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細菌壓力加倍減緩了進化

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-11-13瀏覽次數:755

像其他生物一樣,細菌通常必須在惡劣的生活條件下生存。 Pl?n Max Planck進化生物學研究所的研究人員和他們在芬蘭的同事發現,一旦細菌暴露于兩個壓力因子而不是壓力因子,細菌就會更緩慢,更低效地適應環境。這是由于不同基因的突變。進化速度放緩導致人口減少。這意味著如果生物體暴露于多種壓力因素,進化可以采取不同的路徑。

細菌很少獨自生活;它們通常是暴露于各種壓力源的物種群落的一部分。他們通常可以通過以驚人的速度適應新的環境條件來應對這些因素。細菌抗性的演變可以通過將廢水引入土壤和水中并在低濃度下積累來觸發 - 即使在這些低濃度下,它們也只能輕微抑制細菌生長或根本不抑制細菌生長。然而,細菌必須不僅抗擊抗生素;他們還必須與掠奪者打交道。這就是為什么它們經常生長在不能被捕食性生物消耗的大型集落中。

通常,科學家研究單一應激因子對生物體的影響。 Pln的Max Planck進化生物學研究所和赫爾辛基大學的研究人員以及芬蘭的Jyv?skyl大學正在研究面對多種壓力因素的微生物行為。 “我們模擬了實驗室的自然環境條件,并將細菌暴露于捕食者和抗生素。這使我們能夠估計在戶外發現抗生素抗性進化的可能性,“研究主管Lutz Becks解釋說。

抗生素和掠食者

在科學家的實驗室中,丁香假單胞菌熒光必須應對抗生素和掠食性單細胞生物嗜熱四膜蟲(Tetrahymena thermophila)。在很短的時間內,研究人員注意到細菌群體正在發生變化:細菌生長速度要慢得多,并且效率低于僅暴露于其中一種因素的其他物種。此外,抗生素耐藥性較低。 “細菌顯然無法同時優化這兩種特性,”貝克斯說。

在下一步中,科學家們分析了這些適應性的遺傳基礎。他們的研究結果表明,如果僅存在捕食性纖毛蟲,那么改善捕食者保護的突變將發生在細菌基因組的相同數量和位置。這同樣適用于導致抗生素抗性的突變。然而,一旦兩種壓力因素影響細菌,細菌必須對抗捕食者和抗生素,其他突變就會發生。這導致細菌捕食者保護和對抗生素的抗性,其進化得更慢并且效率更低。

因為如果他們同時面對掠食性纖毛蟲和抗生素,細菌就無法保護自己免受捕食者的侵害,而且它們的數量少于保護自己免受掠食者侵害。因此,幾種應激因子似乎對抗生素耐藥性是否發生以及發生的頻率和細菌生長的程度具有顯著影響。

“微生物種群是湖泊和腸道中的復雜群落,許多物種必須在這些群落中爭奪資源。微生物暴露的各種壓力因素對其進化和存活具有巨大影響。這需要一些時間,直到我們完全理解所有這些因素的相互作用以及抗生素和殺蟲劑的影響,“Becks解釋道。

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