Wetenschappers van de Harvard Medical School maakten samen met het Technion-Israel Institute of Technology inzichtelijk hoe bacteriën 'bewegen' en antibioticaresistentie opbouwen. Het onderzoek is gepubliceerd in het gerenommeerde vakblad Science.

De wetenschappers bouwden een reuzenpetrischaal van 60 bij 120 centimeter, vulden deze met 14 liter agar en verdeelden hem in 9 'zones'. De buitenranden bevatten geen antibiotica, daarna maakten ze zones met steeds 10-voudig oplopende doses antibiotica. De middelste strook bevatte 1.000 keer zoveel antibiotica als de strook met het laagste gehalte. De gebruikte bacterie was een E.coli, het antibioticum trimethoprim.

Daarna zetten ze de bak, inmiddels Microbial Evolution and Growth Arena (MEGA) genoemd, onder een camera. Na twee weken leverde dat het volgende filmpje op.



"We weten inmiddels aardig wat over de interne verdedigingsmechanismen die bacteriën gebruiken om antibiotica te vermijden, maar we weten niet veel over hoe ze zich in een ruimte verplaatsen als ze zich aanpassen aan verschillende omgevingen", vertelt hoofdauteur Michael Baym. Daar moest MEGA verandering inbrengen.

Overleven
Behalve een video waar je je ogen niet vanaf kunt houden, leverde MEGA ook inzichten op in hoe bacteriën zich gedragen als ze steeds grotere doses medicijnen tegenkomen én in hoe snel antibioticaresistentie zich kan ontwikkelen. Binnen 10 dagen produceerden de E.coli bacteriën mutanten die in staat waren een dosis van het antibioticum trimethoprim te overleven die 1.000 keer zo hoog was als die waarbij hun 'voorouders' nog het loodje legden.

Binnen 10 dagen produceerden de E.coli bacteriën mutanten die in staat waren een dosis van het antibioticum trimethoprim te overleven die 1.000 keer zo hoog was als die waarbij hun 'voorouders' nog het loodje legden
'Survival of the fittest'
Bacteriën verspreiden zich totdat ze een concentratie tegenkomen waarin ze niet langer kunnen groeien. Een klein aantal is in staat zich aan te passen door een opeenvolging van genetische veranderingen door te maken en overleeft ook in de hogere concentratie. Met het toenemen van het aantal resistente mutanten, migreren hun afstammelingen door naar gebieden met een hogere concentratie. Daar vindt een nieuwe 'survival of the fittest'-strijd plaats tussen de verschillende mutatie-lijnen.

De winnende 'stammen' groeien verder uit tot ze opnieuw een concentratie bereiken waarin ze niet overleven. Dat betekent dat zelfs bacteriën met een lage resistentiedrempel uiteindelijk superresistente nakomelingen opleveren. Bij een ander antibioticum, ciprofloxacin, ontwikkelden de bacteriën zelfs een 100.000-voudige resistentie ten opzichte van de begindosis.

'Fittest' is niet altijd de eerste
De wetenschappers stelden verder vast dat de meest sterkste en meest resistente bacteriën niet altijd de snelste waren om een nieuwe zone te koloniseren. In een aantal gevallen bleven ze achter zwakkere mutaties 'hangen'. "Wat we zagen lijkt er op te wijzen dat evolutie niet altijd door de meest resistente mutanten geleid wordt", zegt Baym. "Soms is het gunstiger gewoon als eerste in een nieuwe omgeving te zijn. De sterkste mutanten migreren vaak achter zwakkere broeders aan. Wie er het eerst is, zou wel eens door nabijheid bepaald kunnen worden, in plaats van door mutatiekracht".