In een nieuwe studie gepubliceerd in de Tijdschrift voor biologische chemie ( JBC ), onderzoekers van de Universiteit van Notre Dame en de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben ontdekt dat de bacterie Pseudomonas aeruginosa, een ziekteverwekker die longontsteking veroorzaakt, sepsis en andere infecties, communiceert noodsignalen binnen een groep bacteriën als reactie op bepaalde antibiotica. Deze communicatie bleek over de kolonie te variëren en suggereert dat deze bacterie beschermend gedrag kan ontwikkelen dat bijdraagt ​​aan zijn vermogen om sommige antibiotica te verdragen.

"Er is een algemeen gebrek aan begrip over hoe gemeenschappen van bacteriën, zoals de opportunistische ziekteverwekker P. aeruginosa, reageren op antibiotica, " zei Nydia Morales-Soto, senior onderzoeker in civiele en milieutechniek en aardwetenschappen (CEEES) aan de Universiteit van Notre Dame en hoofdauteur van het artikel. "Het meeste van wat we weten komt uit studies over stationaire biofilmgemeenschappen, overwegende dat er vooraf minder bekend is over het proces wanneer bacteriën koloniseren, verspreiden en groeien. In dit onderzoek, ons onderzoeksteam heeft specifiek gekeken naar het gedrag van bacteriën in deze periode en wat dat kan betekenen voor antibioticaresistentie."

Het gemelde gedrag werd veroorzaakt door tobramycine, een antibioticum dat vaak wordt gebruikt in klinische omgevingen, en resulteerde in een dubbele signaalrespons. Omdat dit antibioticum werd toegediend aan een kolonie P. aeruginosa, de bacteriën produceerden een signaal naar een gelokaliseerd gebied van de kolonie - een Pseudomonas-chinolonsignaal (PQS) waarvan bekend is dat het voorkomt - evenals een tweede, reactie van de hele gemeenschap, bekend als het alkylhydroxychinoline (AQNO).

Het team bracht de productie van elke respons ruimtelijk in kaart, en stelde vast dat P. aeruginosa in staat is PQS in kleine pockets te produceren in significant hogere concentraties dan eerder geregistreerd. Deze bevindingen hielpen de selectie van de krant als een JBC "Editor's Pick, " een erkenning die alleen wordt gegeven aan de top 2 procent van de manuscripten die in een bepaald jaar in het tijdschrift zijn gepubliceerd.

De studie toonde aan dat PQS en AQNO onafhankelijk gereguleerde reacties zijn die opzettelijk verschillende berichten communiceren. Aanvullend, dit betekent dat het bacterietype enig vermogen kan hebben om de kolonie te beschermen tegen sommige externe toxines terwijl de bacteriën zich nog in een kolonisatiefase bevinden.

"Hoewel de AQNO-respons die in het artikel wordt geïdentificeerd een stressafhankelijk gedrag is, het is zo'n nieuwe chemische boodschap dat het nog niet definitief als signaal is bestempeld. Hoewel, op basis van onze bevindingen, wij geloven van wel, " zei Jozua Schrout, universitair hoofddocent van CEEES en gelijktijdig universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan de Universiteit van Notre Dame en co-auteur van het artikel. "Achteloos, dit werk opent een nieuw venster in het begrijpen van het gedrag van P. aeruginosa en mogelijk hoe deze bacterie tolerantie voor antibiotica bevordert."

De studie, die werd gefinancierd door de National Institutes of Health, was in staat om een ​​unieke bacteriële gedragsreactie te identificeren vanwege de onderscheidende onderzoeksmethode van het team. De groep gebruikte zowel Raman-spectroscopie als massaspectrometrie om een ​​weloverwogen analyse te voltooien, pixel voor pixel, van honderdduizenden pixels in hun chemische afbeeldingen. Dankzij dit gedetailleerde proces konden de onderzoekers de twee verschillende chemische reacties van de bacteriën op tobramycine identificeren, die anders gemakkelijk kan worden gemist. De methode is ook een uniek proces dat door dit specifieke team van onderzoekers is ontwikkeld.