Vi khuẩn so với kháng sinh: một thí nghiệm trực quan

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

"Tiến hóa" là gì? Trước hết, đây là sự phát triển tự nhiên, kèm theo sự thay đổi thành phần gen và sự thích nghi với môi trường. Nói cách khác, các sinh vật dần dần biến đổi để tồn tại trong môi trường khó khăn.

Và bây giờ chúng ta đang nói không chỉ về động vật, mà còn về vi khuẩn xung quanh chúng ta. Các nhà khoa học từ Trường Y Harvard đã quay một đoạn video đáng kinh ngạc cho chúng ta thấy sự tiến hóa của vi khuẩn E. coli. Mời các bạn đón xem.

Bản chất của thí nghiệm như sau: để chứng minh cách vi khuẩn thích nghi với các điều kiện môi trường khó khăn để tồn tại. Để làm được điều này, một đĩa Petri hình chữ nhật khổng lồ có kích thước 60 x 120 cm đã được tạo ra. Dung dịch dinh dưỡng không đồng nhất. Cái bát được chia thành 9 phần hình chữ nhật. Hai phần bên ngoài chứa một dung dịch dinh dưỡng bình thường, trong đó vi khuẩn có thể tự do sinh sôi. Nhưng trong mỗi phần tiếp theo, kháng sinh được thêm vào, và phần càng gần giữa bát thì nồng độ kháng sinh càng cao.

Vì vậy, ngay sau khi vi khuẩn đến biên giới với phần tiếp theo, chúng không còn cách nào khác là phải tiến hóa để chống chọi lại mối đe dọa đối với cuộc sống của chúng. Các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh mới tiếp tục nhân lên, và cứ thế từng phần, các khuẩn lạc cũ chết đi, và các khuẩn lạc mới tiếp tục di chuyển chậm rãi nhưng chắc chắn về trung tâm chiến thắng của đĩa Petri. Tất nhiên, trong video, bạn sẽ thấy một đoạn ghi nhanh gấp nhiều lần quá trình này, bởi vì toàn bộ thí nghiệm đã diễn ra trong 11 ngày của các nhà khoa học Harvard.

Thí nghiệm không chỉ có giá trị khoa học mà còn có giá trị giáo dục. Không gian rộng lớn của đấu trường MEGA cho phép quan sát trực quan các đột biến và chọn lọc tự nhiên trong quá trình lây lan mặt trước của quần thể vi khuẩn.

Khi tình trạng kháng thuốc kháng sinh tiếp tục gia tăng, nhiều dòng tiến hóa song song xuất hiện trong quần thể vi khuẩn, chúng khác nhau về kiểu hình và kiểu gen.

Bằng cách nghiên cứu vi khuẩn ở phía trước và phía sau của quần thể vi khuẩn, các nhà khoa học đã phát hiện ra một số điều thú vị. Hóa ra không phải lúc nào quá trình tiến hóa cũng được thúc đẩy bởi những vi khuẩn có khả năng kháng thuốc kháng sinh cao nhất. Thật kỳ lạ, đôi khi những dòng giống kháng thuốc nhất lại bị mắc kẹt sau những vi khuẩn nhạy cảm hơn. Rõ ràng, điều này là do đột biến "quá sớm", khi một số vi khuẩn sẵn sàng tồn tại trong môi trường có nồng độ kháng sinh cao hơn, sẽ xuất hiện trong tương lai, nhưng vẫn chưa xuất hiện. Trong tình huống như vậy, các vi khuẩn có khả năng thích nghi hơn sẽ nhường chỗ cho các đồng loại của chúng, những vi khuẩn này thích nghi chính xác với nồng độ thực tế tồn tại vào thời điểm hiện tại.

Để kiểm tra lý thuyết này, các nhà khoa học đã lấy mẫu các đàn vi khuẩn bị cô lập có đột biến "chết yểu" và buộc chúng đặt trước mặt trước. Đúng như dự đoán, chúng sống sót trong điều kiện mà mặt trận vi khuẩn chính không thể tồn tại.

Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng việc thích ứng tốt hơn với tác dụng kháng sinh yếu sau đó sẽ tăng tốc độ thích ứng với nồng độ cao hơn (hình bên dưới). Mọi thứ giống như những người có khả năng thích nghi tốt hơn với điều kiện sống xấu đi nếu những thay đổi xảy ra dần dần và không thể nhận thấy.