind beweglich und schnell schwimmend. Bakterien der anderen Arten sind in dichten Kolonien fast vollständig aggregiert.
In Gegenwart des Antibiotikums beide Bakterienarten zeigten dramatische Veränderungen in ihrem Verhalten. Die normalerweise beweglichen Spezies wurden viel langsamer und bildeten Aggregate. Die normalerweise aggregierten Arten veränderten ihre Struktur, um noch größere Kolonien zu bilden. mit weniger Fragmentierung.
In beiden Fällen, die verstärkte Aggregation machte die Bakterien empfindlicher gegenüber den mechanischen Kontraktionen des Darms, Dies führt zu einer erhöhten Ausscheidung aus dem Darm und einem mehr als hundertfachen Rückgang der Darmpopulationen.
"Unsere Ergebnisse, " Parthasarathy sagte, "schlagen vor, dass aufgrund der körperlichen Aktivität des Darms, Eine Kontamination durch Antibiotika induziert viel größere Veränderungen des Darmmikrobioms, als man bei der bloßen Untersuchung von Bakterien vermuten würde. In einem Sinn, der Darm verstärkt die Wirkung schwacher Antibiotika."
Aufgrund ihrer Beobachtungen, entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell der Bakteriendynamik im Darm, mit Vorhersagen für Koloniegrößen, die mit experimentellen Daten übereinstimmten. Das Modell ähnelt dem des Polymer- und Mikropartikelwachstums, zeigen, Die Mitautoren schreiben, dass in der Physik entwickelte Methoden fruchtbar auf Untersuchungen des Darmmikrobioms angewendet werden können.
Parthasarathy erwartet, dass die Ergebnisse des Teams nicht nur auf Zebrafische zutreffen.
„Eine Vielzahl von Bakterien reagiert auf schwache Antibiotika, indem sie ihre Form und ihr Aggregationsverhalten ändern. " sagte er. "Alle Eingeweide von Wirbeltieren - Menschen eingeschlossen - transportieren Nahrung und Mikroben, und ihre Mechanik treiben die Bewegung von Bakteriengruppen an. Wir vermuten, deshalb, dass die Dinge, die wir entdeckt haben, für alle Arten ziemlich allgemein sind, einschließlich Menschen und andere Tiere."
Das Model, Parthasarathy und Kollegen schreiben, bietet einen Rahmen für die Bewertung von antibiotischen Störungen bei Menschen und anderen Tieren. Das fünfköpfige Team schlägt vor, dass die Vertreibung lebender Antibiotika-exponierter Bakterien aus dem Tierdarm durch den aggregationsbasierten Prozess ein Mechanismus für die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen sein könnte.
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