Подбор сопротивления: Он-лайн калькуляторы для радиолюбителя

Содержание

Расчет сопротивления

1. Обмотка катушки выполнена из медного провода диаметром d = 0,815 мм. Провод покрыт эмалевой изоляцией. Размеры катушки: длина L = 125 мм, внутренний диаметр обмотки , внешний диаметр (рис. 2). От каркаса катушки обмотку отделяет картон толщиной Δ=0,55 мм.

Определить электрическое сопротивление обмотки при температуре 20 °С, считая для меди


Решение:
Для определения электрического сопротивления обмотки необходимо знать, помимо удельного сопротивления, площадь поперечного сечения S и длину l проволоки. Так как провод круглый, то

Длину l проволоки обмотки определим, витков катушки и длину среднего витка:

Число горизонтальных слоев (в направлении диаметров) равно ширине окна каркаса , разделенной на диаметр проволоки:


Число вертикальных рядов (в направлении длины) равно высоте окна каркаса , разделенной на диаметр проволоки:

Число витков катушки равно произведению чисел горизонтальных слоев и вертикальных рядов :

Длина проволоки катушки

Электрическое сопротивление обмотки

2. В схеме (рис. 3) переключатель служит для присоединения вольтметра к зажимам источника (положение 1) и для замыкания цепи (положение 2). Таким путем получены показания вольтметра 2,1 В и амперметра 1 А.

Чему равно внутреннее сопротивление источника, если внеишее сопротивление r = 2 Ом?

Решение:
При положении 1 переключателя источник разомкнут (I = 0), а вольтметр измеряет разность потенциалов между зажимами источника, равную Е = 2,1 В.
При положении 2 переключателя вольтметр отсоединяется от источника и последний замыкается на сопротивление r внешней цепи, ток в которой I=1 A.
На основании закона Ома сопротивление всей цепи

Так как внешнее сопротивление r=2 Ом, то внутреннее сопротивление источника


Описанный способ определения внутреннего сопротивления довольно приближенный, так как здесь было принято, что:
а) сопротивление вольтметра очень большое и, следовательно, ток в цепи вольтметра близок к нулю;
б) сопротивление амперметра равно нулю.

3. В схеме (рис. 4) показание вольтметра равно 2 В при замкнутом рубильнике и 1,8 В при замкнутых рубильниках . Пренебрегая током, проходящим через вольтметр, определить внутреннее сопротивление источника, если r=4 Ом и э.д.с. источника постоянна.

Решение:Сопротивление внешней цепи при замкнутом рубильнике равно и уменьшается вдвое после включения рубильника :

Уменьшение напряжения с 2 до 1,8 В после замыкания рубильника объясняется увеличением тока и пропорциональной ему потерей напряжения внутри источника.
По условию, э.д.с. источника постоянна, поэтому можно написать


Неизвестные токи определяют по закону Ома, после чего находят и внутреннее сопротивление источника:

Подставив найденные значения токов в уравнение (1), получим

Постоянная э. д. с. источника

Из результатов решения задачи видно, что уменьшение напряжения между зажимами источника не связано простой зависимостью с уменьшением сопротивления внешней цепи. Действительно, в данной задаче сопротивление внешней цепи уменьшалось в два раза , а напряжение — на 10%:


4. Определить диаметр и длину нихромовой проволоки для нагревательного элемента электрического кипятильника (127 В, 2,5 А), допуская плотность тока и принимая удельное сопротивление нихрома в нагретом состоянии

Решение:
Площадь поперечного сечения проволоки определяем по току и плотности тока:

Диаметр проволоки

Электрическое сопротивление проволоки на основании закона Ома

Длина проволоки для нагревательного элемента

5. В штепсельных магазинах сопротивлений отдельные сопротивления выводят из цепи включением штепселя (рис. 8).
Целесообразно — ли создать конструкцию, в которой при включении штепселя сопротивление r будет отсоединяться?

Решение:
Очень малое сопротивление пластин и штепселя вместе с сопротивлением переходных контактов включено параллельно сопротивлению r.
Следовательно, эквивалентное сопротивление



Так как множитель меньше единицы, то сопротивление меньше сопротивления .
Отсюда следует, что остающееся присоединенным к пластинам сопротивление r помогает свести к нулю сопротивление на рассматриваемом участке, представляя еще один путь для электрического тока. Таким образом, изменение существующей конструкции нецелесообразно. Например, пусть сопротивление двух переходных контактов на пути от одной пластины к другой равно . Сопротивлением пластин штепселя пренебрежем. Тогда, если r=1000 ом, получим

т. е. сопротивление меньше сопротивления . Сопротивление r больше сопротивления примерно в 500000 раз.

6. Ламповый реостат состоит из шести ламп мощностью по 60 Вт, соединенных параллельно.
Определить электрическое сопротивление реостата при различном числе включенных ламп, если напряжение сети 120 В.

Решение:
При одинаковом сопротивлении r у n пассивных элементов цепи (т. е. элементов цепи, не содержащих э.д.с), включенных параллельно, эквивалентное сопротивление

Сопротивление r каждой лампы можно определить по формуле


откуда

Поэтому можно составить табл. 4.

Таблица 4

240

     

1

2

3

4

5

6

240

120

80

60

48

40

 

Из табл. 4 видно, что более плавно изменяется сопротивление реостата при большом числе параллельно включенных ламп.

7. Три одинаковые обмотки статора трехфазного электродвигателя соединены треугольником (составляют замкнутый контур, рис. 9). При измерении их сопротивления воспользовались зажимами, выведенными от двух точек контура, причем показание амперметра было 1 А, вольтметра 2 В.
Определить сопротивление каждой из обмоток треугольника.

Решение:
По условию, электрические сопротивления обмоток одинаковы. Для тока в проводе обмотки образуют две параллельные ветви, в одной из которых сопротивление r, а в другой 2r (две обмотки соединены последовательно).
Эквивалентное сопротивление определяем по формуле для двух параллельных ветвей:

Кроме того, это сопротивление на основании закона Ома


Итак,

откуда r=3 Ом, т. е. сопротивление одной обмотки в 3/2 раза больше отношения показания вольтметра к показанию амперметра в рассматриваемой схеме.

8. Батарея из 63 кислотных аккумуляторов емкостью , соединенных последовательно, заряжается от источника постоянного напряжения 60 В, причем составляют три равных параллельных группы по 21 аккумулятору в каждой группе.
Определить величину сопротивления реостата для каждой из трех групп, если в конце зарядки напряжение аккумуляторов составляет 2,6 В, а в начале зарядки — 1,85 В; зарядка аккумуляторов производится током, соответствующим 8-часовой зарядке.


Решение:
Э.д.с. каждой группы аккумуляторов равна:
в начале зарядки

в конце зарядки

При напряжении заряжающего источника 60 В требуется «погасить» в реостате в начале зарядки , в конце зарядки , так как в этом процессе ток проходег через батарею в направлении, встречном э. д. с.

Ток 8-часовой зарядки составляет

Сопротивления реостата:


Расчет сопротивления теплопроводности стены для Новосибирска

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
СП 131-13330-2012 «Строительная климатология»

 

1. Исходные данные:
Район строительства: Новосибирск
Тип здания или помещения: Жилое
Вид ограждающей конструкции: Наружные стены

 

2. Климатические параметры
Значение расчетной температуры внутреннего воздуха tint для жилых помещений определено в соответствии с ГОСТ 30494–2011:

tint=210С

Значение расчетной температуры наружного воздуха text принято по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1), равной значению средней температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

text= -370С

Продолжительность отопительного периода Zht

определена по СП 131-13330-2012 (Таблица 2):

Zht=2210сут

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период textav принята по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1):

textav = -8,10С

Градусо–сутки отопительного периода Dd определены по СНиП 23-02-2003 (Формула 2):

Dd = (tint— textav) х Zht = (21+8,1) х 221= 6431 0С сут

 

 

3. Нормируемые теплоэнергетические параметры
Согласно п.5.3 СНиП 23-02-2003 нормируемое сопротивление теплопередаче определяется по формуле R=a•Dd+b (Таблица 4. (1)) и равно при расчетных условиях:

Rwreg = 0,00035 х 6431 + 1,4 = 3,65 м20С/Вт

где коэффициенты a и b для наружных стен жилых зданий принимаются из Таблицы 4 СНиП 23-02-2003

 

4. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
Приведенное сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

Rwr = (1/8,7 + δ1/ λa1 + δ2/ λa2 + δ3/ λa3 + … + 1/23) x r,

где
δ1… — толщина ограждающего слоя №1… в метрах;
λa1 – расчетный коэффициент теплопроводности материала №1… в условиях эксплуатации А;
r – коэффициент теплотехнической однородности в растворных швах. Определяется по таблице… или рассчитывается на основе данных толщины растворного шва, применяемого раствора, используемой арматуры;

Для сравнения свойств теплопроводности самого материала условимся, что растворного шва не существует и поэтому коэффициент теплотехнической однородности будет равен:

r = 1

 

Важно! В расчетах необходимо использовать расчетный коэф. теплопроводности в условиях «А». Эти условия учитывают тепло-влажностные процессы во время проживания. Некоторые производители лукавят, когда производят подобные расчеты с применением λсух . Для высушенного материала λсух меньше чем λa, следовательно, толщина стены будет подсчитана неверно, так как в естественных условиях стена ни когда не будет сухой и будет обладать своей естественной влажностью.

 

Пример расчета приведенного сопротивления теплопередачи для наружной стены, выполненной из автоклавного газобетона:

Автоклавный газобетон (p=600кг/м3) ГОСТ 31359-2007 приложение А, коэффициент теплопроводности λа=0,160Вт/(м°С), толщина δ=560мм

Rwr = (1/8,7 + 0,560/0,160 + 1/23) x 1= 3,66 м20С/Вт

Сравниваем с нормируемым значением:

Rwr = 3,66 м20С/Вт  >  Rwreg =3,65 м20С/Вт

Таким образом, минимальная толщина стены для автоклавного газобетона марки по плотности D600 должна быть не меньше 581мм. При этом мы помним, что блоки укладываются на клей с использованием армирующей сетки и следовательно толщина стены будет немного больше, так как в этом случае коэф. теплотехнической однородности r будет меньше 1.

На данном примере определены толщины наружных стен для поризованного блока, неавтоклавного газобетона, пенобетона, арболита и полистиролбетона.

 

Таблица №1. Толщина наружной стены, рассчитанной по нормам СНиП применительно к Новосибирской области.

 

Наименование

Газобетон
автоклав.

Поризованный блок

Газобетон
неавтоклав.

Пенобетон

Арболит

Полистирол
бетон

ГОСТ

31359-2007

530-2012

25485-89

25485-89

19222-84

33929-2016

Марка по плотности

D600

D600

D600

D600

D450

Марка по прочности

B2,5

М100

B2,0

В2,0

В1,5

В1,5

Морозостойоксть

F100

F50

F50

F75

F50

F200

Плотность, кг/м3

600

800

600

600

600

450

Коэф. теплопроводности:

 

λ сух., Вт/(м°С)

0,122

0,180

0,140

0,140

0,120

0,105

λa (Нов-кая обл.),
Вт/(м°С)

0,160

0,210

0,160

0,160

0,180

0,118

Нормируемое сопротивление теплопередаче для Новосибирской обл., м2  0С/Вт

3,65

Толщина стены, удовлетворяющий требованиям СНиП, мм

560 740 560 560 630 413

 

Среди представленных образцов, самым теплым материалом для наружной стены оказался полистиролбетон. Если вы решили строить здание 2 — 3 этажа, то блоки из полистиролбетона — разумный выбор с точки зрения сохранения тепла, прочности, водопоглощения, и других характеристик.

 

Расчет резистора для светодиода, калькулятор

Светодиод (светоизлучающий диод) — излучает свет в тот момент, когда через него протекает электрический ток. Простейшая схема для питания светодиодов состоит из источника питания, светодиода и резистора, подключенного последовательно с ним.

Такой резистор часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «А зачем светодиоду резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, с целью защиты его от сгорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, то в таком резисторе нет необходимости.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 604
Источник: http://www.joyta.ru/7705-raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator/

Калькулятор светодиодов. Расчет ограничительных резисторов для одиночных светодиодов и светодиодных массивов

Калькулятор нарисует принципиальную и монтажную схему одного светодиода с ограничительным резистором или светодиодного массива, состоящего из нескольких параллельных ветвей светодиодов, с последовательно включенным ограничительным резистором. Если вы только начинаете изучать электронику или учитесь в техническом университете, вы можете использовать этот калькулятор для изучения светодиодов. Если же вы не в первый раз разрабатываете массив светодиодов, воспользуйтесь им для проверки своих расчетов. И конечно, этот и другие калькуляторы на TranslatorsCafe.com пригодятся всем, кто хочет изучить технический английский, так как все они есть и в английской версии.

Пример: Рассчитать последовательно-параллельный массив, состоящий из 30 красных светодиодов с прямым напряжением 2 В и прямым током 20 мА для напряжения источника 12 В.

Входные данные

Напряжение источника питания

Vs В

Прямой ток светодиода

If мА

Выберите тип светодиода

или Прямое напряжение светодиода

Vf В

Количество светодиодов в массиве

Nt

Количество светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов с ограничительным резистором. Если этот параметр не задан, он будет рассчитан автоматически.

Ns

Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры

Выходные данные

Принципиальная схема

Монтажная схема

Номинал и максимальная рассеиваемая мощность резистора для последовательной цепи с максимальным для данного напряжения питания количеством светодиодов:

Общая мощность, рассеиваимая на всех ограничительных резисторах:

Общая мощность, рассеиваемая всеми светодиодами:

Общая мощность, потребляемая массивом светодиодов:

Ток, потребляемый от источника питания:

Количество светодиодов в матрице:

Количество последовательных ветвей, соединенных параллельно:

Количество светодиодов в последовательной ветви с макс. количеством светодиодов:

Количество светодиодов в дополнительной ветви с количеством светодиодов, меньшим максимального:

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 2014
Источник: https://www.translatorscafe.com/unit-converter/ru-RU/calculator/led-resistor/

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:

где:

  • V — напряжение источника питания
  • VLED — напряжение падения на светодиоде
  • I – рабочий ток светодиода

 Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:

Умный ПДУ для светодиодной ленты

Контроллер для RGBW/RGB/Dual White. Управление по радиоканалу, WIFI…

Светодиодный драйвер на PT4115

Для светодиодов 3 Вт 700mA / 1 Вт 350mA

Инфракрасный включатель для светодиодной ленты

Напряжение: 12/24В, ток: 5А, расстояние срабатыва…

Драйвер для светодиодной ленты

220В/12В, мощность: 18 Вт / 36 Вт / 72 Вт / 100 Вт…

Светодиодный драйвер

Мощность: 3 Вт, 4 Вт, 5 Вт, 7 Вт, Напряжение: 3…12В, выходной ток…

Контроллер светодиодной ленты

Bluetooth — WiFi контроллер для 5050, WS2811, WS2812B сведодиодной ленты…

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы (драйверы для светодиодов) которые обладают большей эффективностью.

Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.

Мы имеем:

  • источник питания: 12 вольт
  • напряжение светодиода: 2 вольта
  • рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из номинального ряда резисторов подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1901
Источник: http://www.joyta.ru/7705-raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator/

Простой калькулятор для расчета гасящего резистора

Теперь вы знаете как по формулам рассчитать гасящий резистор для питания светодиода. Для облегчения расчетов написан несложный онлайн-калькулятор:

Форму прислал Михаил Иванов.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 232
Источник: http://RadioStorage.net/3811-raschyot-rezistora-dlya-svetodioda-formuly-i-kalkulyator.html

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 1356
Источник: https://ledjournal.info/spravochnik/raschet-rezistora-dlya-svetodioda.html

Онлайн калькулятор

Предварительно составьте схему подключения, чтобы избежать ошибок в расчётах. Онлайн калькулятор покажет вам точное сопротивление  в Омах. Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону.

Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла.  Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь.

Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1277
Источник: http://led-obzor.ru/raschet-rezistora-dlya-svetodioda-kalkulyator

Расчет резистора при параллельном соединении светодиодов

Данное подключение является не желательным и я его не рекомендую применять на практике. Связано это с тем что, у каждого светодиода присутствует технологическое падение напряжения и даже если все светодиоды из одной упаковке – это не является гарантией, что у них падение напряжение будет одинаково из-за технологии производства.

В результате у одного светодиода, ток будет больше чем у других и если он превысить максимально допустимый ток, он выйдет из строя. Следующий светодиод перегорит быстрее, так как через него уже будет проходить оставшийся ток, распределенный между другими светодиодами и так до тех пор, пока все светодиода не выйдут из строя.


Рис.4 – Схема подключения светодиодов при параллельном соединении

Решить данную проблему можно подключив к каждому светодиоду свой резистор, как это показано на рис.5.


Рис.5 – Схема подключения светодиодов и резисторов при параллельном соединении

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 980
Источник: https://raschet.info/raschet-tokoogranichivajushhego-rezistora-dlja-svetodioda/

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора. Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи. Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются. В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора Rs, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения Vf должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.

Расчет токоограничительных резисторов

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.

Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи Nstrings:

Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов Nremainder LEDs :

Если Nremainder LEDs = 0, то дополнительной цепи не будет.

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:

Общая мощность PLED, рассеиваемая всеми светодиодами:

Мощность, потребляемая всеми резисторами:

Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута. Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.

Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.

Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:

Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:

Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:

И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:

Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.

Электротехнические и радиотехнические калькуляторы

Электроника — область физики и электротехники, изучающая методы конструирования и использования электронной аппаратуры и электронных схем, содержащих активные электронные элементы (диоды, транзисторы и интегральные микросхемы) и пассивные электронные элементы (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы), а также соединения между ними.
Радиотехника — инженерная дисциплина, изучающая проектирование и изготовление устройств, которые передают и принимают радиоволны в радиочастотной области спектра (от 3 кГц до 300 ГГц), также обрабатывают принимаемые и передаваемые сигналы. Примерами таких устройств являются радио- и телевизионные приемники, мобильные телефоны, маршрутизаторы, радиостанции, кредитные карточки, спутниковые приемники, компьютеры и другое оборудование, которое передает и принимает радиосигналы.
В этой части Конвертера физических единиц TranslatorsCafe.com представлена группа калькуляторов, выполняющих расчеты в различных областях электротехники, радиотехники и электроники.

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 7507
Источник: https://www.translatorscafe.com/unit-converter/ru-RU/calculator/led-resistor/

Можно ли обойтись без резисторов

В бюджетных или просто старых приборах используются резисторы. Также они используются для подключения всего только нескольких светодиодов.

Но есть более современный способ – это понижение тока через светодиодный драйвер. Так, в светильниках в 90% встречаются именно драйверы. Это специальные блоки, которые через схему преобразуют характеристики тока и напряжения питающей сети. Главное их достоинство – они обеспечивают стабильную силу тока при изменении/колебании входного напряжения.

Как сделать блок питания из энергосберегающей лампы своими руками.

Сегодня можно подобрать драйвер под любое количество светодиодов. Но рекомендуем не брать китайские аналоги! Кроме того, что они быстрей изнашиваются, ещё могут выдавать не те характеристики в работе, которые заявлены на упаковке.

Если светодиодов не так много, подойдут и резисторы вместо достаточно высокого по цене драйвера.

Интересное видео по теме:

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 944
Источник: https://LampaSveta.com/masterskaya/raschet-soprotivleniya-rezistora-dlya-svetodiodov

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 19660
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
  1. https://ledjournal.info/spravochnik/raschet-rezistora-dlya-svetodioda.html: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 1356 (7%)
  2. http://led-obzor.ru/raschet-rezistora-dlya-svetodioda-kalkulyator: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 2839 (14%)
  3. https://raschet.info/raschet-tokoogranichivajushhego-rezistora-dlja-svetodioda/: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 980 (5%)
  4. http://www.joyta.ru/7705-raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator/: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 3788 (19%)
  5. https://LampaSveta.com/masterskaya/raschet-soprotivleniya-rezistora-dlya-svetodiodov: использовано 1 блоков из 8, кол-во символов 944 (5%)
  6. http://RadioStorage.net/3811-raschyot-rezistora-dlya-svetodioda-formuly-i-kalkulyator.html: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 232 (1%)
  7. https://www.translatorscafe.com/unit-converter/ru-RU/calculator/led-resistor/: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 9521 (48%)

3. Расчет сопротивления фаз

Реактивное сопротивления фазы .

Полное сопротивление фазы и его аргумент ,.

Результаты расчетов сведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

 

Обозначение

Значения

Ед. изм.

Реактивное сопротивление фазы

10

Ом

Полное сопротивление (модуль) фазы

14.14

Ом

Аргумент сопротивления фазы

0.79

рад

45.00

град

4. Расчет линейных токов

Линейные (фазные) токи находятся по уравнениям

,

где ;;;;,

где ;;;,

где ;;.

Результаты расчетов сведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5

 

Обозначение

Значения

Ед. изм.

Модуль фазного (линейного) тока

15.556

A

Аргумент фазного тока

-0.785

рад

-45.000

град

Аргумент фазного тока

-2.880

рад

-165.000

град

Аргумент фазного тока

1.309

рад

75.000

град

Активная часть линейного тока

11.000

A

Реактивная часть линейного тока

-11.000

A

Активная часть линейного тока

-15.026

A

Реактивная часть линейного тока

-4.026

A

Активная часть линейного тока

4.026

A

Реактивная часть линейного тока

15.026

A

Сумма активных составляющих линейных токов

0

A

Сумма реактивных составляющих линейных токов

0

A

Расчеты проведены без ошибок, если сумма активных и реактивных составляющих линейных токов равна нулю.

Векторная диаграмма токов и напряжений построена на рис.1.2.

Рис. 1.2. Векторная диаграмма токов и напряжений

5. Расчет активных мощностей

При симметричной нагрузке активная мощность в каждой фазе определятся уравнением , суммарная мощность сети.

Для проверки правильности расчетов целесообразно рассчитать суммарную мощность, выделяемую в резисторах фаз

.

Результаты расчетов сведены в табл. 1.6.

Таблица 1.6

 

Обозначение

Значения

Ед. изм.

Активная мощность фазы

2420

Вт

Суммарная активная мощность источников

7260

Вт

Суммарные потери мощности в активных сопротивлениях

7260

Вт

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что все расчеты проведены без ошибок.

Задача 2. Исследование четырехпроводных трехфазных цепей при несимметричной нагрузке

1. По базе данных (табл.2.1) для своего варианта определить параметры электрической цепи (рис. 2.1), питающей от трехфазной сети синусоидального тока.

Рис. 2.1

2. Рассчитать фазные и линейные напряжения и их аргументы.

3. Рассчитать сопротивления фаз.

4. Рассчитать линейные (фазные) токи и построить векторную диаграмму токов и напряжений.

5. Рассчитать активные мощности фаз и в целом всей трехфазной цепи.

6. Исследовать влияние параметра, индекс которого указан в столбце 17 табл. 2.1, на токи ветвей и потребляемые мощности. Построить графики и,

Мутации и отбор — Устойчивость к антибиотикам — ReAct

Мутации могут привести к устойчивости бактерий к антибиотикам. Устойчивые бактерии выживают при лечении антибиотиками и могут увеличиваться в количестве в результате естественного отбора.

Мутации

Бактерии быстро растут и размножаются и могут достигать больших количеств. Когда бактерии размножаются, одна клетка делится на две клетки. Прежде чем бактерия сможет разделиться, ей необходимо создать две идентичные копии ДНК в своей хромосоме; по одному на каждую ячейку.Каждый раз, когда бактерия проходит через этот процесс, существует вероятность (или риск, в зависимости от конечного результата) возникновения ошибок; так называемые мутации. Эти мутации случайны и могут располагаться в любом месте ДНК. Мутации также могут образовываться из-за внешних факторов, таких как радиация или вредные химические вещества.

Естественный отбор

Хотя некоторые мутации вредны для бактерий, другие могут дать преимущество при определенных обстоятельствах. Здесь вступает в силу теория естественного отбора Дарвина.Если мутация дает бактерии преимущество в определенной среде, эта бактерия будет расти лучше, чем ее соседи, и может увеличиваться в численности — она ​​выбрана для.

Мутации могут обеспечивать устойчивость к антибиотикам

Мутации — это один из способов устойчивости бактерий к антибиотикам. Некоторые спонтанные мутации (или гены, полученные от других бактерий в результате горизонтального переноса генов) могут сделать бактерию устойчивой к антибиотикам (см. «Механизмы устойчивости» для получения информации о том, как бактерии сопротивляются действию антибиотиков).Если бы мы лечили популяцию бактерий этим специфическим антибиотиком, только устойчивые бактерии могли бы размножаться; антибиотик подбирает их. Эти бактерии теперь могут увеличиваться в количестве, и в результате возникает популяция в основном устойчивых бактерий.

Рисунок 1. Естественный отбор устойчивых к антибиотикам бактерий. Отправной точкой в ​​этом примере является большая популяция бактерий, в основном состоящая из бактерий, чувствительных к антибиотикам, и пары бактерий, случайно оказавшихся устойчивыми к антибиотикам.Добавляется бактерицидный антибиотик, который убивает большинство восприимчивых бактерий в популяции, в то время как устойчивые бактерии выживают. Только устойчивые бактерии будут продолжать размножаться в присутствии антибиотика, и их количество со временем будет увеличиваться. Конечным результатом является популяция в основном устойчивых бактерий.

Важно понимать, что селекция устойчивых к антибиотикам бактерий может происходить везде, где антибиотик присутствует в селективной концентрации. Когда мы лечим инфекцию, отбор может происходить на любом участке тела, до которого достигает антибиотик.Таким образом, антибиотик может выбирать гены и механизмы устойчивости как у патогенных бактерий, так и у комменсальных бактерий, живущих в организме, которые не имеют ничего общего с рассматриваемой инфекцией. При использовании антибиотиков узкого спектра действия (когда это возможно) снижается риск выбора антибиотикорезистентности комменсальной флоры.

Видео, объясняющее естественный отбор устойчивости к антибиотикам:

Избранные ресурсы

Еще из раздела «Устойчивость к антибиотикам»

Развитие устойчивости к антибиотикам при низких концентрациях антибиотиков, включая отбор ниже минимальной селективной концентрации

Оценка избирательного потенциала макролидов

Были выбраны пять целей устойчивости к макролидам ( ermB, ermF, семейство mef , mphA и msrD ) для количественной оценки с помощью кПЦР, поскольку они обычно регистрируются для ряда грамположительных и грамотрицательных бактерий 16 .Кроме того, mphA был наиболее распространенным геном устойчивости, обнаруженным в E. coli из клинических образцов Phuc Nguyen et al. 28 . Далее, ermB и ermF были предложены в качестве детерминант генетических индикаторов для оценки устойчивости к макролидам в окружающей среде 29 . Также был определен отбор по гену intI1 . IntI1 кодирует ген интегронной интегразы класса 1. Интегроны класса 1 часто описываются как хорошие маркеры антропогенного загрязнения и распространенности УПП, поскольку они объединяют широкий спектр генов устойчивости к антибиотикам и биоцидам 30,31,32,33,34 .

Был проведен обзор текущих концентраций макролидов, обнаруженных в типичных водных средах (за исключением концентраций, где обнаруживаются необычно высокие концентрации, например, в сточных водах фармацевтических препаратов) для трех соединений и метаболита эритромицина-H 2 O (Таблица 1) и исходные концентрации антибиотика были выбраны на основе этих значений. В дополнительной таблице 1 показан полный список концентраций и ссылки, которые можно найти в разделе «Дополнительная информация».

Таблица 1 Концентрации макролидов в окружающей среде.

Первоначальные эксперименты по определению диапазона исследовали, подходят ли экологически значимые концентрации (0,1, 1, 10 и 100 мкг / л) макролидов для целевых генов устойчивости, дополнительные рисунки. 1–3. Не наблюдалось значительного положительного отбора по любому из генов при любой концентрации макролидов. Затем было проведено исследование более высоких концентраций от 1000 до 10000 мкг / л для азитромицина и кларитромицина и при 1000, 10000 и 100000 мкг / л для эритромицина (поскольку было обнаружено, что он менее эффективен, чем некоторые из его полусинтетических производных 35 ) Дополнительные фиг.4–6.

Для mphA наблюдался значительный положительный отбор при чрезвычайно высоких концентрациях (10 000 мкг / л для азитромицина и кларитромицина и 100 000 мкг / л для эритромицина). Статистически значимый положительный отбор для ermF наблюдался с достоверностью 90% при 1000 мкг / л для азитромицина и эритромицина и с достоверностью 95% для кларитромицина и при последующих более высоких концентрациях для всех трех. Не наблюдалось значительного положительного отбора для ermB , msrD или семейства mef , хотя некоторые гены показали повышенную устойчивость (т.е., скорость потери гена в течение 7-дневного периода снижалась с увеличением концентрации антибиотика).

Это предполагает, что диапазон концентраций от 100 до 1000 мкг / л требуется для более точного определения наименьших наблюдаемых концентраций эффекта (LOEC) и MSC. Окончательный диапазон концентраций макролидов был выбран на основе ответов, наблюдаемых в экспериментах по определению диапазона, это были 100, 250, 500, 750, 1000, 10 000 и 100 000 мкг / л. В то время как ermF, mphA и intI1 прошли положительную селекцию, представлены только данные для ermF , поскольку селективный эффект для этого гена наблюдался при самой низкой концентрации для всех трех соединений.Однако mphA и intI1 демонстрируют гораздо более сильный ответ с точки зрения большего увеличения распространенности генов при более высоких концентрациях антибиотиков (дополнительные рисунки 7–12). Для всех трех макролидов значительный положительный отбор для ermF наблюдался при 750 мкг / л (рис. 1a – c, соответственно). Выбор ermF наблюдался с достоверностью 90% при 750 мкг / л как азитромицином ( p = 0,0616, z = -1,541855, тест Данна, Δ = 5,03) и эритромицином ( p = 0.0663, z = -1,503557, критерий Данна, Δ = 1,89) и кларитромицином с доверительной вероятностью 95% ( p = 0,0336, z = -1,830510, критерий Данна, Δ = 3,22), но значимого выбора не наблюдалось для всех макролидов в концентрации 500 мкг / л по сравнению с контролем без антибиотиков (рис. 1). Поэтому мы определили 750 мкг / л как LOEC для всех трех макролидов.

Рис. 1: Выбор ermF макролидными антибиотиками.

a Азитромицин. b Кларитромицин. c Эритромицин. * Значительный положительный отбор с достоверностью 90% по сравнению с контролем без антибиотиков. ** Значительный положительный отбор с достоверностью 95% по сравнению с контролем без антибиотиков. n = 5 повторов на концентрацию. Одна реплика с высоким выбросом была удалена из эксперимента с кларитромицином (день 7, 250 мкг / л). Коробчатые диаграммы следуют представлению Тьюки.

Для mphA селекция азитромицином произошла на 1000 ( p = 9.21e − 5, t = 4,470, гамма (log) GLM, Δ = 67,70), 10,000 ( p = 0,000413, t = 3,941, гамма (log) GLM, Δ = 43,27) и 100000 мкг / л ( p = 0,003762, t = 3,125, гамма (log) GLM, Δ = 21,30). Для кларитромицина не наблюдалось значительного увеличения распространенности mphA по сравнению с контролем без антибиотиков до 100000 мкг / л ( p = 0,0446, z = -1,699673, критерий Данна (разница), Δ = 8,66 ). Точно так же эритромицин не оказывал положительного воздействия на mphA до 100000 мкг / л ( p = 0.0361, z = −1,797731, тест Данна, Δ = 26,56). Графики этих данных можно увидеть на дополнительных рисунках. 7, 9 и 11 для азитромицина, кларитромицина и эритромицина соответственно.

В присутствии азитромицина, intI1 показал значительное увеличение по сравнению с контролем без антибиотиков до 90% достоверности при 1000 мкг / л ( p = 0,0886, t = -1,756, гамма (обратная) GLM, Δ = 415,64), 10 000 мкг / л ( p = 0,0894, t = -1.752 Гамма (обратная) GLM, Δ = 288,75) и 100 000 мкг / л ( p = 0,0932, t = -1,731, гамма (обратная) GLM, Δ = 125,42). Увеличение распространенности intI1 в присутствии кларитромицина по сравнению с контролем без антибиотиков наблюдалось только при 100000 мкг / л ( p = 1,46e-05, t = 5,105, Гауссовская GLM (разница), Δ = 1,81). Эритромицин также выбран для intI1 , по сравнению с контролем без антибиотиков, в концентрации 100000 мкг / л ( p = 0.0142, z = −2,191057, критерий Данна, Δ = 10,63). Графики для этих данных можно увидеть на дополнительных рисунках. 8, 10 и 12 для азитромицина, кларитромицина и эритромицина соответственно.

Было невозможно определить MSC для отбора ermF азитромицином и кларитромицином, поскольку линия тренда всегда была выше оси x для обоих. MSC определяется там, где линия наилучшего соответствия пересекает ось x (дополнительные рисунки 13 и 14, соответственно).Однако был рассчитан МСК эритромицина (рис. 2), который составил 514,1 мкг / л для ermF .

Рис. 2: График коэффициента отбора для ermF по эритромицину.

Значения коэффициентов отбора были определены, как описано ранее 5 . Они были построены с помощью линии наилучшего соответствия (порядок линии полиномиальной регрессии 4, R 2 = 0,1709, y = −2,544 e −12 x 4 + 1,564 e −09 x 3 + 2.59 e −06 x 2 — 0,001432 x + 0,01684). Здесь линия наилучшего соответствия пересекает ось x при 514,1 мкг / л, и это определяется как MSC для этого гена, выбранный этим соединением. n = 5 повторов на концентрацию.

Чтобы определить, возникла ли резистентность к макролидам на основе мутаций ниже LOEC, фенотипическая резистентность была определена количественно в диапазоне концентраций азитромицина. Для Enterobacteriaceae spp. Значительного отбора по устойчивости не наблюдалось.на агаре Chromocult, Staphylococci spp. на маннитол-солевом агаре или бактериях, способных расти на агаре Мюллера-Хинтона при концентрации 100 мкг / л. Хотя некоторое повышение устойчивости наблюдалось при концентрации 1000 мкг / л, оно не было значительным (дополнительный рис. 15).

Метагеномный анализ был проведен на подмножестве образцов из экспериментов по отбору макролидов, поскольку это было основным направлением исследования и не исследовалось в предыдущих исследованиях. Однако метагеномный анализ выбора тетрациклина и ципрофлоксацина ранее исследовался в исследованиях Lundström et al. 6 и Kraupner et al. 7 . От каждой обработки брали три повтора, включая LOEC для всех трех макролидов (750 мкг / л), концентрацию ниже этой (250 мкг / л) и более высокие концентрации, при которых сильный селективный эффект наблюдается у intI1 (1000, 10 000 и 100 000 мкг / л).

Метагеномный анализ позволил определить относительную численность всех охарактеризованных генов устойчивости к макролидам, линкозамидам и стрептограмину (MLS) в зависимости от концентрации макролидов (рис.3). Значительная разница в распространенности гена MLS наблюдалась как для азитромицина ( p = 0,0280, z = -1,911797, критерий Данна, Δ = 8,84), так и для эритромицина ( p = 0,0843, z = -1,376494, критерий Данна. тест, Δ = 0,72) при 10000, но не для кларитромицина. Значительная разница наблюдалась при 100000 мкг / л и для азитромицина ( p = 0,0047, z = -2,600044, тест Данна, Δ = 15,72) кларитромицина ( p = 0,0089, z = -2.370629, тест Данна, Δ = 5,16) и эритромицин ( p = 0,0109, z = -2,294157, тест Данна, Δ = 5,40) по сравнению с контролем без антибиотиков.

Рис. 3: Распространенность гена устойчивости к MLS как функция концентрации макролидов.

a Азитромицин. b Кларитромицин. c Эритромицин. * Значительное увеличение достоверности до 90% по сравнению с контролем без антибиотиков. ** Значительное увеличение достоверности до 95% по сравнению с контролем без антибиотиков. n = 3 повтора на концентрацию. Коробчатые диаграммы следуют представлению Тьюки.

Мы также наблюдали увеличение распространенности некоторых отдельных генов макролидов по сравнению с контролем без антибиотиков при 250 мкг / л, дополнительные рис. 16–18. В настоящее время это ниже, чем наши LOEC и MSC, определенные ermF . Поэтому мы количественно определили молекулярную распространенность двух из этих генов ( ermB и macB ) с помощью кПЦР, поскольку это считается более чувствительным подходом, чем метагеномика, и учитывает распространенность генов во всем сообществе, а не только секвенированные. фракция 6 .Эти гены были выбраны, чтобы представить гены устойчивости, относительные численность которых увеличивалась при более низких концентрациях. MacA не определялся количественно, поскольку он всегда встречается в сочетании с macB , поскольку они кодируют 2 субъединицы откачивающего насоса типа ABC — MacAB 36,37 . При использовании кПЦР для этих генов не наблюдалось положительного отбора (т. Е. Распространенность этих генов не увеличивалась со временем по сравнению с контролем без антибиотиков), дополнительные фиг. 19 и 20.

Совместная селекция наблюдалась при высоких концентрациях азитромицина и кларитромицина, дополнительные рис. 21–23. Устойчивость к определенным классам антибиотиков, по-видимому, была выбрана для относительно низких концентраций эритромицина (250 мкг / л), хотя, если сравнивать численность отдельных генов, дозозависимый ответ распространенности не демонстрировал связи с концентрацией антибиотика до тех пор, пока не были обнаружены гораздо более высокие концентрации, предполагающие это. может быть артефактом (дополнительный рис.24).

Анализ метагенома также предоставил информацию о структуре сообщества. Было обнаружено, что в репликах всех обработок преобладают E. coli и неклассифицированные Escherichia spp. но также включал ряд других грамотрицательных и грамположительных таксонов.

Реплики, обработанные азитромицином и кларитромицином, становились менее разнообразными с увеличением концентрации антибиотика, но менее четкая картина наблюдалась при обработке образцов эритромицином.Многие виды не могли быть обнаружены при обработке образцов 100 000 мкг / л определенного макролида, что указывает на то, что воздействие высоких концентраций снижает разнообразие сообщества (дополнительные рисунки 25–27).

Оценка селективного потенциала ципрофлоксацина

Клиническая контрольная точка Enterobacteriaceae из базы данных EUCAST была выбрана в качестве максимальной концентрации ципрофлоксацина — 1000 мкг / л (EUCAST, Клинические контрольные точки — бактерии (v. 4)). Последующие концентрации представляли собой серию двукратных разведений до 0.98 мкг / л.

qnrS был классоспецифическим геном, на который нацелена кПЦР для исследования отбора ципрофлоксацином в диапазоне концентраций. Это наиболее распространенный ген, идентифицированный из клинических изолятов Enterobacteriaceae , он подвижен и часто встречается в экологических штаммах 21,38 . Кроме того, сообщалось о генах qnr , встроенных в комплексные интегроны класса 1 39 . Ген intI1 также был пронумерован для исследования отбора ципрофлоксацином.Никакого значительного отбора для qnrS не наблюдалось ни при какой концентрации (дополнительный рис. 28). Для набора данных intI1 подход Даннета / Данна не соответствовал биологическому эффекту. Никакого значительного отбора не наблюдалось с тестом Данна до 125 мкг / л, однако явный биологический эффект можно увидеть при 15,625 мкг / л. По этой причине использовалась GLM. Это определило значительный эффект с достоверностью 90% при 15,625 ( p = 0,0634, t = 1,901, GLM Gamma (идентичность), Δ = 14.81) и 31,25 мкг / л ( p = 0,0553, t = 1,964, GLM-гамма (идентичность), Δ = 21,01) и с доверительной вероятностью 95% при 62,5 ( p = 0,0491, t = 2,019, GLM Gamma (идентичность), Δ = 32,39), 125 ( p = 0,0470, t = 2,039, GLM Gamma (идентичность), Δ = 40,04), 250 ( p = 0,0437, t = 2,071, GLM Gamma (идентичность), Δ = 63,89), 500 ( p = 0,0438, t = 2,070, GLM Gamma (идентичность), Δ = 62,75) и 1000 мкг / л ( p = 0.0429, t = 2,080, GLM Gamma (идентичность), Δ = 75,78) (рис.4).

Рис. 4. Выбор ципрофлоксацина для intI1 .

Значительный отбор ципрофлоксацином для intI1 наблюдается при концентрациях 15,625 мкг / л ( p = 0,0634, Gamma GLM) и выше. * Значительный положительный отбор с достоверностью 90% по сравнению с контролем без антибиотиков. ** Значительный положительный отбор с достоверностью 95% по сравнению с контролем без антибиотиков. n = 5 повторов на концентрацию. Коробчатый сюжет следует за изображением Тьюки.

Построив данные в виде коэффициентов отбора, было определено значение MSC 10,77 мкг / л (рис. 5).

Рис. 5: График коэффициента отбора для intI1 ципрофлоксацином.

Значения коэффициента отбора были определены, как ранее в Gullberg et al. 5 . Они были построены с использованием линии наилучшего соответствия (линия полиномиальной регрессии, порядок 4, R 2 = 0.4396, y = 0,1093 + 0,293 x –0,5274 x 2 + 0,1921 x 3 — 0,0188 x 4 ). Здесь линия наилучшего соответствия пересекает ось x при 10,77 мкг / л, и это определяется как MSC. График представляет собой преобразование квадратного корня из концентраций ципрофлоксацина 0,9765625, 1,953125, 3,, 7,8125, 15,625 и 31,25 мкг / л. n = 5 повторов на концентрацию.

Сравнение анализов in vitro для определения МСК

Чтобы определить, сопоставимы ли рассчитанные здесь МСК / LOEC с анализом микрокосма биопленки, разработанным Lundström et al. 6 , tetG количественно определяли с помощью кПЦР в отборочном эксперименте, проводившемся в течение 7 дней при отборе гидрохлорида тетрациклина. Концентрации тетрациклина были выбраны таким образом, чтобы охватить те концентрации, при которых MSC были зарегистрированы Lundström et al. 6 (т.е. 0,1, 1, 10 и 100 мкг / л). Значительный отбор с достоверностью 90% наблюдался при 1 мкг / л ( p = 0,0784, z = -1,416214 критерий Данна, Δ = 2,01), 10 мкг / л ( p = 0,0658, z = — 1.507583, тест Данна, Δ = 13,84) и 100 мкг / л ( p = 0,0784, z = -1,416214, тест Данна, Δ = 11,42) по сравнению с контролем без антибиотиков для tetG на 7 день ( Рис. 6а). Однако, когда данные были проанализированы путем сравнения распространенности в день 0-7 для каждой концентрации, как ранее в этом исследовании, наблюдалась потеря генов tetG при всех испытанных концентрациях тетрациклина (0,1–100 мкг / л) (рис. 6b). . Средняя начальная распространенность tetG в текущем исследовании была равна 0.0096, а самая высокая распространенность в конце 7 дней была 4.3E -06 . На графике коэффициентов отбора, созданном для этого набора данных, не наблюдалось положительного отбора, поэтому MSC не мог быть определен (дополнительный рисунок 29).

Рис. 6. Стойкость tetG как функция концентрации тетрациклина.

a Стойкость tetG на 7 день. b Распространенность tetG как на 0, так и на 7 день. * Значительное увеличение до 90% достоверности по сравнению с контролем без антибиотиков. n = 3 повтора на концентрацию. Коробчатые сюжеты следуют представлению Тьюки.

Устойчивость к антибиотикам

Устойчивость к антибиотикам — это способность микроорганизма противостоять воздействию антибиотика.

Это особый тип лекарственной устойчивости.

Устойчивость к антибиотикам развивается естественным путем в результате естественного отбора через случайные мутации, но ее также можно спроектировать, применив эволюционный стресс к популяции.

Как только такой ген сгенерирован, бактерии могут передавать генетическую информацию горизонтальным образом (между людьми) посредством обмена плазмидами.

Если бактерия несет несколько генов устойчивости, она называется мультирезистентной или, неофициально, супербактериями.

Причины Устойчивость к антибиотикам также может быть искусственно введена в микроорганизм с помощью протоколов трансформации.

Это может быть полезным способом имплантации искусственных генов в микроорганизм.

Устойчивость к антибиотикам является следствием эволюции путем естественного отбора.

Действие антибиотика — это давление окружающей среды; те бактерии, у которых есть мутация, позволяющая им выжить, будут продолжать воспроизводиться.

Затем они передадут эту черту своему потомству, которое будет полностью устойчивым поколением.

Несколько исследований показали, что схемы использования антибиотиков сильно влияют на количество развивающихся резистентных организмов.

Чрезмерное употребление антибиотиков широкого спектра действия, таких как цефалоспорины второго и третьего поколения, значительно ускоряет развитие устойчивости к метициллину.

Другие факторы, способствующие развитию устойчивости, включают неправильный диагноз, ненужные рецепты, неправильное использование антибиотиков пациентами и использование антибиотиков в качестве пищевых добавок для домашнего скота для стимулирования роста.

Исследователи недавно продемонстрировали, что бактериальный белок LexA может играть ключевую роль в приобретении бактериальных мутаций.

Устойчивые патогены Золотистый стафилококк (в просторечии известный как «золотистый стафилококк» или стафилококковая инфекция) является одним из основных резистентных патогенов.

Обнаруженный на слизистых оболочках и коже примерно трети населения, он чрезвычайно легко адаптируется к давлению антибиотиков.

Это была первая бактерия, у которой была обнаружена устойчивость к пенициллину — в 1947 году, всего через четыре года после начала массового производства препарата.

Тогда в качестве антибиотика выбора был выбран метициллин, но с тех пор он был заменен оксациллином из-за значительной токсичности для почек.

MRSA (метициллин-устойчивый золотистый стафилококк) был впервые обнаружен в Великобритании в 1961 году и сейчас «довольно распространен» в больницах.

MRSA стал причиной 37% смертельных случаев заражения крови в Великобритании в 1999 году по сравнению с 4% в 1991 году.

Половина всех инфекций, вызываемых S. aureus в США, устойчива к пенициллину, метициллину, тетрациклину и эритромицину.

Таким образом, ванкомицин оставался единственным эффективным средством, доступным в то время.

Однако штаммы с промежуточными (4-8 мкг / мл) уровнями устойчивости, получившие название GISA (промежуточный гликопептид Staphylococcus aureus) или VISA (промежуточный гликопептид Staphylococcus aureus), начали появляться в конце 1990-х годов.

Первый выявленный случай был зарегистрирован в Японии в 1996 году, и с тех пор штаммы были обнаружены в больницах Англии, Франции и США.

Первый задокументированный штамм с полной (> 16 мкг / мл) резистентностью к ванкомицину, получивший название VRSA (устойчивый к ванкомицину Staphylococcus aureus), появился в США в 2002 году.

Новый класс антибиотиков, оксазолидинонов, стал доступен в 1990-х годах, и первый коммерчески доступный оксазолидинон, линезолид, сопоставим по эффективности с ванкомицином против MRSA.

Устойчивость к линезолиду у Staphylococcus aureus была зарегистрирована в 2003 году.

CA-MRSA (внебольничный MRSA) превратился в эпидемию, вызывающую быстро прогрессирующие смертельные заболевания, включая некротическую пневмонию, тяжелый сепсис и некротический фасциит.

Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) — наиболее часто обнаруживаемый в больницах США патоген с устойчивостью к противомикробным препаратам.

Эпидемиология инфекций, вызываемых MRSA, быстро меняется.

За последние 10 лет в обществе возникли инфекции, вызываемые этим организмом.

Два клона MRSA в США, наиболее тесно связанных со вспышками заболеваний среди населения, USA400 (штамм MW2, линия ST1) и USA300, часто содержат гены лейкоцидина Пантона-Валентайна (PVL) и, более часто, связаны с кожей и мягкими тканями. инфекции.

Вспышки инфекции, вызываемой сообществом (CA) -MRSA, были зарегистрированы в исправительных учреждениях, среди спортивных команд, среди новобранцев, в яслях для новорожденных и среди активных гомосексуалистов.

Инфекции CA-MRSA в настоящее время, по-видимому, являются эндемическими во многих городских регионах и вызывают большую часть CA-S. aureus инфекции.

Enterococcus faecium — еще один супербактерий, обнаруживаемый в больницах.

Устойчивый к пенициллину энтерококк был обнаружен в 1983 году, устойчивый к ванкомицину энтерококк (VRE) в 1987 году и устойчивый к линезолиду энтерококк (LRE) в конце 1990-х годов.

Streptococcus pyogenes (Streptococcus группы A: GAS) обычно можно лечить различными антибиотиками.

Раннее лечение может снизить риск смерти от инвазивной стрептококковой болезни группы А.

Однако даже лучшая медицинская помощь не во всех случаях предотвращает смерть.

Людям с очень тяжелым заболеванием может потребоваться поддерживающая терапия в отделении интенсивной терапии.

Людям с некротическим фасциитом часто требуется хирургическое вмешательство для удаления поврежденной ткани.

Появились штаммы S. pyogenes, устойчивые к макролидным антибиотикам, однако все штаммы остаются одинаково чувствительными к пенициллину.

Устойчивость Streptococcus pneumoniae к пенициллину и другим бета-лактамам растет во всем мире.

Основной механизм устойчивости включает введение мутаций в гены, кодирующие пенициллин-связывающие белки.

Считается, что избирательное давление играет важную роль, а использование бета-лактамных антибиотиков считается фактором риска инфицирования и колонизации.

Streptococcus pneumoniae вызывает пневмонию, бактериемию, средний отит, менингит, синусит, перитонит и артрит.

Роль истории, случайности и естественного отбора в эволюции устойчивости к антибиотикам

Существенных изменений:

Хотя работа посвящена очень актуальному и интересному вопросу, рецензенты высказали некоторые опасения, которые необходимо решить, чтобы улучшить рукопись. Должны быть включены дополнительные экспериментальные детали, а также необходимы пояснения в отношении некоторых используемых концепций.Что еще более важно, необходимо конкретно рассмотреть ограничения этого подхода, а некоторые утверждения и интерпретации следует смягчить, особенно с учетом отсутствия контроля, свободного от наркотиков.

Мы благодарим рецензентов и редакторов за внимательное рассмотрение нашей рукописи. Мы согласны со всеми комментариями рецензентов и соответствующим образом отредактировали статью. Мы отредактировали рукопись для большей ясности и считаем, что исправленная рукопись была улучшена за счет изменений, предложенных рецензентами.Мы включили недостающие экспериментальные детали, мы смягчили некоторые выводы и мы включили два раздела о наших предположениях и ограничениях исследования. Мы также пояснили, что распространяли контрольные образцы, свободные от наркотиков, что было неясно в предыдущей рукописи. Мы благодарим редактора и рецензентов за улучшение этой рукописи.

1) Основное беспокойство вызывает интерпретация популяций, имеющих одинаковую генетику, но разные фенотипы (например, линии 300–310) — этот вывод неверен с учетом дизайна эксперимента.Авторы предоставляют несколько объяснений, но не учитывают альтернативу с высокой вероятностью, заключающуюся в том, что разные эксперименты состоят из смешанных популяций с различным генетическим составом. В качестве альтернативы, если авторы хотели вместо этого сосредоточиться на конкретных мутациях (то есть одних и тех же мутациях / локализованных мутациях) независимо от фона, тогда этот вывод тривиален — известно, что плейотропия существует

Мы согласны с рецензентом (см. Также комментарий №8). Мы изменили текст, признавая, что мы измеряем фенотип смешанных популяций, которые могут быть генетически гетерогенными, а также смягчили заключение этого раздела.(Строки 324–332)

Текст, прямо относящийся к этому комментарию:

«Поскольку резистентный фенотип был измерен в смешанных популяциях с различным генетическим фоном, возможно, что даже если аллель резистентности зафиксирован, разные генотипы в каждой популяции могли бы объяснить фенотипические различия», а в отношении эффектов конкретных мутаций: «Последующие- Для подтверждения этой гипотезы необходимы эксперименты с реконструированными вариантами на изогенном фоне ».

2) Я согласен с определениями автора изменения из-за истории и изменения из-за выбора, учитывая эволюцию, которую они разработали — и я нашел это довольно инновационным и в целом сильным.Однако определение и расчеты эволюции из-за случайности здесь шатки, учитывая только три повтора. Существует множество чрезвычайно строгих оценок генетического дрейфа во время эволюции бактерий (см. Всю работу Ленски) — три популяции довольно малы, чтобы утверждать это и проводить статистику. Включение случайности в качестве возможного участника мало что добавило к истории, и это вызвало больше вопросов, чем ответов, учитывая чрезвычайно разнообразную генетику, которая наблюдалась, и что данные о смешанных популяциях ниже 75% не были включены.

Мы ценим эти важные моменты и рады внести больше нюансов в аргумент о том, что роль случайности может быть определена с помощью нашего экспериментального плана.

Мы согласны с тем, что три популяции кажутся небольшим количеством повторений, чтобы можно было изучить влияние случая. Однако мы анализируем влияние случайности не только в трех повторностях, а в трех повторностях шести предков в двух независимых экспериментах. Фактически, результаты как по генотипу, так и по фенотипу показывают, что большинство реплик, начатых от одного предка, следовали уникальной эволюционной траектории, что подчеркивает важность случайности в нашем эксперименте.Случайность — одна из главных сил, определяющих вариативность эволюции. В отсутствие случайности эволюция от одного генотипа приведет к фиксации наиболее подходящего генотипа в каждом эксперименте. Мы обнаруживаем только 3 события параллельной эволюции на уровне нуклеотидов в репликах, происходящих от одного и того же предка (B3 и P2 в CAZ и P1 в IMI), но каждая из этих популяций приобрела уникальные мутации во время эксперимента. Тот факт, что мы не обнаруживаем одни и те же эволюционные траектории в репликах от данного предка — результат, которого можно было бы ожидать при отсутствии случайности — показывает, что экспериментальная установка способна обнаруживать эффекты случайности в эволюции. AMR.

Как только мы признаем, что роль случайности может быть обнаружена в нашем эксперименте, и зная, что количество повторов ограничено, мы решили оценить статистические доказательства каждой силы с помощью байесовского подхода, который особенно хорошо работает, когда размер выборки маленький и демонстрирует некоторые преимущества перед частотными методами (Wagenmakers, 2007). В частности, для данной силы мы вычислили байесовский фактор, который является результатом сравнения регрессионной модели, исключая эту силу, с полной моделью, которая включает все три силы.Этот подход позволяет оценить, насколько мощна включенная сила по сравнению с ее отсутствием по наблюдаемым данным. В случае случайности его включение было очень сильным в большинстве сценариев. С другой стороны, альтернативный традиционный анализ с использованием бутстрапа показал, что вклад случайности статистически отличался от вклада истории в большинстве проанализированных случаев (рисунки 2E и 3E).

Наконец, мы хотели бы уточнить, что мы включили в наш анализ данные всех мутаций, обнаруженных выше 5% частоты.См. Также пункт №6.

3) Эксперименты ошибочны без контроля над наркотиками. Было ли изменение устойчивости к CIP специфическим для нового выбора лекарства, или это просто отсутствие давления CIP? Это важно, поскольку авторы заявляют об эволюционных компромиссах, связанных с лекарствами, и сопутствующей чувствительности. Методы в строке 428: «Мы заморозили 1 мл контрольной популяции в дни…», но это единственное место, где упоминается контрольная популяция.

Мы понимаем опасения рецензента и соглашаемся с ними.С нашей экспериментальной установкой мы можем сделать вывод только о том, что реверсии произошли в планктонных условиях, в присутствии CAZ или IMI и в отсутствие CIP. Мы разъяснили это в тексте (Строка 370).

Мы понимаем, что реверсии были произведены, когда популяции подверглись воздействию CAZ или IMI, и случаются ли они также в отсутствие антибиотика, выходит за рамки статьи. См. Dunai et al., ELife 2019, блестящий пример анализа генотипических реверсий в условиях, свободных от антибиотиков.

Мы не сочли необходимым размножать все шесть клонов в трех повторностях в отсутствие CIP, чтобы проанализировать роль эволюционных сил во время эволюции нового антибиотика. Однако мы ценили необходимость безмедикаментозного контроля всего эксперимента. Таким образом, мы размножили контрольные популяции исходного предка в отсутствие антибиотика в течение 12 дней. Секвенировали два повтора, и две межгенные мутации, наблюдаемые в контрольных популяциях, вычитали из линий размножения в присутствии CAZ или IMI.Приносим извинения за эту путаницу, и мы ее прояснили (строки 484, 501).

4) Большую часть данных было трудно отслеживать, например, кратные изменения для MIC — например, после обсуждения устойчивости к CIP, обслуживания и реверсии было почти невозможно со ссылкой только на 4-кратные изменения. Другой пример — переход между IMI и CAZ, который параллельно обсуждается в начале, но затем разбивается на части.

Рисунок складок — это просто сводка фигур 2 и 3 в другом представлении.Приносим извинения за путаницу и, чтобы улучшить ясность рукописи, мы сделали ссылку на текст и рисунок 4 (строки 322, 365, 367 и 372). Кроме того, чтобы облегчить чтение статьи, мы обрисовали в общих чертах, какие разделы описывают результаты эволюции CAZ, а какие — результаты IMI (строки 173–176). Мы считаем, что описывать оба эксперимента вместе было сложнее, и решили разделить их на две части.

5) Ключевые экспериментальные детали отсутствуют.В каком объеме размножались популяции? Популяционные эксперименты не были хорошо описаны — как были инициированы повторные МПК? Какой объем был использован для секвенирования? Так далее и тому подобное. Это особенно важно для интерпретации результатов.

Спасибо. Мы внимательно изучили методы и уточнили все недостающие детали (строки 472-475, 491-494, 503-509, 516-519, 547-548).

6) Почему для определения аллелей использовался порог 75%, если популяции были секвенированы до уровня 5%?

Мы полагаем, что эта путаница происходит из легенды на Рисунке 4: «Здесь показаны только гены, в которых мутации достигли 75% или большей частоты или которые мутировали более чем в одной популяции».Мы использовали только порог 75% для представления мутаций на рисунке 4. Мы решили показать только мутации с частотой> 75% для наглядности рисунка. Все мутации, обнаруженные в эксперименте, можно найти в Таблице S3. Важно отметить, что для всех анализов, включая оценки сил на генотипическом уровне, использовались все наблюдаемые мутации (строки 264–265). Мы разъяснили это в разделе методов (строки 547-548).

7) Несмотря на то, что методы описаны очень подробно, не моделист, такой как я, не знает, как именно количественно оценивались отбор, история и случайность в фенотипических экспериментах, показанных на рисунке 2.Мне немного яснее, как они были количественно определены для геномных данных. Тем не менее, я думаю, что широкому кругу читателей будет полезно описание неспециалистов о том, как они были дифференцированы. Это жизненно важно для науки и представленных данных, и я, безусловно, был бы признателен за пояснение, особенно в отношении фенотипических данных на рисунке 2.

Мы добавили краткое описание того, как силы были дифференцированы в основной текст непосредственно перед начальными результатами и в методах (строки 168-176).

8) В строке 307. В отсутствие бактериальных генетических экспериментов, подтверждающих, что эти исторические инфекции на самом деле приводят к 4-кратным различиям в фенотипах, я думаю, что этот вывод следует смягчить.

Мы согласны с тем, что мы не можем окончательно определить, являются ли предыдущие мутации (исторический эффект) или новые мутации, приобретенные во время в разных генах (случай + отбор), управляют 4-кратными изменениями. Поэтому мы смягчили вывод (строки 325 — 336).Мы отметили этот комментарий строкой:

«Для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные эксперименты с реконструированными вариантами на изогенном фоне»

9) Строка 343: Есть ли польза от фитнес-экспериментов в среде без антибиотиков для подтверждения сделанного здесь предположения?

Это действительно интересный момент. Мы не считаем, что фитнес-эксперименты в среде без антибиотиков подтверждают предположение, сделанное в строке 343.Эволюционные эксперименты можно рассматривать как эксперименты с оптимальной конкуренцией. Возможно, эти конструкции являются лучшими экспериментами для проверки пригодности данного генотипа, поскольку интересующий генотип конкурирует не только с одним штаммом, как в парных соревнованиях, но и со всеми другими соперничающими мутациями, возникающими в каждом поколении. Обнаруженный высокий уровень параллелизма является лучшим показателем того, что реверсии адаптивны в этих размноженных популяциях.

Мы не знаем, приносят ли реверсии какую-либо пользу в отсутствие антибиотиков, и являются ли реверсии полезными в отсутствие CAZ или IMI тривиально для этой экспериментальной установки, поскольку эти генотипы были отобраны в присутствии CAZ или IMI.Однако мы можем подтвердить, что эти реверсии были адаптивными в планктонных условиях в отсутствие CIP и в присутствии CAZ / IMI.

Мы пояснили, что обратные мутации первоначально вызывали стоимость приспособляемости в присутствии CAZ или IMI и в отсутствие CIP (строка 388).

10) В некоторых случаях я обнаруживал, что построение результатов с точки зрения истории, вероятности и отбора было слишком общим, что иногда затрудняло понимание конкретных результатов, о которых сообщалось.Документ можно улучшить, используя более конкретный язык — возможно, ограниченный по объему — в описании и интерпретации результатов, потому что 1) для меня не очевидно, что результаты будут применяться в целом к ​​устойчивости к антибиотикам за пределами очень хорошей, но потенциально системной- конкретные результаты, представленные здесь; и 2) сами термины (история, случай, выбор) могут иметь разные значения в разных контекстах (подробнее об этом ниже).

Спасибо, мы лучше осознаем эти ограничения.Мы включили параграф, обсуждающий общность наших результатов в обсуждение (строки 437-450), и мы включили параграф, анализирующий допущения, сделанные для анализа сил (строки 570-591). Также см. Ответы на № 11, № 12 и № 13.

11) Дизайн исследования использовался во многих предыдущих исследованиях; это хорошо зарекомендовавшая себя, элегантная и породила много новых идей. Однако, насколько я понимаю, есть некоторые внутренние допущения этого подхода, которые следует кратко обсудить.В частности, предполагает ли подход по своей сути, что эффекты истории, случайности и отбора являются аддитивными (или, возможно, линейными) в некотором смысле (с точки зрения измерений фенотипической дисперсии или метрики генотипа на основе Манхэттена)? Хотя это упрощающее предположение кажется критически важным для силы подхода, мне не совсем ясно, справедливо ли это предположение в целом. Когда я пытаюсь представить это в терминах, скажем, простой модели динамики популяции, термины история, шанс и отбор сами по себе несколько туманны, и мне не ясно, могут ли они быть однозначно и однозначно определены даже в упрощенных теоретических моделях. (или, точнее говоря, меры фенотипа, основанные на дисперсии, соответствуют четко определенным характеристикам или параметрам моделей популяционной динамики).Я говорю это не для того, чтобы критиковать подход — опять же, его сила заключается в простоте конструкции и интуитивной ценности разделения этих трех эволюционных характеристик и попытки количественно оценить их вклад. Но я думаю, что статью можно было бы усилить, кратко обсудив лежащие в основе предположения — в идеале, указав на предыдущую работу (если она существует), в которой устанавливается, что функции являются аддитивными и измеримыми в том смысле, который требуется планом эксперимента. Если нет, то я думаю, что стоит кратко обсудить это ограничение, так как я беспокоюсь, что по своей сути нелинейная природа этих очень сложных, развивающихся систем может привести к неправильной интерпретации результатов.Учитывая общий успех подобных подходов в прошлых работах, я подозреваю, что авторы подробно продумали эти вопросы; обсуждение этих вопросов может открыть статью для более широкой аудитории, не знакомой со всеми предыдущими исследованиями.

Спасибо за вдумчивый комментарий. Чтобы уточнить, история, случайность и дизайн исследования адаптации сами по себе не делают предположений о линейности или аддитивности эффектов. Единственное линейное предположение, принятое в этом исследовании, заключалось в использовании вложенной линейной смешанной модели для оценки сил в фенотипическом случае.Мы выбрали такую ​​модель из-за ее простоты. Использование более сложных моделей, которые могли бы учитывать нелинейные эффекты, хотя и являлось многообещающим направлением, выходило за рамки исследования.

Вкратце, в случае фенотипической изменчивости вариация между популяциями просто распределяется между тремя возможными пулами: (i) различия между предками и эволюционировавшими популяциями (отбор), (ii) различия между развитыми популяциями с разными предками (история) и (iii) ) различия между развитыми популяциями с одним и тем же предком (шанс).Для генотипической изменчивости применяется та же логика, с использованием различий в частотах мутаций, относящихся к одним и тем же трем пулам. Неаддитивные эффекты становятся важными для рассмотрения, так это при интерпретации различий между фенотипическими и генотипическими показателями, которые мы обсудим ниже (см. № 13). Мы добавили обсуждение этих предположений в строках 591-613.

12) Один пример, связанный (но не идентичный) с вышеизложенным: в текущем эксперименте роль истории определяется в терминах предыдущих условий отбора (препарат и фаза роста).Но сам новый эволюционный эксперимент имеет несколько временных точек и даже качественно различных эпох (суб- и сверх-МПК). Таким образом, можно утверждать, что история постоянно играет роль на протяжении всей истории экспериментов не только для предыдущего отбора фторхинолонов, но также и для истории предыдущих временных точек / эпох новой эволюции (β-лактамов). Я считаю, что важно четко определить термины на всех этапах и обсудить, хотя бы кратко, ограничения выбранных определений.

Мы согласны с тем, что история играет непрерывную роль в ходе эксперимента. Согласно Трависано (Travisano et al., 1995) «набор потенциальных адаптаций строго ограничен унаследованной конституцией, так что в каждый момент ход эволюции зависит от предшествующих (исторических) событий». Теперь мы более четко осознаем, что история играет непрерывную роль в строках 71-74 и 606-613.

Например, мутации, приобретенные в первый день эксперимента, возникли случайно, были отобраны в присутствии CAZ или IMI, что имеет решающее значение для предыдущей эволюционной истории, т.е.е. эволюция в присутствии CIP. Если мы перейдем, например, к дню 3, предыдущие мутации, полученные в день 1, прямо сейчас являются историческими мутациями. Мы можем применить эту логику к любой возможной комбинации: мутации на 2-й день являются историческими мутациями, если вы проанализируете их эволюционные последствия на 4, 5, 6 день… Это просто зависит от вопроса, на который вы хотите ответить. Мы спрашиваем здесь, как предыдущее воздействие антибиотика X в образе жизни A и B влияет на дальнейшую адаптацию к антибиотику Y.Поэтому мы произвольно выбрали, что все, что произошло до воздействия второго антибиотика, было просто историей эволюции.

Анализируя литературу, можно сказать, что в большинстве экспериментов, последовавших за планом Травизано, произвольно выбиралось то, что они считают эволюционной историей, и от того, когда они рассматривают выбор + шанс (это даже несколько варьируется в исходной статье). Затем в конце эксперимента анализируются роли сил. Однако есть элегантная статья Реболледы-Гомеса и Травизано, в которой они периодически анализируют вклад трех сил в течение всей экспериментальной эволюции, а не только в конце эксперимента (Реболледа-Гомес и Травизано, Evolution 2019).

13) Хотя история, случайность и отбор количественно оцениваются как на генетическом, так и на фенотипическом уровне, мне неясно, можно ли напрямую сравнивать эти числа друг с другом (хотя это заманчиво!). Не могли бы авторы кратко прокомментировать связь между этими показателями, то есть, когда (и в какой степени) можно ожидать корреляции между ними (например, высокий уровень исторического влияния на генетическом уровне приводит к высокому уровню исторического влияния на фенотип ( MIC) уровень….принимая определения, используемые здесь).

Это интересный вопрос. Вклад истории, случайности и отбора на генотипическом и фенотипическом уровнях был бы одинаковым, если бы каждая возникшая мутация имела равный эффект на фенотип (или, по крайней мере, частота каждой мутации в популяции была пропорциональна ее фенотипу) и фенотипические эффекты были аддитивными, без эпистаза. Чем больше отклонение от этих предположений, тем больше будет различий между генотипическими и фенотипическими ролями истории, случайности и отбора.Однако различия между генотипическим и фенотипическим вкладом могут предложить дополнительную информацию об эволюционной системе. В наших результатах различия между генотипическим и фенотипическим анализами были скромными, что предполагает относительно небольшие отклонения от этих предположений. Самая большая разница заключалась в том, что в популяциях, отобранных имипенемами, анамнез составлял около 45% генетической изменчивости (рис. 4), но только около 33% вариации устойчивости к имипенему. Это указывает на то, что мутации, вносящие вклад в историю, те, в которых наблюдались параллельные изменения в популяциях, происходящих от одного и того же предка, имели меньшее влияние на устойчивость к имипенему, чем мутации, связанные с другими категориями.Интересно, что «исторические мутации» в этих популяциях чаще всего происходили в популяциях, предки которых ранее развивались в условиях биопленки, что подразумевает сдерживающие эффекты этой предшествующей среды. Возможно, некоторые из этих мутаций были скорее адаптациями к возвращению в планктонную среду, чем к отбору антибиотиков. Далее мы объясняем связь между фенотипическими и генотипическими показателями в методах (строки 570-585).

14) Есть ли у авторов мысли о том, как на результаты может повлиять тот факт, что новые эксперименты по эволюции проводятся в условиях планктона (а не биопленки)? Как могли бы отличаться результаты, если бы они были выполнены в биопленке, и что вы могли бы узнать из полностью симметричного эксперимента (исходные штаммы P / B эволюционировали как в P, так и в B новых условиях отбора).Авторы, возможно, пожелают обсудить эту возможность для будущей работы.

Спасибо за комментарий. Это интересный вопрос, и мы сами задали этот вопрос. Мы решили провести эксперимент планктонно по одной причине: после экспозиции CIP планктонные популяции показали перекрестную устойчивость к CAZ через мутации в adeJ, а популяции биопленок показали коллатеральную чувствительность к CAZ через мутации в adeL. Мы полагали, что мутации в adeL могут ограничивать эволюцию CAZ, в то время как мутации в adeJ могут быть отобраны.Фактически, мы обнаруживаем мутации в adeB, который регулируется adeJ.

Мы полагаем, что общий вывод статьи будет таким же: неудивительно, что отбор является преобладающей силой в эволюции AMR и в некоторых случаях приводит к конвергентной эволюции даже на уровне нуклеотидов. Тем не менее, история и случайность играют очевидную и важную роль в появлении новых фенотипов устойчивости, и, возможно, в большей степени в биопленке. Однако мы утверждаем, что реверсии, вероятно, зависят от образа жизни, и поэтому вероятность обнаружения тех же реверсий мала, если мы воспроизведем эксперимент на биопленке.

Мы включили это обсуждение в рукопись (строки 437–450).

https://doi.org/10.7554/eLife.70676.sa2

Что такое устойчивость к антибиотикам, и каковы ее прошлое, настоящее и будущее?

Устойчивость к антибиотикам — естественное явление. Устойчивые бактерии обнаруживаются на людях и в них, в окружающей среде, на фермах, в наших домах и на наших животных. Они повсюду вокруг нас, потому что сопротивление возникает естественным образом, когда бактерии защищаются от нападения; в ледяных шапках и в замерзших останках шерстистых мамонтов были обнаружены устойчивые бактерии возрастом в миллионы лет!

Использование антибиотиков и устойчивость к антибиотикам

Когда используется антибиотик, бактерии, которые могут сопротивляться этому антибиотику, имеют больше шансов на выживание, чем те, которые «чувствительны», а те, которые не погибают, быстро размножаются.Некоторая устойчивость возникает без вмешательства человека, поскольку бактерии могут производить и использовать антибиотики против других бактерий, что приводит к низкому уровню естественного отбора на устойчивость к антибиотикам. Однако нынешний более высокий уровень устойчивых к антибиотикам бактерий объясняется чрезмерным использованием и злоупотреблением антибиотиками.

Некоторые бактерии обладают естественной устойчивостью к определенным типам антибиотиков. Некоторые мутируют, чтобы либо продуцировать ферменты, которые «деактивируют» антибиотики, в то время как другие мутации изменяют, либо закрывают целевую область на бактериях, на которые антибиотик обычно атакует.Некоторые даже создают механизмы, чтобы вытолкнуть антибиотик обратно из клетки, когда она атакует. Бактерии могут приобретать гены устойчивости к антибиотикам от других бактерий несколькими способами. Они могут передавать генетический материал посредством простого процесса «спаривания» или через плазмиды, которые «перепрограммируют» другие бактерии, чтобы они стали устойчивыми к антибиотикам. Они также могут улавливать случайную ДНК в своей среде или могут быть заражены вирусами.

Распространение устойчивости к антибиотикам

Устойчивость к антибиотикам распространяется по мере того, как бактерии сами перемещаются с места на место при контакте с людьми, например, при кашле или контакте с немытыми руками, а также при контакте с животными, загрязненными материалами, водой, едой и ветром.Вы найдете устойчивые бактерии в тех же местах, где найдете бактерии, но только некоторые из них устойчивы. Для получения дополнительной информации по этому вопросу посетите наши ответы на часто задаваемые вопросы экспертов.

Устойчивость к антибиотикам — Естественный отбор и селекционное разведение — Биология GCSE (Single Science) Revision

Со временем бактерии могут стать устойчивыми к определенным антибиотикам (например, пенициллину). Это пример естественного отбора .

В большой популяции бактерий могут быть некоторые, на которые не действует антибиотик. Они выживают и размножаются, производя больше бактерий, на которые не действует антибиотик.

Число штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий увеличилось, отчасти из-за неправильного использования антибиотиков. Это привело к увеличению числа инфекций, с которыми трудно бороться, особенно в больницах.

Пенициллин получают из грибов Penicillium, показанных здесь растущих на чашке с агаром

MRSA

MRSA устойчив к метициллину staphylococcus aureus .Это очень опасно, потому что устойчиво к большинству антибиотиков.

Чтобы замедлить или остановить развитие других штаммов резистентных бактерий, мы должны:

  • избегать ненужного использования антибиотиков
  • всегда проходить полный курс

Развитие резистентности

Основные шаги в развитии устойчивости:

  1. случайные мутации происходят в генах отдельных бактериальных клеток
  2. некоторые мутации защищают бактериальную клетку от воздействия антибиотика
  3. бактерии без мутации погибают или не могут воспроизводиться при наличии антибиотика
  4. устойчивые бактерии могут воспроизводство с меньшей конкуренцией со стороны нормальных бактериальных штаммов

Устойчивость к макролидам и немакролидам с массовым распределением азитромицина

Дизайн исследования

Мы инициировали вспомогательное кластерное рандомизированное исследование на территории МОРДОР в Нигере (Macrolides Oraux pour Réduire les Décil sur la Résistance) в декабре r 2014 г., одновременно с основным исследованием МОРДОР. 8 Группа из 30 сообществ была случайным образом выбрана из более широкого пула сообществ, участвующих в основном исследовании MORDOR, и случайным образом распределена в соотношении 1: 1 для тех же вмешательств, которые были реализованы в исследовании MORDOR: дважды в год массовое введение любого из них. азитромицин или плацебо детям от 1 до 59 месяцев. Изменения в детерминантах устойчивости к антибиотикам были заранее оговоренными исходами, которые оценивались во время ежегодных мониторинговых визитов.

Надзор за исследованием

Мы получили этическое одобрение исследования от Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), Комитета по исследованиям на людях и этического комитета Министерства здравоохранения Нигера.Судебный процесс проводился в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Учитывая низкий уровень грамотности в Нигере, мы получили устное информированное согласие опекунов детей перед распределением плацебо или азитромицина и перед сбором мазков.

Первый и последний авторы и четыре других автора ручаются за полноту и точность данных и за верность исследования протоколу, доступному вместе с полным текстом этой статьи на NEJM.org. (Список вкладов авторов приведен в дополнительном приложении, доступном на сайте NEJM.org.) Компания Pfizer предоставила все препараты для испытаний, но не принимала участия в дизайне исследования, интерпретации данных или подготовке рукописи.

Условия и участники

Испытания проходили в департаментах Лога и Бобойе, Нигер, с декабря 2014 года по июнь 2019 года. Были включены только городские сообщества.

Единицей рандомизации была группа grappe , которая является самой маленькой государственной единицей здравоохранения в Нигере. Grappes , называемые в этом отчете «деревнями» или «общинами», имели право на включение, если последняя правительственная перепись зафиксировала численность населения от 200 до 2000 жителей.Все дети в возрасте от 1 до 59 месяцев и весом не менее 3800 г имели право на получение азитромицина или плацебо. Одна деревня отказалась от участия после четырех раундов раздачи.

Рандомизация

Рандомизация и вмешательства проводились на уровне сообщества. Исследователь-биостатист сгенерировал рандомизированную последовательность с помощью программного обеспечения R, версия 3.5.1 (R Foundation for Statistical Computing). Мы скрывали задания, предлагая лечение всем детям в сообществе.Упаковка была помечена одной из шести букв (т.е. три буквы относились к азитромицину и три буквы к плацебо), но в остальном упаковка и внешний вид были идентичны для двух групп. Все полевые работники, координаторы испытаний, исследователи (за исключением биостатиста) и персонал лаборатории не знали о связи между письмами и назначениями лечения.

Вмешательство

Все дети в возрасте от 1 до 59 месяцев были идентифицированы при переписи, проводимой дважды в год.Обученный персонал непосредственно наблюдал за приемом азитромицина или плацебо. Однократная доза пероральной суспензии азитромицина (соответствующая целевой дозе с учетом роста не менее 20 мг на килограмм массы тела) или суспензия плацебо предлагалась в 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36 и 42 месяцах. Дети с аллергией на макролиды были исключены.

Сбор образцов

Для мониторинговых визитов в 0, 36 и 48 месяцев мы случайным образом отобрали 50 детей (или всех детей в сообществах, где было менее 40 детей) из переписи, с целью отбора 40 детей на каждую. поселок.При каждом посещении для мониторинга отбирались отдельные случайные образцы; за отдельными детьми продольно не наблюдали. Дети могут рождаться и достигать возраста, не имеющего права на участие. Базовый визит состоялся до того, как было распределено какое-либо лечение, 36-месячное посещение произошло примерно через 6 месяцев после шестого цикла лечения, а 48-месячное посещение состоялось примерно через 6 месяцев после восьмого цикла лечения. Для каждого образца флокированный ректальный тампон (FLOQSwab, Copan Diagnostics) вводили примерно на 2 см в задний проход ребенка и поворачивали на 180 градусов, затем извлекали и помещали в пробирку для сбора и транспортировки нуклеиновых кислот стула, содержащую консервант для стула Norgen (Norgen).Каждому участнику испытания была надета новая пара хирургических перчаток. Образцы помещали на лед в поле, хранили при -20 ° C в морозильной камере в Нигере, а затем отправляли в UCSF, где они хранили при -80 ° C до обработки.

Метагеномное секвенирование ДНК

Для секвенирования было объединено до 40 полных ректальных образцов из каждой деревни; если от сообщества было собрано более 40 образцов, была выбрана и обработана простая случайная выборка из 40. 9 Каждый пул содержал по 500 мкл каждого из ректальных образцов, собранных в деревне.ДНК экстрагировали из 350 мкл каждого объединенного образца с помощью набора для выделения ДНК стула (Norgen) в соответствии с инструкциями производителя. Концентрацию ДНК в каждом объединенном образце количественно определяли с помощью набора Qubit DNA HS Assay Kit (ThermoFisher Scientific) и нормализовали до 5 нг на микролитр для подготовки библиотеки секвенирования. С использованием 5 мкл объединенных образцов ДНК, библиотеки ДНК были приготовлены с помощью набора для подготовки библиотеки ДНК NEBNext Ultra II (New England Biolabs), а затем амплифицированы с использованием 10 циклов полимеразно-цепной реакции.Размер и концентрацию библиотеки определяли с использованием высокочувствительных ДНК-чипов (Agilent Technologies) и набора Qubit DNA HS Assay Kit (ThermoFisher Scientific) соответственно. Затем библиотеки были объединены и секвенированы с использованием Illumina NovaSeq 6000 с секвенированием по 150-нуклеотидным парным концам.

Оценка детерминант гена устойчивости

Все считывания парных концов подвергали трем циклам удаления считывания при секвенировании человека. На начальном этапе удаления все считывания с парных концов были сопоставлены с эталонным геномом 38 человека (hg38) и геномом Pan troglodytes (panTro4, 2011, Калифорнийский университет, Санта-Крус) с использованием выравнивания сплайсированных транскриптов для Эталонный (STAR) выравниватель, версия 2.5.4b. 10 Невыровненные чтения были отфильтрованы по качеству с использованием PriceSeqFilter версии 1.2 с настройками «-rnf 90» и «-rqf 85 0.98». 11 Чтения, которые были идентичны как минимум на 95%, были сжаты с помощью CD-HIT-DUP (CD-HIT) версии 4.7. 12 Пары чтения со степенью сжатия менее 0,45 по алгоритму Лемпеля – Зива – Велча были отброшены из-за низкой сложности. 13 Еще один раунд удаления считываний человеком был выполнен с помощью очень чувствительного локального режима Bowtie2, версия 2.3.4.1, с теми же эталонными геномами hg38 и panTro4, описанными выше. Остальные считывания подлежали таксономической классификации с помощью механизма таксономического классификатора Centrifuge версии 1.0.3-beta с использованием индекса (обновленного 3 марта 2018 г.), созданного на основе неизбыточных нуклеотидных последовательностей Национального центра биотехнологической информации (NCBI). . 14 Все считывания, классифицированные под таксономическими идентификационными номерами NCBI 7711 (Chordata), 6340 (Annelida), 6656 (Arthropoda), 2157 (Archaea), 33090 (Viridiplantae) и 81077 (искусственные последовательности), также были удалены.

Чтения без хоста были затем согласованы с эталонной базой данных антимикробных препаратов MEGARes, версия 1.0.1, с использованием выравнивателя Берроуза – Уиллера (BWA) с настройками по умолчанию. 15 Только детерминанты устойчивости к антибиотикам с долей генов более 80% были идентифицированы как присутствующие в образце и включены для дальнейших анализов. 4,5,16 Каждая идентифицированная детерминанта устойчивости к антибиотикам была отнесена к категории на уровне класса с помощью Resistome Analyzer (https: // github.com / cdeanj / resistomeanalyzer).

Статистический анализ

Для сравнения резистомов между двумя группами мы ожидали, что исследование будет иметь примерно 80% мощность для выявления межгрупповых различий в детерминантах устойчивости к макролидам в 16% — разница в 1,16 раза. . Мы определили влияние азитромицина на детерминанты устойчивости, используя соотношение детерминант устойчивости к антибиотикам в группе азитромицина и в группе плацебо; мы рассчитали это соотношение, разделив среднее нормализованное число считываний комбинированных детерминант устойчивости к антибиотикам, отнесенных к классу в группе азитромицина, на соответствующее среднее количество в группе плацебо.Первичным результатом было соотношение детерминант устойчивости к макролидам на 48-месячном визите. Соотношения детерминант устойчивости к макролидам при 36-месячном посещении и всех других классов детерминант устойчивости при обоих посещениях были вторичными анализами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *