Escherichia coli Secondo un nuovo studio pubblicato su , i batteri potrebbero essere molto più capaci di sviluppare resistenza agli antibiotici di quanto si pensasse in precedenza Scienza il 24 novembre.
Guidati dal professore esterno SFI Andreas Wagner, i ricercatori hanno mappato sperimentalmente più di 260.000 possibili mutazioni di un Escherichia coli proteina essenziale per la sopravvivenza dei batteri quando esposti all’antibiotico trimetoprim.
Nel corso di migliaia di simulazioni digitali altamente realistiche, i ricercatori hanno poi scoperto che il 75% di tutti i possibili percorsi evolutivi del Escherichia coli la proteina alla fine ha dotato i batteri di un livello così elevato di resistenza agli antibiotici che un medico non avrebbe più somministrato l’antibiotico trimetoprim a un paziente.
“In sostanza, questo studio suggerisce che ai batteri piace Escherichia coli potrebbero essere più abili nell’evoluzione della resistenza agli antibiotici di quanto pensassimo inizialmente, e questo ha implicazioni più ampie per comprendere come i vari sistemi nella biologia evoluzionistica, nella chimica e in altri campi si adattano ed evolvono,” dice Wagner, un biologo evoluzionista dell’Università di Zurigo in Svizzera.
Oltre a scoprire scoperte nuove e potenzialmente preoccupanti sulla resistenza agli antibiotici, il lavoro dei ricercatori mette anche in dubbio una teoria di lunga data sugli scenari del fitness. Queste mappe genetiche rappresentano il modo in cui un organismo – o una parte di esso, come una proteina – si adatta al suo ambiente.
Nei paesaggi del fitness, diversi punti del paesaggio rappresentano diversi genotipi di un organismo e l’altezza di questi punti rappresenta quanto bene ciascun genotipo è adattato al suo ambiente. In termini di biologia evoluzionistica, l’obiettivo è trovare il picco più alto, che indica il genotipo più adatto.
La teoria prevalente riguardo ai paesaggi di fitness prevede che in paesaggi altamente aspri, o quelli con più picchi di fitness, la maggior parte delle popolazioni in evoluzione rimarrà intrappolata nei picchi più bassi e non raggiungerà mai l’apice dell’adattamento evolutivo.
Tuttavia, testare questa teoria è stato estremamente difficile fino ad ora a causa della mancanza di dati sperimentali su scenari di fitness sufficientemente ampi.
Per affrontare questa sfida, Wagner e colleghi hanno utilizzato la tecnologia di editing genetico CRISPR per creare uno dei paesaggi di fitness più completi dal punto di vista combinatorio fino ad oggi per il mondo del fitness. Escherichia coli proteina diidrofolato reduttasi (DHFR).
Ciò che hanno scoperto è stato sorprendente. Il paesaggio aveva molti picchi, ma la maggior parte erano di bassa forma fisica, il che li rendeva meno interessanti per l’adattamento. Tuttavia, anche in questo paesaggio aspro, circa il 75% delle popolazioni simulate ha raggiunto picchi di fitness elevati, il che garantirebbe Escherichia coli elevata resistenza agli antibiotici.
Le implicazioni nel mondo reale sono significative. Se paesaggi aspri come questo sono comuni nei sistemi biologici, ciò potrebbe significare che molti processi di adattamento, come la resistenza agli antibiotici, potrebbero essere più accessibili di quanto si pensasse in precedenza.
Il risultato potrebbe infine portare a una rivalutazione dei modelli teorici in vari campi e stimolare ulteriori ricerche su come i paesaggi del mondo reale influiscono sui processi evolutivi.
“Ciò ha profonde implicazioni non solo in biologia ma anche oltre, spingendoci a rivalutare la nostra comprensione dell’evoluzione del paesaggio in vari campi”, afferma Wagner. “Dobbiamo passare da modelli teorici astratti a modelli paesaggistici realistici e basati sui dati.”
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