Pesquisadores da Harvard Medical School e do Instituto de Tecnologia de Israel produziram uma placa de Petri gigante e fizeram um timelapse mostrando bactérias sofrendo mutações e desenvolvendo resistência a um antibiótico.
O novo estudo, publicado na revista Science, traz a primeira demonstração em larga escala de como uma bactéria reage a doses crescentes de antibióticos e como os micróbios exploram a seleção natural de Darwin para se adaptar — e até mesmo proliferar — em meio às drogas que deveriam matá-los.
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“O que mais nos surpreendeu foi o fato de conseguirmos ver toda a evolução acontecer na nossa frente”, disse o co-autor do estudo Michael Baym, pós-doutorado pela Harvard Medical School, ao Gizmodo. “Ali estavam diagramas abstratos que tinham sido de desenho por anos, e agora se tornaram vivos.”
Todos os anos, cerca de 700 mil pessoas morrem no mundo por infecções não tratadas, e bactérias super resistentes à antibióticos podem vir a matar mais de 10 milhões de pessoas por ano até o meio do século 21. Nesta semana, a ONU anunciou uma conferência para discutir as possíveis estratégias e medidas para evitar esse cenário.
Baym trabalhou com Roy Kishony do Instituto de Tecnologia de Israel e da Harvard Medical School no experimento. Eles chamam a placa de Petri gigante de “Arena de Crescimento e Evolução Microbiana”, ou MEGA, na sigla em inglês. É uma plataforma retangular com 60 centímetros de largura e 120 centímetros de comprimento, preenchida com uma substância gelatinosa conhecida como agar, um derivado de algas marinhas que é comumente utilizado como meio de cultura para micróbios. Usando a MEGA, os especialistas conseguiram ver a resistência aos antibióticos se desenvolver numa Escherichia coli.
Eles dividiram a MEGA em várias seções, cada uma delas com uma saturação diferente de antibióticos. O final da plataforma não tinha remédio, permitindo que a bactéria proliferasse; essas áreas representaram o ponto de partida. Mas as intersecções adjacentes continham uma pequena quantidade de antibióticos — o suficiente para matar a E. coli. Indo para o meio, cada seção seguinte da MEGA continha um aumento de 10 vezes na dose da droga. No centro da placa, havia mil vezes mais antibióticos se comparado com as áreas de menor dose.
Durante duas semanas, os pesquisadores viram — e filmaram — como a bactéria morria, sobrevivia e se adaptava às condições adversas localizadas nas bordas dos perímetros. O vídeo em timelapse nos mostra literalmente o processo Darwiniano em curso — algo que normalmente permaneceria invisível aos nossos olhos.
Ao longo das semanas, a bactéria se proliferava a ponto de chegar numa concentração potente de antibiótico pela qual não conseguia mais avançar. Isto é, até que uma versão mutante — que continha as armas necessárias para combater o remédio — finalmente surgisse. A cada nível de concentração de droga, um pequeno segmento das bactérias se adaptavam às condições adversas, resultado de sucessivas mudanças genéticas.
Uma vez estabelecidas em uma nova seção da MEGA, as pequenas populações de bactérias resistentes conseguiram proliferar. Quando elas chegavam na seção seguinte, o padrão se repetia. Os descendentes do grupo inicial de mutantes conseguia avançar para áreas com concentrações maiores de antibióticos. A partir daí, múltiplas linhagens de mutantes competiam pelo mesmo espaço e a que conseguisse resistir, se movia para áreas com doses ainda maiores de remédio.
No décimo primeiro dia, as bactérias migraram para o ponto com a maior concentração de antibióticos. As versões mutantes conseguiram sobreviver a um antibiótico conhecido como trimetoprima numa dose mil vezes maior do que aquela que matou seus antepassados. E algumas bactérias adquiriram uma resistência 100 mil vezes maior ao ciprofloxacina, outro antibiótico comum.
“Conseguimos evoluir as bactérias para uma resistência de milhares de vezes ao trimetoprima em 11 dias — esse número está próximo à saturação limite da droga”, disse Baym. “Para simplificar, não há nenhuma maneira de dissolver droga o suficiente para matar essas bactérias.” É importante ressaltar que todas as bactérias mutantes foram eliminadas e todos os materiais descontaminados após o uso.
As observações mostraram que as mutações iniciais levaram o crescimento para uma taxa menor. Isso sugere que as bactérias não são capazes de crescer rapidamente em meio a um processo de adaptação. Mas uma vezes que elas tenham alcançado a imunidade, todos seus sistemas funcionam e taxa de crescimento volta ao normal.
Além disso, os mutantes mais aptos nem sempre eram aqueles que cresciam mais rapidamente. As bactérias mais bem sucedidas ficavam na parte inferior da seção, enquanto as mais fracas eram obrigadas a lidar com a doses mais intensas na linha de frente.
“Graças à necessidade de migração para sobrevivência, nós observamos uma surpreendente dinâmica em que os mais fortes não necessariamente estavam ganhando, mas sim aqueles que eram bons o suficientes e estavam próximos o suficiente da nova área conseguiam vencer as mutações superiores só por serem mais rápidos”, disse Baym. “Contudo, em cada caso nós vimos como uma sucessiva acumulação de mutações foi capaz de evoluir em níveis extremamente altos de resistência a antibióticos num período de tempo relativamente curto.”
No futuro, os pesquisadores esperam usar a MEGA para prever o potencial evolutivo de patógenos específicos. Com esse conhecimento, médicos poderão dizer qual patógeno é resistente a um antibiótico e como ele desenvolveria resistência se um determinado remédio fosse usado.
[Science]