Nieuw onderzoek onder leiding van Carnegie Mellon University Assistant Professor of Physics Shiladitya Banerjee laat zien hoe bepaalde soorten bacteriën zich kunnen aanpassen aan langdurige blootstelling aan antibiotica door hun vorm te veranderen. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica .

Aanpassing is een fundamenteel biologisch proces dat organismen ertoe aanzet hun eigenschappen en gedrag te veranderen om beter in hun omgeving te passen, of het nu de beroemde diversiteit aan vinken is die is waargenomen door baanbrekend bioloog Charles Darwin of de vele soorten bacteriën waarmee mensen samenleven. Hoewel antibiotica mensen lang hebben geholpen om bacteriële infecties te voorkomen en te genezen, veel soorten bacteriën hebben zich steeds beter kunnen aanpassen om antibiotica te weerstaan.

Banerjee's onderzoek bij Carnegie Mellon en in zijn vorige functie aan het University College London (UCL) was gericht op de mechanica en fysica achter verschillende cellulaire processen, en een veelvoorkomend thema in zijn werk is dat de vorm van een cel grote effecten kan hebben op de reproductie en overleving. Samen met onderzoekers van de Universiteit van Chicago, besloot hij te onderzoeken hoe blootstelling aan antibiotica de groei en morfologie van de bacterie Caulobacter crescentus beïnvloedt, een veelgebruikt modelorganisme.

"Met behulp van eencellige experimenten en theoretische modellering, we tonen aan dat veranderingen in de celvorm fungeren als een feedbackstrategie om bacteriën beter aan te passen aan overlevende antibiotica, " Banerjee zei over wat hij en zijn medewerkers vonden.

Bij blootstelling aan minder dan dodelijke doses van het antibioticum chlooramfenicol gedurende meerdere generaties, de onderzoekers ontdekten dat de bacteriën hun vorm drastisch veranderden door breder en meer gebogen te worden.

"Deze vormveranderingen stellen bacteriën in staat om de stress van antibiotica te overwinnen en snelle groei te hervatten, " zei Banerjee. De onderzoekers kwamen tot deze conclusie door een theoretisch model te ontwikkelen om te laten zien hoe deze fysieke veranderingen de bacteriën in staat stellen een hogere kromming en een lagere oppervlakte-tot-volumeverhouding te bereiken, waardoor er minder antibioticadeeltjes door hun celoppervlakken zouden kunnen gaan terwijl ze groeien.

"Dit inzicht is van groot belang voor de menselijke gezondheid en zal waarschijnlijk tal van verdere moleculaire onderzoeken stimuleren naar de rol van celvorm op bacteriegroei en antibioticaresistentie, ' zei Banerjee.

Andere auteurs van de studie waren onder meer Aaron R. Dinner, Klevin Lo en Norbert F. Scherer van de Universiteit van Chicago; en Nikola Ojkic en Roisin Stephens, vorige leden van de Banerjee-onderzoeksgroep aan de UCL.