在环境发生重大变化的情况下，物种究竟如何适应？Tom Vogwill教授和他的同事们想通过测量8种不同种类的假单胞菌生长速率和DNA突变来解决这个进化问题的核心，在生长过程中控制了一个重要的变量，即抗菌药物利福平的剂量。总的来说，从8种不同的假单胞菌(3840株)中对480个种群进行了挑战，以适应利福平的最小浓度，从而完全抑制每个物种祖先菌株的生长。对30代细菌进行了实验。接下来从8个不同的克隆菌株中随机选取75个耐利福平突变体，对所有600个突变体中的rpoB基因进行测序，鉴定出47个不同的突变。
博科园-科学科普：测量了在利福平的存在下克隆生长速率，以及一个基因的DNA突变，rpoB，一个已知的耐药介质。发现大多数rpoB突变只发生一次，一些发生在单个菌株中多次，而另一些则在多个菌株中多次发生。然而与流行的假设一致的是，同一种菌株的种群趋向于同时进化。尽管这8个菌株的基因差异很大，但他们也发现相同的突变对不同菌株的适应度有不同的影响，这表明基因组成是一个重要的适应度因素。最后证明了不同物种之间的生长速度差异更大。抗生素耐药性往往是通过细菌间保守的基因突变而进化而来的，这就增加了耐药性进化可能沿着类似的路径在细菌间传播的可能性。
图片：CC0 Public Domain
研究提供了很好的证据，证明基因组的其余部分会影响观察到哪些抗性突变，以及这些突变是如何影响达尔文适应性的。这些发现暗示我们在试图推断我们对菌株或物种之间的抗生素耐药性遗传学的理解时需要谨慎。这项研究的广度表明，这一强大的实验进化新工具可以为研究DNA突变、生长和进化之间关系提供重要的洞见。有整形手术患者感染了耐药性细菌，但没有人知道原因，康涅狄格大学微生物学家在水蛭的肠子里找到了答案。研究发表在《mBio》上，证明了在环境中发现的微量抗生素可以促进细菌的抗药性。来自分子和细胞生物学的康涅狄格微生物学家Joerg Graf对水蛭肠子非常熟悉。
?研究了成千上万份文件的内容，研究了细菌如何在动物的消化道内生存而不会使动物生病，而水蛭则是一个完美的研究案例；体内只有两种主要的细菌，其之间的关系相对简单。他认为自己也知道它们消化系统中的细菌，但在2011年得到了一个令人不快的惊喜，一个研究生索菲·科尔斯顿(Sophie Colston)在细菌培养上遇到了麻烦。这是一种通常在水蛭身上很有效的气单胞菌，通常会把气单胞菌菌株喂给水蛭，然后检查这种菌株在肠道内的生长情况。这一次，气单胞菌出现了问题。实验室里的另一名研究生莉迪亚·贝卡(Lidia Beka)也在追求这个目标。出于某种原因，它在自己的栖息地生存很艰难。与此同时，整形外科医生开始报告患者感染了对环丙沙星(一种重要的抗生素)具有耐药性的单胞菌。这些患者都接受了水蛭治疗，以改善手术部位的血流。
气单胞菌是一个庞大而多样化的群体，它们中的许多可以靠血液生存，这意味着如果它们进入伤口，它们可能会引起感染。但通常情况下很容易用环丙沙星治疗，而且在医院里也不会出现耐环丙沙星。耐药的气单胞菌必须来自水蛭——但是怎么来的呢？这些动物是在专门的农场饲养的，以控制的饮食喂养，并且只在一个病人身上使用一次。这些水蛭从来没有住过医院，也没有见过病人，它们都含有抗霉菌的细菌，当收到水蛭的时候会把水蛭放在有奶酪布的罐子里，把罐子放在冰箱里以模拟冬天。
当水蛭从冷藏室出来时，它们很饿，想要血，并不挑剔它来自哪里。水蛭是机会均等的吸血者。因此当疯牛病爆发导致人们不愿意使用牛血时，欧洲一个主要的水蛭养殖户转而使用水蛭的家禽血液。这一转变给实验室一个线索，如果鸡血被抗生素污染了怎么办？研究人员分析了饲养家禽血液的农场里水蛭的肠道内容物，发现了环丙沙星和安诺氟沙星的踪迹。但抗生素的含量却非常低。每毫升约0.01微克，比细菌必须存活的浓度低400倍，才能被认为是“耐药”。尽管如此，其他农场的水蛭——肠子里的气单胞菌测试菌株仍然生长良好——在它们的肠道中没有任何可检测到的抗生素。
医用水蛭，图片：CC0 Public Domain
如此低水平的西普罗，百分之一微克，真的会选择抗生素耐药性吗？从被抗生素污染的水蛭中分离出了气单胞菌，并对其基因组进行了测序，证实他们包含三个DNA片段，两个有突变的基因和一个质粒，这是对Cipro的抗性所必需的。基因突变对DNA复制至关重要，在生物学上代价高昂。这些细菌只有在对生存有用的情况下才能存活。事实上，当耐硫的气单胞菌在干净的实验室培养基中或水蛭中与气单胞菌的试验菌株一起生长时，试验菌株在它们身上到处生长。但如果在混合物中加入少量的抗生素，低至0.01微克/毫升，这种抗细菌的品种就占主导地位。
这是第一次在自然环境中观察到如此低水平的抗生素。在临床断点以下100x的抗生素水平允许耐药细菌比敏感细菌生长百万倍。这令人担忧，因为环丙沙星和相关药物在环境中不能很好地分解。存在于医院的废水中，来自制药公司和农场的废水中，甚至有时也存在于污水中。显然，在家禽的血液中。在美国，家禽饲养场禁止使用抗生素，但在欧洲禁止使用。由于抗生素在医院、制药和污水中的含量都很低，这些其他来源通常都不受监管。但是研究表明，这些低水平的物质很重要。如果有效的清理废物处理方法，就有可能使一些最重要的抗生素失效。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《mBio》,《Molecular Biology and Evolution》｜研究/来自：牛津大学出版社，康涅狄格大学
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