Un estudio proporciona nuevos conocimientos sobre la resistencia a los antibióticos y el panorama del fitness

Según un nuevo estudio, la bacteria E. coli puede ser mucho más capaz de desarrollar resistencia a los antibióticos de lo que los científicos pensaban anteriormente. publicado en Ciencia el 24 de noviembre.

Dirigidos por el profesor externo del SFI Andreas Wagner, los investigadores mapearon experimentalmente más de 260.000 posibles mutaciones de una proteína de E. coli que es esencial para la supervivencia de la bacteria cuando se expone al antibiótico trimetoprima.

A lo largo de miles de simulaciones digitales altamente realistas, los investigadores descubrieron que el 75% de todos los caminos evolutivos posibles de la proteína E. coli finalmente dotaron a la bacteria de un nivel tan alto de resistencia a los antibióticos que un médico ya no administraría el antibiótico. trimetoprima a un paciente.

“En esencia, este estudio sugiere que bacterias como E. coli pueden ser más propensas a desarrollar resistencia a los antibióticos de lo que pensábamos inicialmente, y esto tiene implicaciones más amplias para comprender cómo funcionan varios sistemas en Biología evolucionariala química y otros campos se adaptan y evolucionan”, dice Wagner, un biólogo evolutivo en la Universidad de Zurich en Suiza.

Además de descubrir hallazgos nuevos y potencialmente preocupantes sobre la resistencia a los antibióticos, el trabajo de los investigadores también arroja dudas sobre una teoría de larga data sobre aptitud física paisajes. Estos mapas genéticos representan qué tan bien se adapta un organismo (o una parte de él, como una proteína) a su entorno.

En los paisajes de fitness, diferentes puntos del paisaje representan diferentes genotipos de un organismo, y la altura de estos puntos representa qué tan bien se adapta cada genotipo a su entorno. En términos de biología evolutiva, el objetivo es encontrar el pico más alto, que indica el genotipo más apto.

La teoría predominante sobre los paisajes de aptitud predice que en paisajes muy accidentados, o aquellos con múltiples picos de aptitud, la mayoría de las poblaciones en evolución quedarán atrapadas en picos más bajos y nunca alcanzarán el pináculo de la adaptación evolutiva.

Sin embargo, probar esta teoría ha sido extremadamente difícil hasta ahora debido a la falta de datos experimentales en paisajes de aptitud suficientemente grandes.

Para abordar este desafío, Wagner y sus colegas utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR para crear uno de los paisajes de aptitud física combinatoriamente más completos hasta la fecha para la proteína dihidrofolato reductasa (DHFR) de E. coli.

Lo que encontraron fue sorprendente. El paisaje tenía muchos picos, pero la mayoría eran de baja aptitud, lo que los hacía menos interesantes para la adaptación. Sin embargo, incluso en este paisaje accidentado, alrededor del 75% de las poblaciones que simularon alcanzaron altos picos de aptitud física, lo que otorgaría a E. coli una alta resistencia a los antibióticos.

Las implicaciones en el mundo real son significativas. Si paisajes escarpados como este son comunes en sistemas biológicospodría significar que muchos procesos adaptativos, como Resistencia antibióticapuede ser más accesible de lo que se pensaba anteriormente.

En última instancia, el resultado podría conducir a una reevaluación de los modelos teóricos en diversos campos e impulsar más investigaciones sobre cómo impactan los paisajes del mundo real. procesos evolutivos.

“Esto tiene implicaciones profundas “No sólo en biología sino más allá, lo que nos impulsó a reevaluar nuestra comprensión de la evolución del paisaje en varios campos”, dice Wagner. “Necesitamos pasar de modelos teóricos abstractos a modelos de paisaje realistas y basados ​​en datos”.