แบคทีเรียกับยาปฏิชีวนะ: การทดลองด้วยภาพ

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

"วิวัฒนาการ" คืออะไร? ประการแรกนี่คือการพัฒนาตามธรรมชาติพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมและการปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งมีชีวิตค่อยๆ กลายพันธุ์เพื่อที่จะอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก

และตอนนี้เรากำลังพูดถึงไม่เพียง แต่เกี่ยวกับสัตว์เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับแบคทีเรียที่อยู่รอบตัวเราด้วย นักวิทยาศาสตร์จาก Harvard Medical School ได้ถ่ายทำวิดีโอที่น่าทึ่งซึ่งแสดงให้เราเห็นวิวัฒนาการของแบคทีเรีย E. coli เชิญรับชมได้เลยครับ

สาระสำคัญของการทดลองมีดังนี้: เพื่อแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียปรับตัวเข้ากับสภาวะแวดล้อมที่ยากลำบากเพื่อความอยู่รอดได้อย่างไร ด้วยเหตุนี้จึงสร้างจานเพาะเชื้อสี่เหลี่ยมขนาดยักษ์ขนาด 60 x 120 ซม. สารละลายธาตุอาหารไม่สม่ำเสมอ ชามถูกแบ่งออกเป็น 9 ส่วนสี่เหลี่ยม ส่วนนอกสองส่วนมีสารละลายธาตุอาหารปกติซึ่งแบคทีเรียสามารถขยายพันธุ์ได้อย่างอิสระ แต่ในแต่ละส่วนต่อๆ มา มีการเติมยาปฏิชีวนะ และยิ่งส่วนใกล้ตรงกลางชามมากเท่าใด ความเข้มข้นของยาปฏิชีวนะก็จะยิ่งสูงขึ้น

ดังนั้น ทันทีที่แบคทีเรียไปถึงชายแดนในส่วนถัดไป พวกมันไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องพัฒนาเพื่อต้านทานการคุกคามต่อชีวิตของพวกเขา แบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะสายพันธุ์ใหม่ยังคงเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้น อาณานิคมเก่าก็ตายทีละส่วน และกลุ่มใหม่ก็ค่อยๆ เคลื่อนไปสู่ศูนย์กลางของจานเพาะเชื้อที่ได้รับชัยชนะอย่างแน่นอน แน่นอน ในวิดีโอนี้ คุณจะเห็นการบันทึกกระบวนการนี้แบบทวีคูณ เนื่องจากการทดลองทั้งหมดใช้เวลา 11 วันของนักวิทยาศาสตร์ฮาร์วาร์ด

การทดลองนี้ไม่เพียงแต่มีคุณค่าทางวิทยาศาสตร์เท่านั้นแต่ยังมีคุณค่าทางการศึกษาอีกด้วย พื้นที่ขนาดใหญ่ของเวที MEGA ช่วยให้มองเห็นการกลายพันธุ์และการคัดเลือกโดยธรรมชาติระหว่างการแพร่กระจายของประชากรแบคทีเรียด้านหน้า

ในขณะที่การดื้อยาปฏิชีวนะยังคงเพิ่มขึ้น วิวัฒนาการคู่ขนานหลายสายก็ปรากฏในประชากรแบคทีเรีย ซึ่งแตกต่างกันในฟีโนไทป์และจีโนไทป์

จากการศึกษาแบคทีเรียในระดับแนวหน้าและด้านหลังประชากรแบคทีเรีย นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งที่น่าสนใจหลายอย่าง ปรากฎว่าวิวัฒนาการไม่ได้ขับเคลื่อนไปข้างหน้าโดยแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะมากที่สุดเสมอไป น่าแปลกที่บางครั้งเชื้อสายที่ดื้อยาที่สุดก็ติดอยู่เบื้องหลังแบคทีเรียที่อ่อนไหวกว่า เห็นได้ชัดว่านี่เป็นเพราะการกลายพันธุ์ "ก่อนวัยอันควร" เมื่อแบคทีเรียบางชนิดพร้อมที่จะอยู่รอดในความเข้มข้นที่สูงขึ้นของยาปฏิชีวนะ ซึ่งจะปรากฏในอนาคต แต่ยังไม่ปรากฏ ในสถานการณ์เช่นนี้ แบคทีเรียที่ปรับตัวได้ดีกว่าจะหลีกทางให้กับแหล่งกำเนิดของพวกมัน ซึ่งถูกปรับอย่างแม่นยำให้เข้ากับความเข้มข้นที่มีอยู่จริงในขณะนั้น

เพื่อทดสอบทฤษฎีนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เก็บตัวอย่างอาณานิคมของแบคทีเรียที่แยกได้ที่มีการกลายพันธุ์ "ก่อนกำหนด" และบังคับให้วางไว้ด้านหน้า ตามที่คาดไว้ พวกมันรอดชีวิตในสภาพที่หน้าแบคทีเรียหลักไม่สามารถอยู่รอดได้

นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าการปรับตัวที่ดีขึ้นต่อผลยาปฏิชีวนะที่อ่อนแอในภายหลังจะเร่งการปรับตัวให้เข้ากับความเข้มข้นที่สูงขึ้น (ภาพด้านล่าง) ทุกอย่างก็เหมือนกับคนที่ปรับตัวให้เข้ากับสภาพความเป็นอยู่ที่ดีขึ้นได้ดีกว่า หากการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นทีละน้อยและมองไม่เห็น