Vi khuẩn có thể bất chấp quy luật tiến hóa

Ở hầu hết các loài sinh vật, sự tiến hóa và thích nghi được thúc đẩy bởi sự chuyển gen dọc (VGT), tức là sự chuyển giao vật chất di truyền từ bố mẹ sang con cái.

Tuy nhiên, các nhà khoa học đang công nhận một hình thức chuyển DNA thay thế cho thấy vật chất di truyền được truyền theo chiều ngang giữa các vi khuẩn, “bẻ cong” các quy tắc tiến hóa khi các đặc điểm có lợi xuất hiện giữa các quần thể chưa tiếp xúc với áp lực tiến hóa đã tạo ra một sự thích nghi cụ thể trong địa điểm đầu tiên.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí PNAS cho thấy những hiểu biết mới về sự lây lan của vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh và đánh dấu bước đầu tiên trên thế giới trong việc bất chấp quy luật tiến hóa.

Các gene cho phép vi khuẩn tồn tại với kháng sinh thường được tìm thấy trong bệnh viện, cống rãnh và trang trại vì những nơi này tiếp xúc với kháng sinh do hoạt động của con người, có thể là điều trị bệnh nhân, nước hoặc động vật.

Tỷ lệ hơi khó hiểu của những gene này là khi chúng được tìm thấy ở những nơi không tiếp xúc với thuốc kháng sinh theo cách này, chẳng hạn như rừng và cửa sông.

Mặc dù vi khuẩn được tìm thấy ở đây không cạnh tranh với thuốc kháng sinh, kích hoạt sự thích nghi của sự kháng thuốc, vi khuẩn vẫn được tìm thấy có chứa các gene kháng thuốc này. Sự xuất hiện liên quan của các gene này đã chứng kiến ​​khả năng kháng kháng sinh tăng hơn gấp đôi trong 20 năm qua.

Các nhà nghiên cứu muốn hiểu làm thế nào những gene kháng thuốc này đã lan truyền trong môi trường bằng cách xem xét các vi khuẩn nhạy cảm với kháng sinh trong phòng thí nghiệm.

Họ giữ nó trong môi trường tăng trưởng, không chứa kháng sinh nhưng cho phép nó tiếp nhận chuyển gene theo chiều ngang (HGT) từ vi khuẩn kháng kháng sinh.

Sử dụng giải trình tự toàn bộ bộ gene, họ có thể xác nhận rằng các gene kháng thuốc kháng sinh đang lan rộng trong quần thể, ngay cả khi không có chọn lọc. Những quần thể HGT này sau đó đã phải đọ sức với nồng độ thuốc kháng sinh cao và có thể sống sót trong khi các quần thể kiểm soát thì không.

Khám phá cho thấy lý do tại sao tình trạng kháng kháng sinh lại phát triển nhanh chóng trong các bệnh viện và làm thế nào mà các gene kháng kháng sinh có thể xuất hiện trong dân số, ngay cả khi không có áp lực lựa chọn kháng sinh.

“Vi khuẩn và DNA của chúng liên tục được vận chuyển qua những khoảng cách xa nhờ gió, nước, động vật và con người. Khi vi khuẩn hoặc DNA của vi khuẩn, được di chuyển xung quanh, điều này tạo cơ hội cho việc chuyển gene theo chiều ngang xảy ra”, tác giả nghiên cứu, tiến sĩ Mike McDonald cho biết.

Trước đây, các nhà nghiên cứu cho rằng sự thích nghi chỉ có thể lây lan qua các quần thể đã chịu áp lực chọn lọc, nhưng nghiên cứu này cho thấy ít nhất là khi kháng kháng sinh, các gene không cần mang lại lợi ích để lan truyền trong quần thể.

"Những gì chúng tôi tìm thấy trong thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của mình là các gene kháng sinh có thể hình thành trong điều kiện tăng trưởng ngay cả khi không có kháng sinh và ngay cả khi chúng không mang lại lợi ích, miễn là có đủ chuyển gene ngang và chi phí có hại của gene không quá cao.

Nghiên cứu này cho chúng tôi biết rằng việc sử dụng kháng sinh ở một địa điểm, ví dụ như trang trại, có thể dẫn đến tình trạng kháng kháng sinh lan sang một địa điểm khác, nơi các gene có thể tái tổ hợp thành những tổ hợp mới, nguy hiểm. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý cẩn thận đối với thuốc kháng sinh và giám sát để theo dõi sự phổ biến của các gene kháng thuốc kháng sinh”, tiến sĩ McDonald nói thêm.