Description du projet
Environnement spatial et développement de la résistance des bactéries aux médicaments
L’administration standard d’antibiotiques à un patient entraîne un profil de concentration non homogène, car la pénétration du médicament est imparfaite. Or, les expériences in vitro visant à étudier la résistance aux antibiotiques sont généralement réalisées dans des environnements liquides homogènes. Des études récentes suggèrent que les gradients de concentration spatiale des médicaments accélèrent le développement de la résistance, car les mutants réfractaires évoluent en envahissant les zones enrichies en médicaments. Le projet EvoSpa, financé par l’UE, entend mettre au point un nouveau test expérimental dans lequel les bactéries migreraient et évolueraient dans des centaines d’environnements créés indépendamment les uns des autres. Ce test reposera sur la manipulation de liquides personnalisés et sur la robotique afin de créer différents paysages antibiotiques et de mesurer l’évolution dans un ensemble d’environnements variés. Ce projet fournira une étude quantitative et systématique de l’impact de la structure spatiale sur la dynamique de l’évolution.
Objectif
Given the looming antibiotic resistance crisis, it is imperative to understand the fundamental determinants of resistance evolution dynamics. When antibiotics are administered to a patient, imperfect drug penetration leads to a highly inhomogeneous concentration profile. In contrast, evolution experiments to study resistance are commonly performed in homogeneous liquid environments. Recently, there has been a surge of theoretical studies suggesting that spatial drug concentration gradients drastically accelerate resistance evolution as resistant mutants evade resource competition by invading drug-enriched territory. However, the effect of spatial structure on evolutionary dynamics remains unclear due to a lack of experimental assays with well-defined, inhomogeneous landscapes.
Here, I propose to develop a novel experimental assay where bacteria migrate and evolve on a landscape consisting of hundreds of independently definable environments. This assay will be implemented using custom liquid handling and imaging robots to systematically program antibiotic landscapes and measure evolution on a wide range of drug environments. By combining this novel assay with theoretical modeling, I will investigate evolution in monotonous and rugged drug landscapes. Motivated by theoretical predictions that multi-drug strategies aimed at preventing resistance evolution become compromised in inhomogeneous environments, I will further investigate the effect of spatial inhomogeneity using defined multi-drug landscapes.
This project will provide a unique, quantitative and systematic experimental investigation on how spatial structure affects evolutionary dynamics. Beyond bacteria evolving antibiotic resistance, the same concepts apply for tumor resistance evolution. Overall, this project will greatly advance our understanding of resistance evolution with broad biomedical implications.
Champ scientifique
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologybacteriology
- natural sciencesbiological sciencesevolutionary biology
- medical and health sciencesbasic medicinepharmacology and pharmacypharmaceutical drugsantibiotics
- medical and health sciencesbasic medicinepharmacology and pharmacydrug resistanceantibiotic resistance
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinateur
50931 Koln
Allemagne