אבולוציה מצולמת בפעולה מהירה

כיצד מתפתחת בחיידקי Escherichia coli עמידות לאנטיביוטיקה 

בשנות ה-40 נכנס לשימוש האנטיביוט הראשון, הפניצילין, ובעקבותיו אנטיביוטים רבים נוספים. התקווה הגדולה - שבעקבות השימוש בחומרים אלה יעלמו המחלות שנגרמות על חיידקים מן העולם - החלה להתפוגג עוד באותו עשור, שנמצאו החיידקים הראשונים העמידים לפניצילין.

בסרטון המצורף של אוניברסיטת הרוארד, אנו רואים איך תוך זמן קצר, ימים, אוכלוסיה של חיידקי E. coli, שרגישים לאנטיביוט מסויים, מוציאה מקרבה מוטנטים שמסתגלים לריכוזים ההולכים וגדלים של האנטיביוט שבנוכחותו הם גדלים ובסופו של תהליך קיבלנו אוכלוסיית חיידקים שעמידה לריכוזי אנטיביוט הגדולים פי 1000 מהריכוז המינימלי של האנטיביוט שהחיידקי המוצא לא יכלו לחיות בנוכחותו.

  המדענים בנו צלחת פטרי ענקית  כדי לראות  חיידקי E. coli מפתחים במהירות עמידות לאנטיביוטיקה 

Michael Baym, Roy Kishony, Rick Groleau, Tami Lieberman, Rick Groleau, Remy Chait

אוניברסיטת הרוארד
מיקום הסרטון

מיכאל ביים (Baym) ותמי ליברמן (Lieberman) מהקבוצה של רועי קישוני (Kishony) מאוניברסיטת הרווארד בנו מבנה אקרילי מלבני שגודלו 60 ס"מ על 120 ס"מ וחילקו אותו לאורכו לתשעה מקטעים. אותם הם הם מלאו במצע מזון מוצק לגידול חיידקים (אליו הוסיפו דיו שחור) וריכוזים שונים של אנטיביוטים. שני המקטעים החיצוניים היו ללא האנטיביוטיקה. ולכיוון המרכז הם העלו את הריכוזים עד לפי 1000 מהריכוז המינימלי של האנטיביוט שהחיידקים המקוריים לא יכלו לחיות בנוכחותו. המצע המוצק לא מאפשר דיפוזיה צידית של האנטיביוטים או תנועה של החיידקים. מעל השכבה המוצקה הם הוסיפו שכבה נוספת של מצע מזון, רק שהפעם ריכוז האגאר (החומר הממצק - מופק מאצות) היה דליל יותר וזה מאפשר תנועה של החיידקים.

לשני המקטעים החיצוניים, ללא האנטיביוטים, הם הוסיפו את החיידקים. החיידקים גדלו במהירות ומלאו את כל המקטע. - שום דבר לא הפריע להם. כשהגיעו לגבול עם המקטע הבא, נעצרה גדילתם, מלבד של כמה מוטנטים שהתפתחו והחלו להתרבות ולהשתלט על המקטע הבא. התהליך הזה חזר על עצמו עוד שלוש פעמים עד שגדלו חיידקים גם במקטע המרכזי.

החוקרים קראו בהתחלה למתקן OMG - ראשי תיבות של תצפית על גדילת חיידקים (Observatory of Microbial Growth). בהמשך הם שינו את שמו ל-MEGA-plate, ר"ת של Microbial Evolution and Growth Arena plate.

קוראי האנגלית שביניכם יבחינו בוודאי במשמעות הכפולה של ראשי התיבות.

החוקרים בדקו שבעה אנטיביוטים שונים, ביניהם טרימתופרים (trimethoprim) וציפרופלוקסצין (ciprofloxacin). ובכולם התקבלה תוצאה דומה.

  

חיידקי E. coli מפתחים עמידות לאנטיביוט ציפרופלוקסצין

סרטון מצויין זה ממחיש את התהליך האבולוציוני שעוברים אותם חיידקים (שלחלק מפרטיו לא התייחסנו כאן), ומסביר היטב מדוע סוף עידן האנטיביוטיקה ממש קרוב אלינו.


לקריאה נוספת

נעם לויתן - חיים בסרט: כך החיידקים מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה - באתר מכון דוידסון

Stunning Videos of Evolution in Action - כתבה של Ed yong מ-The Atlantic

המאמר המקורי - מכתב העת Science - ספטמבר 2016


פורסם לראשונה באתר הפייסבוק: מדעי החיים באוניברסיטה הפתוחה