Результаты исследования, проведенного специалистами из Гарвардской Школы медицины и Израильского технологического института Технион, опубликованы в журнале Science.
Для эксперимента исследователи сконструировали чашку Петри огромных размеров. В норме ее диаметр составляет от 50 до 100 миллиметров, а высота — около 15 миллиметров.
Размеры прямоугольной чашки Петри, созданной учеными из Гарварда и Техниона, составили 120 сантиметров в длину и 60 сантиметров в ширину.
Устройство было заполнено 14 литрами агар-агара — получаемой из морских водорослей желеобразной субстанции, применяющейся в микробиологии в качестве питательной среды для выращивания бактерий.
Чтобы наблюдать, как колония бактерии Escherichia coli (кишечная палочка) будет вести себя под воздействием антибиотиков, ученые разделили чашку Петри, получившую название MEGA (Microbial Evolution and Growth Arena), на 9 секций. В каждую из них были добавлены разные дозы антибиотиков.
Так, наиболее удаленные от центра секции вообще не содержали лекарств, а в следующие за ними была добавлена минимальная их концентрация. По мере приближения к центру в каждой последующей секции доза антибиотиков десятикратно увеличивалась. Центр чашки содержал дозу, в тысячу раз превышающую минимальную. Перегородки между секциями устроены так, чтобы бактерии могли свободно перемещаться по всему пространству чашки.
В течение двух недель камера в потолке над MEGA периодически делала моментальные снимки происходящего в чашке. Из этих кадров ученые затем смонтировали видео, позволяющее невооруженным глазом увидеть эволюцию в действии.
Вот как это происходит. Колония бактерий растет до тех пор, пока ей это позволяет делать концентрация антибиотиков. При каждом уровне концентрации основная масса бактерий гибнет, но всегда остается небольшая группа, которой удается адаптироваться и выжить благодаря удачному накоплению генетических изменений. Когда число таких мутантов возрастает, их потомки мигрируют в области с еще более высокой концентрацией антибиотиков.
Многочисленные штаммы мутировавших микроорганизмов борются между собой за территорию.
Победители пытаются завоевать области с еще более неблагоприятной средой, пока не достигнут порога, за которым уже не могут выжить. В ходе этого процесса постепенно вырастают такие «неубиваемые» штаммы бактерий, которым не страшны даже самые высокие дозы антибиотиков.
Ученые установили, что процесс генетических изменений замедляет скорость размножения бактерий, однако она восстанавливается, когда микроорганизмы становятся полностью устойчивыми к антибиотикам.
Это очень мощная иллюстрация той легкости, с которой бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам, отметили авторы работы.
В последние годы научное сообщество обеспокоено проблемой антибактериальной устойчивости: появляются все новые штаммы бактерий, устойчивые ко всем известным антибиотикам. Ранее появились доказательства, что проблема существует не одну тысячу лет: штаммы супербактерий нашли в египетских мумиях.
