(อังกูร์ ดาเลีย/มหาวิทยาลัยอินเดียนา)
แบคทีเรียเป็นหน่อเล็กๆ ที่ลื่น พวกมันพัฒนาอย่างรวดเร็ว พัฒนาความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ ดังนั้นจึงกลายเป็นเรื่องยากที่จะรับมือ ตอนนี้เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้จับภาพกลไกอย่างหนึ่งที่จุลินทรีย์ใช้ในการวิวัฒนาการที่รวดเร็วนี้
สองVibrio choleraeแบคทีเรีย - เชื้อโรคที่ทำให้เกิดอหิวาตกโรค - นั่งอยู่ใต้กล้องจุลทรรศน์ซึ่งมีแสงสีเขียวสดใส ขณะที่เราเฝ้าดู งูเลื้อยออกมาจากแบคทีเรียตัวหนึ่ง ฉมวกชิ้นส่วนของ DNA แล้วอุ้มมันกลับเข้าไปในร่างกายของมัน
อวัยวะนั้นเรียกว่าพิลี และกระบวนการที่แบคทีเรียรวมสารพันธุกรรมใหม่จากสิ่งมีชีวิตอื่นเข้ากับ DNA ของมันเองเพื่อเร่งการวิวัฒนาการเรียกว่าการถ่ายโอนยีนในแนวนอน
และนี่เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตแบคทีเรียโดยตรงโดยใช้พิลัสเพื่อส่งผลต่อการถ่ายโอนยีนนี้ เป็นกลไกที่มีการตั้งสมมติฐานมานานหลายทศวรรษ
"การถ่ายโอนยีนในแนวนอนเป็นวิธีสำคัญที่ทำให้การดื้อยาปฏิชีวนะเคลื่อนที่ระหว่างแบคทีเรียสายพันธุ์ต่างๆ แต่กระบวนการนี้ไม่เคยมีใครสังเกตเห็นมาก่อน เนื่องจากโครงสร้างที่เกี่ยวข้องมีขนาดเล็กมากอย่างไม่น่าเชื่อ"นักชีววิทยา อังกูร์ ดาเลีย กล่าวของมหาวิทยาลัยอินเดียนา บลูมิงตัน
“สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจกระบวนการนี้ เนื่องจากยิ่งเราเข้าใจมากขึ้นว่าแบคทีเรียแบ่งปัน DNA อย่างไร โอกาสของเราที่จะขัดขวางก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น”
วิธีการที่แบคทีเรียใช้ pili เพื่อดักจับ DNA ยังคงเป็นสิ่งที่เข้าใจยาก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเกล็ดที่เล็กมากที่เกี่ยวข้อง พีลัสบางกว่าเส้นผมมนุษย์ถึง 10,000 เท่า ซึ่งหมายความว่าสังเกตได้ยากมาก
สิ่งที่ทีมงานทำ และเหตุผลที่แบคทีเรียเหล่านั้นเรืองแสงด้วยแสงสีเขียวอันน่าขนลุก คือการพัฒนาวิธีการใหม่ในการทาสีทั้งพิลีและดีเอ็นเอด้วยสีย้อมเรืองแสง เมื่อพวกเขาติดชุดอุปกรณ์และคาบูเดิ้ลทั้งหมดไว้ใต้กล้องจุลทรรศน์ พวกเขาก็สามารถมองเห็นกระบวนการดังกล่าวด้วยตาของตนเองได้เป็นครั้งแรก
ในวิดีโอที่ด้านบนของหน้านี้ คุณจะเห็นสิ่งนี้ทางด้านขวามือ ภาพด้านซ้ายคือฉากที่ดูเหมือนไม่มีสีย้อม
(อังกูร์ ดาเลีย/มหาวิทยาลัยอินเดียนา)
พิลีลากเส้นผ่านรูพรุนในผนังเซลล์เพื่อจับชิ้นส่วนดีเอ็นเอ จากนั้นมันจะม้วนกลับเข้าไปด้วยความแม่นยำ
“ก็เหมือนกับการร้อยเข็ม”นักชีววิทยา คอร์ตนีย์ เอลลิสัน กล่าว-
“ขนาดของรูในเยื่อหุ้มชั้นนอกเกือบจะเท่ากับความกว้างของเกลียว DNA ที่โค้งงอครึ่งหนึ่งพอดี ซึ่งน่าจะเป็นสิ่งที่กำลังขวางอยู่ หากไม่มี pilus คอยนำทาง โอกาสที่ DNA จะกระแทกรูพรุน ที่มุมฉากที่จะผ่านเข้าไปในเซลล์โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นศูนย์"
การดื้อยาปฏิชีวนะสามารถถ่ายโอนระหว่างแบคทีเรียได้หลายวิธี และการถ่ายโอนยีนแนวนอนก็มีกลไกหลายประการเช่นกัน การดูดซึม DNA จากสิ่งแวดล้อมโดยรอบเรียกว่าการเปลี่ยนแปลง
เมื่อแบคทีเรียตาย พวกมันจะแยกออกและปล่อย DNA ออกมา จากนั้นแบคทีเรียตัวอื่นก็สามารถดักจับและรวมเข้ากับมันได้ หากแบคทีเรียที่ตายแล้วมีความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ แบคทีเรียที่จับ DNA ของผู้เสียชีวิตก็จะพัฒนาความต้านทานนั้น และแพร่กระจายไปยังลูกหลานของมันเอง
ด้วยวิธีนี้ การต่อต้านสามารถแพร่กระจายไปทั่วประชากรได้ราวกับไฟป่า และมันเป็นปัญหาใหญ่ตาม CDCมีผู้เสียชีวิตอย่างน้อย 23,000 รายในสหรัฐอเมริกาเนื่องจากการดื้อยาปฏิชีวนะ
ด้วยการหากลไกที่แน่นอนที่แบคทีเรียใช้ในการแพร่กระจายการดื้อยาปฏิชีวนะ นักวิจัยหวังว่าจะสามารถคิดค้นวิธีการป้องกันได้
ขั้นตอนต่อไปคือการหาคำตอบว่าพิลียึด DNA ในตำแหน่งที่ถูกต้องได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้ดูเหมือนว่าจะมีปฏิกิริยากับ DNA ในลักษณะที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน
และพวกเขายังหวังที่จะใช้วิธีการใช้สีย้อมเรืองแสงเพื่อสังเกตการทำงานอื่นๆ ของพิลี
"นี่เป็นอวัยวะที่ใช้งานได้หลากหลายจริงๆ"ดาเลียกล่าว- "วิธีการนี้ที่คิดค้นขึ้นที่ IU กำลังเปิดความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับการทำงานของแบคทีเรียทั้งหมด"
งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารจุลชีววิทยาธรรมชาติ-
