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A resistência aos antibióticos, quando as bactérias causadoras de infecções evoluem para que não sejam mais afetadas pelos antibióticos típicos, é uma preocupação global. Uma nova pesquisa da Universidade de Tóquio mapeou a evolução e o processo de seleção natural de Escherichia coli (E. coli) bactérias no laboratório. Esses mapas, chamados de paisagens de aptidão, nos ajudam a entender melhor o desenvolvimento passo a passo e as características de E. coli resistência a oito drogas diferentes, incluindo antibióticos. Os pesquisadores esperam que seus resultados e métodos sejam úteis para prever e controlar E. coli e outras bactérias no futuro.
Você já se sentiu enjoado depois de comer um hambúrguer mal passado? Ou quando as sobras do jantar de ontem ficaram fora da geladeira por muito tempo? Existem muitos tipos diferentes de intoxicação alimentar, mas uma causa comum é o crescimento de bactérias como E. coli. A maioria dos casos de E. coli, embora desagradável, pode ser tratado em casa com repouso e reidratação. No entanto, em alguns casos, pode levar a infecções com risco de vida. Se você tiver uma infecção bacteriana, a medicação antibiótica pode ser um tratamento poderoso e eficaz. Mas a resistência a antibióticos, a capacidade das bactérias de se tornarem fortes o suficiente para não responder à medicação, é uma séria preocupação global. Se os antibióticos não forem mais eficazes, estaremos mais uma vez em risco de doenças graves devido a pequenos ferimentos e doenças comuns.
“O desenvolvimento de métodos que possam prever e controlar a evolução bacteriana é crucial para encontrar e suprimir o surgimento de bactérias resistentes”, disse o pesquisador Junichiro Iwasawa, aluno de doutorado da Graduate School of Science na época do estudo. “Assim, desenvolvemos um novo método para prever a evolução da resistência a drogas usando dados obtidos de experimentos de evolução de laboratório de E. coli.”
Os pesquisadores usaram um método chamado evolução laboratorial adaptativa, ou ALE, para “repetir a fita” sobre a evolução de drogas resistentes E. coli a oito drogas diferentes, incluindo antibióticos. O método permitiu aos pesquisadores estudar a evolução de cepas bacterianas com características observáveis específicas (chamadas fenótipos) em laboratório. Isso os ajudou a obter informações sobre quais mudanças podem ocorrer nas bactérias durante o processo de seleção natural de longo prazo.
“Embora os experimentos convencionais de evolução em laboratório tenham sido trabalhosos, mitigamos esse problema usando um sistema de cultura automatizado que foi desenvolvido anteriormente em nosso laboratório. Isso nos permitiu adquirir dados suficientes sobre as mudanças fenotípicas relacionadas à evolução da resistência a drogas”, explicou Iwasawa. “Ao analisar os dados adquiridos, usando a análise de componentes principais (um método de aprendizado de máquina), conseguimos elucidar o cenário de condicionamento físico subjacente à evolução da resistência a medicamentos de E. coli.”
As paisagens de fitness parecem mapas topográficos 3D. As montanhas e vales no mapa representam a evolução de um organismo. Organismos nos picos evoluíram para ter melhor “aptidão” ou capacidade de sobreviver em seu ambiente. Iwasawa explicou: “As coordenadas da paisagem de aptidão representam estados internos do organismo, como padrões de mutação genética (genótipos) ou perfis de resistência a drogas (fenótipos), etc. Assim, a paisagem de aptidão descreve a relação entre os estados internos do organismo e seus níveis de condicionamento físico correspondentes. Ao elucidar o panorama do condicionamento físico, espera-se que a progressão da evolução seja previsível.”
A equipe acredita que os cenários de condicionamento físico mapeados neste estudo e os métodos desenvolvidos no processo serão úteis para prever e controlar não apenas E. coli, mas também outras formas de evolução microbiana. Os pesquisadores esperam que isso leve a estudos futuros que possam encontrar maneiras de suprimir bactérias resistentes a medicamentos e contribuir para o desenvolvimento de micróbios úteis para bioengenharia e agricultura. Iwasawa concluiu que “o próximo passo importante é realmente tentar usar as paisagens de aptidão para controlar a evolução da resistência aos medicamentos e ver até que ponto podemos controlá-la. Isso pode ser feito projetando experimentos de evolução de laboratório com base nas informações das paisagens. Não podemos’ Não espere para ver os próximos resultados.”
Financiamento:
Este trabalho foi apoiado em parte por JSPS KAKENHI (17H06389 e 19H05626 para CF) e JST ERATO (JPMJER1902 para CF).
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tóquio. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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