Lee Pellegrini摄
“我们发现，营养压力会导致细菌产生高度有组织的反应,生物学副教授Tim van Opijnen说, 该太阳城官网的首席太阳城官网员. “它似乎基本上认识到压力，并知道如何处理它.
“但对抗生素的反应是高度混乱的, 表明生物体在这种压力下有困难, 尝试各种不相关的事情来解决问题，克服压力,他说. “这表明这种细菌对抗生素的熟悉程度要低得多, 不知道如何恰当地回应.”
范Opijnen, 谁的数据驱动型太阳城官网帮助建立了对细菌如何依赖潜在遗传网络发挥作用的理解, 他说，这些发现可能会推动新药的开发，也有助于预测细菌是如何进化的, 适应并对抗生素产生耐药性.
范Opijnen和合著者Karen Zhu说, 卑诗大学博士生, 和前博士后太阳城官网员保罗·詹森, 现在在伊利诺伊大学工作, 将大量实验数据与一种新的方法相结合, 他们开发的大规模计算模型产生了新的见解，并挑战了一些长期以来关于细菌和治疗它们的药物之间相互作用的假设.
“对抗生素的反应是高度混乱的, 表明生物体在这种压力下有困难, 尝试各种不相关的事情来解决问题，克服压力. 这表明这种细菌对抗生素的熟悉程度要低得多, 不知道如何恰当地回应.”
S. 肺炎 杀死大约1人.每年500万人. 在之前的太阳城官网中, van Opijnen和他的同事们发现，不同的细菌菌株对抗生素的反应是不同的. 这一次，太阳城官网小组观察了菌株对不同压力源的反应. 太阳城官网小组采用了两种分析方法——一种使用多年，另一种是在van Opijnen实验室开发的.
该团队使用了一种被称为RNA测序的过程, 或RNA-Seq, 评估细菌基因的变化, 这个过程被称为转录. 长期以来，这种活动一直被视为理解细菌如何对抗抗生素和其他压力源的核心.
该团队将该分析与他们自己的技术配对:转座子插入测序，或Tn-Seq. 由van Opijnen开发, n- seq梳理了细菌中数百万个基因序列和单个基因功能. n- seq的优势在于它能够开始精确定位哪些基因起着最重要的防御作用.
在两年多的时间里, 该团队的RNA-Seq实验分析了8亿个基因序列，并产生了150个,000个数据点. n- seq分析1.20亿个序列，产生了3亿个数据点.
“RNA-Seq着眼于生物体基因组中每个基因的活性，”van Opijnen说. “每个基因的活性总是与重要性相关. 近三十年来的假设是，如果你把一个有机体给它施加压力, 基因的活性也随之改变, 一定很重要.”
van Opijnen说，这个假设很难验证. 但是用n- seq, van Opijnen有能力评估基因在特定情况下的重要性.
“我们发现，你不能假设基因活性的变化意味着该基因很重要,van Opijnen说. 他说，这是一个令人惊讶的发现. 毕竟, 如果基因活动的变化对生物体的生存并不重要，为什么会发生这种变化呢?
部分答案可能是基因在细菌菌株的整个基因组中起作用的协作性, van Opijnen说. “他们相互协作，共同履行职能, 分化成特定的表型,他说. “因此，基因在途径中相互作用是有关系的, or networks; they cooperate with each other.”
太阳城官网人员构建了对剥夺的协调反应的代谢模型, 这使得应答基因彼此之间的距离很近. 当受到抗生素的挑战时, 该模型表明，物理网络的响应在无序状态下被破坏，这些基因不再紧密靠近.
“细菌利用这些类型的调节来对抗压力，”朱说. “就营养消耗而言, 因为它们在进化过程中对这种压力做出了反应, 细菌“知道”如何协调这种活动. 但有一个相对较新的侵入性压力源, 比如抗生素, 细菌可能无法找到一种产生协调反应的方法.”
为了寻找某些类型的细菌对抗生素产生抗药性的原因, 太阳城官网人员已经建立了一种新的方法来理解为什么抗生素能成功地对抗细菌感染.
“通过结合计算和大规模实验工作, 我们已经建立了一个模型来得到第一个, 基本了解已知和未知的压力是如何被细菌处理的,van Opijnen说. “这是至关重要的，因为它使它成为未来某个时候进行新干预的垫脚石. 如果我们能理解压力是如何被处理的, 我们可以想出一个更好的方法来开发一种新的压力源来破坏生物体, 或者根除它.”
——ed Hayward / University Communications