Πέμπτη, 12 Οκτωβρίου 2017

Το έξυπνο βακτήριο E.coli αλλάζει σχήμα και μέγεθος για να επιβιώσει, όταν απειλείται με αντιβιοτικά, στο περιβάλλον μηδενικής βαρύτητας του διαστήματος

Τα βακτήρια συμπεριφέρονται διαφορετικά στο διάστημα και  απαιτούνται υψηλότερες συγκεντρώσεις αντιβιοτικών για να τα σκοτώσουν.
σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές διεξήγαγαν μια συστηματική ανάλυση της μεταβαλλόμενης φυσικής εμφάνισης των βακτηριδίων κατά τη διάρκεια των πειραμάτων».
στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, η σχεδόν μηδενική βαρύτητα είχε απρόσμενο αποτέλεσμα στα δείγματα E. coli,  προκαλώντας τα να συμπεριφέρονται διαφορετικά.  Αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει προβλήματα στην αντιμετώπισή τους.
όταν οι αστροναύτες βρίσκονται στο διάστημα, εκατομμύρια βακτήρια τους συνοδεύουν. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι αυτοί οι μικροοργανισμοί συμπεριφέρονται τελείως διαφορετικά στο περιβάλλον της μικροβαρύτητας.
Για τη διερεύνηση πιθανών φαινοτυπικών αλλαγών στα βακτήρια που αναπτύσσονται στο διάστημα, δείγματα  E. Coli (κολοβακτηρίδιο Escherichia coli  που βρίσκεται στο πεπτικό σύστημα, στα έντερα και στα κόπρανα) καλλιεργήθηκαν επί του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, με αντίστοιχους ελέγχους στη Γη.
Ερευνητές από την BioServe Space Technologies του CU Boulder, υπέβαλλαν τα δείγματα σε διαφορετικές συγκεντρώσεις του αντιβιοτικού gentamicin sulfate (που στη γη τα σκοτώνει)
Τα βακτηριακά κύτταρα που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με το αντιβιοτικό θειικής γενταμικίνης, στο περιβάλλον του (ISS), ανταποκρίθηκαν με κάποια έξυπνη αλλαγή σχήματος που τα βοήθησε να επιβιώσουν.
 Η ανταπόκριση των καλλιεργημένων βακτηρίων περιελάμβανε αύξηση κατά 13 φορές του αριθμού των κυττάρων και 73% μείωση του μεγέθους των κυττάρων σε σύγκριση με τα δείγματα που εξετάστηκαν στη γη, δήλωσε ο συντάκτης της μελέτης Luis Zea, ερευνητής της BioServe Research.
Τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις τόσο στην αποτελεσματικότερη θεραπεία, των αστροναυτών με βακτηριακές λοιμώξεις στο διάστημα, όσο και στους ανθρώπους στη γη.
η νέα μελέτη έδειξε επίσης ότι το περίβλημα (εξωτερική στιβάδα) των βακτηριακών κυττάρων - ουσιαστικά το κυτταρικό τοίχωμα και η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη - κατέστη παχύτερο, πιθανόν για να προστατέψει τα βακτήρια ακόμη περισσότερο από το αντιβιοτικό.
Τα βακτήρια Ε. Coli που αναπτύσσονται στο διάστημα τείνουν επίσης να σχηματίζονται σε συστάδες, ίσως ένας αμυντικός ελιγμός των ειδών, που μπορεί να περιλαμβάνει ένα κέλυφος εξωτερικών κυττάρων που προστατεύουν τα εσωτερικά κύτταρα από τα αντιβιοτικά, δήλωσε ο Zea.

Επιπλέον, μερικά από τα κύτταρα Ε. Coli παρήγαγαν επίσης κυστίδια εξωτερικής μεμβράνης - μικρές κάψουλες που σχηματίζονται έξω από τα κυτταρικά τοιχώματα και λειτουργούν ως αγγελιοφόροι για τα κύτταρα ώστε να επικοινωνούν μεταξύ τους, πρόσθεσε ο Zea. Όταν τα κύτταρα με τέτοια κυστίδια φθάσουν σε κρίσιμη μάζα, μπορούν να συγχρονιστούν για να ξεκινήσουν τη διαδικασία μόλυνσης.
"Τόσο η αύξηση του πάχους του κυτταρικού περιβλήματος όσο και η παραγωγή των κυψελίδων της εξωτερικής μεμβράνης, μπορεί να είναι ενδεικτικά σημάδια της ενεργοποίησης των μηχανισμών αντοχής στα φάρμακα των δειγμάτων διαστημικής πτήσης"
 "Και αυτό το πείραμα όπως και τα άλλα, μας δίνουν την ευκαιρία να καταλάβουμε καλύτερα πώς τα βακτήρια γίνονται ανθεκτικά στα αντιβιοτικά εδώ στη Γη".

Το πείραμα BioServe ξεκίνησε στο ISS το 2014 στο διαστημικό σκάφος Orbital Sciences Cygnus. Οι αστροναύτες χρησιμοποίησαν για τα πειράματα στο ISS, υλικό που κατασκευάστηκε από την BioServe, σε αυτό συμπεριλαμβάνονταν θερμοκοιτίδες υψηλής τεχνολογίας και δοκιμαστικοί σωλήνες, για δύο ημέρες.
το πείραμα αναλύθηκε και επαναλήφθηκε στη γη, στο εμπορικό διαστημικό σκάφος SpaceX Dragon, αρκετούς μήνες αργότερα.
"Η χαμηλή βαρύτητα του χώρου παρέχει ένα μοναδικό δοκιμαστικό περιβάλλον, για την ανάπτυξη νέων τεχνικών, προϊόντων και διαδικασιών που μπορούν να ωφελήσουν όχι μόνο τους αστροναύτες αλλά και τους ανθρώπους στη Γη", δήλωσε ο BioServe Director Louis Stodieck, καθηγητής της Ann και H.J. Smead Aerospace Engineering Sciences (CU Boulder co-author)
 "Στο διάστημα, για παράδειγμα, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν περισσότερα για τις βιοχημικές αλλαγές σε διάφορα κύτταρα και οργανισμούς που η δύναμη της βαρύτητας στη Γη μπορεί να καλύπτει".
Η συσσωμάτωση των βακτηριακών κυττάρων του Ε. Coli μπορεί να σχετίζεται με τον σχηματισμό βιομεμβράνης (biofilm)  (μια κολλώδη ταινία από ζωντανούς μικροσκοπικούς οργανισμούς -μικροβιακές αποικίες-που δομούν μήτρα που εξασφαλίζει τη συνοχή της βιομεμβράνης και την περαιτέρω αύξησή της, μέσω ενός συνδυασμού κυτταρικής διαίρεσης και συσσώρευσης των μικροοργανισμών)
Τα βακτηρίδια που ζουν σε ένα βιοφίλμ συνήθως έχουν σημαντικά διαφορετικές ιδιότητες από τα ελεύθερα αιωρούμενα βακτηρίδια των ιδίων ειδών, καθώς το πυκνό και προστατευτικό περιβάλλον του βιοφίλμ, τους επιτρέπει να συνεργάζονται και να αλληλεπιδρούν με ποικίλους τρόπους. Ένα όφελος αυτού του περιβάλλοντος είναι η αυξημένη αντίσταση στα απορρυπαντικά και τα αντιβιοτικά, καθώς η πυκνή εξωκυττάρια μήτρα και η εξωτερική στιβάδα των κυττάρων προστατεύει το εσωτερικό αυτής της κοινότητας. Σε μερικές περιπτώσεις η αντίσταση στα αντιβιοτικά μπορεί να αυξηθεί χίλιες φορές.
Έχει ανακαλυφθεί ότι ένα μικρό κλάσμα των κυττάρων μέσα σε βιομεμβράνες κολοβακτηριδίων παραμένουν  ‘‘σε ύπνο’’ και είναι σχεδόν άνοσα στα αποτελέσματα των αντιβιοτικών.
Μόλις πέσουν τα επίπεδα του αντιβιοτικού, αυτά τα ‘‘επιμένοντα κύτταρα’’ ("persister cells") καθίστανται ενεργά, επαναπολλαπλασιάζονται και επαναδομούν τη βιομεμβράνη.  Τα "επιμένοντα κύτταρα" δεν είναι προϊόντα μετάλλαξης, αλλά φαινοτυπικές ποικιλίες του άγριου τύπου των βακτηριδίων.
Έχει υπολογιστεί ότι στο 80% των λοιμώξεων του ανθρωπίνου σώματος συμμετέχουν βιομεμβράνες. π.χ. οι ουρολοιμώξεις (Soto SM, et al, 2007), οι λοιμώξεις από καθετήρα (Koseoglu H, et al, 2006), ο σχηματισμός οδοντικής πλάκας (Wong L, Sissons CH, 2007), λοιμώξεις του μέσου ωτός (Hall-Stoodley L, et al, 2006), ουλίτιδες (Marsh PD., 2003), οφθαλμικές λοιμώξεις από φακούς επαφής (Zegans ME, et al, 2005), ενδοκαρδίτιδες (Nallapareddy SR, et al, 2006) , λοιμώξεις στην κυστική ίνωση (Matsui H,et al, 2006), λοιμώξεις επί μονίμων προθέσεων σε αρθρώσεις (Tunney MM, et al, 2007).
Οι βιομεμβράνες είναι πανταχού παρούσες,   υπάρχουν στα δόντια σχεδόν όλων των ζώων, ενώ μπορεί να τους αποδοθεί ευθύνη για τη σήψη των δοντιών.
Μπορούν επίσης να σχηματιστούν σε διάφορες επιφάνειες των διαστημικών οχημάτων, γεγονός που τους καθιστά πιθανή απειλή για την υγεία, για τους διαστημικούς ταξιδιώτες.

Άλλοι συν-συγγραφείς της μελέτης ήταν το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης στη Δανία, το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο της Κολωνίας της Γερμανίας και το Pontifical Καθολικό Πανεπιστήμιο του  Rio  Grande du Sol στο Πόρτο Αλέγκρε της Βραζιλίας.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο "Frontiers in Microbiology",
28-8-17

Phenotypic Changes Exhibited by E. coli Cultured in Space
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01598/full
η ομάδα επιστημόνων
Luis Zea , Michael Larsen , Frederico Estante, Klaus Qvortrup, Ralf Moeller, Sílvia Dias de Oliveira, Louis Stodieck and David Klaus
τα συνεργαζόμενα πανεπιστήμια
1. BioServe Space Technologies, University of Colorado at Boulder,  Boulder CO, United States

2. Τμήμα Βιοϊατρικών Επιστημών, Πανεπιστήμιο Κοπεγχάγης, Κοπεγχάγη, Δανία
Department of Biomedical Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark

3 Τμήμα Αεροδιαστημικής Μηχανικής Επιστημών, Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder, Boulder, CO, Ηνωμένες Πολιτείες
Department of Aerospace Engineering Sciences, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, United States

4 Ομάδα Ερευνών Διαστημικής Μικροβιολογίας, Τμήμα Ακτινοπροστασίας, Ινστιτούτο Αεροδιαστημικής Ιατρικής, Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο, Κολωνία, Γερμανία
Space Microbiology Research Group, Department of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, Germany

5 Ανοσολογία και Εργαστήριο Μικροβιολογίας, Καθολικό Πανεπιστήμιο του Rio Grande do Sul, Πόρτο Αλέγκρε, Βραζιλία
Immunology and Microbiology Laboratory, The Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
πηγές 12-9-17
http://www.colorado.edu/today/2017/09/12/why-bacteria-shapeshift-space
http://news.sky.com/story/shape-shifting-bacteria-spotted-on-international-space-station-11033655
σχετικό δημοσίευμα
αποικίες μικροοργανισμών που καλλιεργήθηκαν σε τροχιά
Τα διαστημικά βακτήρια (δείγματα του βακτηρίου Pseudomonas aeruginosa στο διαστημόπλοιο Atlantis της NASA),καλλιεργήθηκαν σε τεχνητή ουρία το 2010 και το 2011.
Η συμπεριφορά  των μικροοργανισμών σε συνθήκες μικροβαρύτητας, αποδεικνύει πώς η φύση είναι ικανή να προσαρμόζεται σε εξωγήινα περιβάλλοντα.
Τα βακτήρια αποτελούν έναν άριστο τρόπο μελέτης του πώς η ζωή προσαρμόζεται στο διάστημα.
στην ιστοσελίδα
https://www.news.gr/kosmos/episthmonikes-anakalypseis/article/79722/pos-ginontai-oi-organismoi-otan-megalonoyn-sto.html

Διαθέτουν τα βακτήρια συλλογική νοημοσύνη (ευφυία)?
τα βακτήρια διαθέτουν υψηλό βαθμό ανοχής στην περιβαλλοντική αλλαγή
εάν "Ανώτερος είναι όποιος μπορεί να επιβιώνει σε μεγαλύτερο εύρος εξωτερικών συνθηκών " τότε, με αυτό το κριτήριο τα βακτήρια θα αναδειχθούν πρωταθλητές .
Τα βακτήρια ξεπερνούν κάθε άλλη μορφή ζωής και σε αριθμό ατόμων και σε ποικιλία ειδών και , πιθανόν , σε βιομάζα . Δεν είναι υπερβολή να πούμε οτι "η Γή κατοικείται πο βακτήρια και μερικά άλλα είδη πλασμάτων" !
Κάποιος θα μπορούσε να πεί ότι είμαστε απλώς "οχήματα" ή "δοχεία" για την επιβίωση και εξάπλωση των βακτηρίων . Τα έχουμε μέσα στο έντερο και πάνω στο δέρμα  σε τεράστιους αριθμούς. Μπορεί τα βακτήρια που φιλοξενούμε στο έντερο να είναι περισσότερα απο τα κύτταρα του σώματός μας .
 στο διάστημα ταξιδεύει ο συμβιωτικός οργανισμός ΑΝΘΡΩΠΟΣ-ΒΑΚΤΗΡΙΑ" .
 σχετικό δημοσίευμα
 http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/47553/title/Bacteria-Show-Signs-of-Starvation-in-Space/
 http://jonlieffmd.com/blog/the-very-intelligent-intestine-epithelial-cell

Δεν υπάρχουν σχόλια: