研究表明，大腸桿菌的耐藥性進化能力遠遠超過科學家們之前的想象

根據11月24日發表在《科學》雜志上的一項新研究，大腸桿菌可能比科學家之前認為的更有能力進化出抗生素耐藥性。

在SFI外部教授Andreas Wagner的帶領下，研究人員通過實驗繪制了一種大腸桿菌蛋白的26萬多種可能突變，這種蛋白質在暴露于抗生素Trimethoprim (甲氧芐啶)時對細菌的生存至關重要。

在數千個高度逼真的數字模擬過程中，研究人員發現，大腸桿菌蛋白所有可能的進化路徑中，有75%最終賦予了細菌如此高的抗生素耐藥性，以至于臨床醫生不再給病人使用抗生素trimethoprim。

蘇黎世大學的進化生物學家Wagner說:“從本質上講，這項研究表明，像大腸桿菌這樣的細菌可能比我們最初想象的更善于進化出對抗生素的耐藥性，這對理解進化生物學、化學和其他領域的各種系統如何適應和進化具有更廣泛的意義。”

除了發現關于抗生素耐藥性的令人擔憂的新發現外，研究人員的工作還對一個長期存在的關于健康景觀的理論提出了質疑。這些基因圖譜代表了一個有機體——或者它的一部分，比如蛋白質，適應環境的能力。

在適合度圖像中，不同點代表生物體的不同基因型，這些點的高度代表每種基因型對其環境的適應程度。用進化生物學的術語來說，目標是找到最高峰，即最適合的基因型。

關于適應性圖像的主流理論預測，在高度崎嶇的景觀中，或者有多個適應性高峰的景觀中，大多數進化種群將被困在較低的高峰上，永遠不會達到進化適應的頂峰。

然而，到目前為止，由于缺乏足夠大的適應性景觀的實驗數據，測試這一理論一直非常困難。

為了應對這一挑戰，Wagner及其同事使用CRISPR基因編輯技術為大腸桿菌二氫葉酸還原酶(DHFR)蛋白創建了迄今為止最完整的組合適應度景觀。

他們的發現令人驚訝。地形上有許多山峰，但大多數都是低適應性的，使它們對適應不那么感興趣。然而，即使在這種崎嶇不平的環境中，他們模擬的大約75%的種群達到了高適應性峰值，這將使大腸桿菌具有高度的抗生素耐藥性。

現實世界的影響是重大的。如果像這樣崎嶇不平的景觀在生物系統中很常見，這可能意味著許多適應性過程，如抗生素耐藥性，可能比以前想象的更容易實現。

這一結果可能最終導致對各個領域理論模型的重新評估，并推動對現實世界景觀如何影響進化過程的進一步研究。

“這不僅對生物學有深遠的影響，而且對其他領域也有深遠的影響，促使我們重新評估我們對各個領域景觀進化的理解。我們需要從抽象的理論模型轉向基于數據的、現實的景觀模型。”

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