Bakterien versus Antibiotika: ein visuelles Experiment

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Was ist "Evolution"? Dies ist zunächst einmal eine natürliche Entwicklung, die mit einer Veränderung der genetischen Zusammensetzung und einer Anpassung an die Umwelt einhergeht. Mit anderen Worten, Organismen mutieren allmählich, um in schwierigen Umgebungen zu überleben.

Und jetzt reden wir nicht nur über Tiere, sondern auch über die Bakterien, die uns umgeben. Wissenschaftler der Harvard Medical School haben ein erstaunliches Video gedreht, das uns die Evolution des Bakteriums E. coli zeigt. Wir laden Sie ein, es sich anzusehen.

Die Essenz des Experiments war wie folgt: zu zeigen, wie sich Bakterien für ihr Überleben an schwierige Umweltbedingungen anpassen. Dafür wurde eine riesige rechteckige Petrischale mit den Maßen 60 x 120 Zentimeter geschaffen. Die Nährlösung war nicht einheitlich. Die Schüssel war in 9 rechteckige Abschnitte unterteilt. Die beiden äußeren Abschnitte enthielten eine normale Nährlösung, in der sich Bakterien ungehindert vermehren können. Aber in jedem weiteren Abschnitt wurden Antibiotika hinzugefügt, und je näher der Abschnitt an der Mitte der Schüssel liegt, desto höher war die Antibiotikakonzentration.

Sobald die Bakterien also die Grenze zum nächsten Abschnitt erreichten, blieb ihnen nichts anderes übrig, als sich weiterzuentwickeln, um der Bedrohung ihres Lebens zu widerstehen. Neue Stämme antibiotikaresistenter Bakterien vermehrten sich weiter, und so starben Abschnitt für Abschnitt alte Kolonien, und neue bewegten sich langsam aber sicher weiter in Richtung des siegreichen Zentrums der Petrischale. Natürlich sehen Sie im Video eine mehrfach beschleunigte Aufzeichnung dieses Vorgangs, denn das ganze Experiment dauerte bei den Harvard-Wissenschaftlern 11 Tage.

Das Experiment hat nicht nur wissenschaftlichen, sondern auch pädagogischen Wert. Der große Raum der MEGA-Arena ermöglicht die visuelle Beobachtung von Mutationen und natürlicher Selektion während der Ausbreitung der Front der Bakterienpopulation.

Mit zunehmender Antibiotikaresistenz entstehen in der Bakterienpopulation zahlreiche parallele Evolutionslinien, die sich in Phänotyp und Genotyp unterscheiden.

Durch die Untersuchung von Bakterien an der Spitze und hinter der Bakterienpopulation haben Wissenschaftler mehrere interessante Dinge entdeckt. Es zeigte sich, dass die Evolution nicht immer von Bakterien vorangetrieben wird, die am stärksten gegen Antibiotika resistent sind. Seltsamerweise sind manchmal die widerstandsfähigsten Abstammungslinien hinter den empfindlichsten Bakterien gefangen. Anscheinend ist dies auf "vorzeitige" Mutationen zurückzuführen, wenn einige Bakterien in einer höheren Antibiotikakonzentration überlebensfähig sind, die in Zukunft erscheinen wird, aber noch nicht erschienen ist. In einer solchen Situation weichen potentiell besser angepasste Bakterien im Vorfeld ihren Artgenossen, die genau an die aktuell vorhandene Konzentration angepasst sind.

Um diese Theorie zu testen, nahmen Wissenschaftler Proben von isolierten Bakterienkolonien mit "vorzeitigen" Mutationen und platzierten sie gewaltsam vor der Vorderseite. Wie erwartet überlebten sie unter Bedingungen, unter denen die Hauptbakterienfront nicht überleben konnte.

Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass eine bessere Anpassung an eine schwache antibiotische Wirkung später die Anpassung an höhere Konzentrationen beschleunigt (Bild unten). Alles ist wie bei Menschen, die sich besser an sich verschlechternde Lebensbedingungen anpassen können, wenn Veränderungen allmählich und unmerklich eintreten.