การเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่อง (Serial passage)คือกระบวนการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียหรือไวรัสซ้ำๆ ตัวอย่างเช่น อาจเพาะเลี้ยงไวรัสในสภาพแวดล้อมหนึ่ง จากนั้นนำไวรัสส่วนหนึ่งไปเพาะเลี้ยงในสภาพแวดล้อมใหม่ ทำซ้ำกระบวนการนี้ได้หลายขั้นตอนตามต้องการ แล้วจึงศึกษาผลลัพธ์สุดท้าย โดยมักเปรียบเทียบกับไวรัสต้นฉบับ

การถ่ายทอดแบบอำนวยความสะดวกประเภทนี้มักดำเนินการในห้องปฏิบัติการ เนื่องจากเป็นที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่จะสังเกตว่าไวรัสหรือแบคทีเรียที่ถูกถ่ายทอดนั้นมีการวิวัฒนาการ อย่างไร ในระหว่างการทดลอง ( วิวัฒนาการเชิงทดลอง ) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การถ่ายทอดแบบต่อเนื่องสามารถเป็นประโยชน์อย่างมากในการศึกษาที่ต้องการเปลี่ยนแปลงความรุนแรงของไวรัสหรือเชื้อโรค อื่นๆ ผลที่ตามมาประการหนึ่งคือ การถ่ายทอดแบบต่อเนื่องสามารถเป็นประโยชน์ในการสร้างวัคซีนเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้การถ่ายทอดแบบต่อเนื่องและสร้างสายพันธุ์ของเชื้อโรคที่มีความรุนแรงต่ำ แต่มีภูมิคุ้มกัน ที่เทียบเท่า กับสายพันธุ์ดั้งเดิม^{[ 1 ]}นอกจากนี้ยังสามารถสร้างสายพันธุ์ที่แพร่กระจายได้ง่ายขึ้นนอกเหนือจากความรุนแรงที่ต่ำลง ดังที่แสดงให้เห็นโดยการถ่ายทอด A/ H5N1ในเฟอร์เร็ต^{[ 2 ]}

การถ่ายทอดแบบอนุกรมสามารถทำได้ทั้งในหลอดทดลองหรือในร่างกายในวิธีในหลอดทดลอง ไวรัสหรือสายพันธุ์ของแบคทีเรียจะถูกแยกออกมาและปล่อยให้เจริญเติบโตเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากที่ตัวอย่างเจริญเติบโตครบระยะเวลานั้นแล้ว ส่วนหนึ่งของตัวอย่างจะถูกย้ายไปยังสภาพแวดล้อมใหม่และปล่อยให้เจริญเติบโตเป็นระยะเวลาเดียวกัน^{[ 3 ] [ 4 ]}กระบวนการนี้จะทำซ้ำหลายครั้งตามต้องการ

อีกทางเลือกหนึ่งคือ การทดลองในสิ่งมีชีวิต โดยการทำให้สัตว์ติดเชื้อโรค แล้วปล่อยให้เชื้อโรคเจริญเติบโตในสัตว์นั้นก่อนที่จะเก็บตัวอย่างเชื้อจากสัตว์นั้นไปเพาะเลี้ยงในสัตว์ตัวอื่น กระบวนการนี้จะทำซ้ำไปเรื่อยๆ จนครบจำนวนสัตว์ทดลองตามที่กำหนด โดยจำนวนสัตว์ทดลองจะขึ้นอยู่กับการทดลองแต่ละครั้ง

เมื่อทำการถ่ายทอดแบบอนุกรมไม่ว่าจะในหลอดทดลองหรือในร่างกาย ไวรัสหรือแบคทีเรียอาจวิวัฒนาการโดยการกลายพันธุ์ซ้ำๆ การระบุและศึกษาการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นมักจะเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับไวรัสหรือแบคทีเรียที่กำลังศึกษา ดังนั้น หลังจากการถ่ายทอดแบบอนุกรมแล้ว การเปรียบเทียบไวรัสหรือตัวอย่างแบคทีเรียที่ได้กับต้นฉบับโดยสังเกตการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นและผลกระทบโดยรวมจึงเป็นสิ่งที่มีคุณค่า ผลลัพธ์ที่สำคัญต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้ ความรุนแรงของไวรัสอาจเปลี่ยนแปลงไป^{[ 5 ]}หรือไวรัสอาจวิวัฒนาการเพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของโฮสต์ที่แตกต่างจากที่พบโดยทั่วไป^{[ 5 ]}จำเป็นต้องถ่ายทอดเพียงไม่กี่ครั้งก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในไวรัส ตัวอย่างเช่น ไวรัสสามารถปรับตัวให้เข้ากับโฮสต์ใหม่ได้ภายในประมาณสิบครั้ง^{[ 5 ]}

เนื่องจากการส่งผ่านแบบต่อเนื่องช่วยให้ไวรัสวิวัฒนาการไปสู่โฮสต์ได้อย่างรวดเร็ว จึงสามารถใช้ในการศึกษาวิวัฒนาการของความต้านทานยาปฏิชีวนะได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อกำหนดว่าการกลายพันธุ์ใดที่อาจนำไปสู่การพัฒนาความต้านทานยาปฏิชีวนะ^{[ 6 ]}

เทคนิคการส่งต่อแบบอนุกรมมีมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 1800 โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานของหลุยส์ ปาสเตอร์ เกี่ยวกับ วัคซีนป้องกันโรคพิษสุนัขบ้าในช่วงปลายศตวรรษที่ 1800 ถือเป็นตัวอย่างของวิธีการนี้^{[ 7 ]}

ปาสเตอร์ได้สร้างวัคซีนหลายชนิดในช่วงชีวิตของเขา งานของเขาก่อนที่จะเกี่ยวกับโรคพิษสุนัขบ้าเกี่ยวข้องกับการทำให้เชื้อโรคอ่อนฤทธิ์ลง แต่ไม่ใช่ผ่านการเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปาสเตอร์ทำงานเกี่ยวกับอหิวาตกโรคและพบว่าหากเขาเพาะเลี้ยงแบคทีเรียเป็นเวลานาน เขาสามารถสร้างวัคซีนที่มีประสิทธิภาพได้^{[ 7 ] [ 8 ]}ปาสเตอร์คิดว่ามีบางอย่างพิเศษเกี่ยวกับออกซิเจนและนี่คือเหตุผลที่เขาทำให้แบคทีเรียอ่อนฤทธิ์ลง (สร้างแบคทีเรียที่มีความรุนแรงน้อยลง) ปาสเตอร์ยังพยายามใช้วิธีนี้ในการสร้างวัคซีนสำหรับโรคแอนแทรกซ์แม้ว่าจะประสบความสำเร็จน้อยกว่าก็ตาม^{[ 7 ]}

ต่อมา ปาสเตอร์ต้องการนำวิธีการนี้ไปใช้ในการสร้างวัคซีนป้องกันโรคพิษสุนัขบ้า อย่างไรก็ตาม เขาไม่รู้ว่าโรคพิษสุนัขบ้าเกิดจากไวรัส ไม่ใช่เชื้อแบคทีเรียอย่างอหิวาตกโรคและแอนแทรกซ์ ด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถเพาะเลี้ยงไวรัสพิษสุนัขบ้าได้ในลักษณะเดียวกับที่เพาะเลี้ยงอหิวาตกโรคและแอนแทรกซ์ได้^{[ 8 ]} วิธีการเพาะเลี้ยงไวรัสแบบต่อเนื่องในหลอดทดลองยังไม่ได้รับการพัฒนาจนกระทั่งทศวรรษที่ 1940 เมื่อจอห์น เอนเดอร์สโทมัส ฮัคเคิล เวลเลอร์และเฟรเดอริก ร็อบบินส์ได้พัฒนาเทคนิคนี้ขึ้นมา นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามคนนี้ได้รับรางวัลโนเบลจากการพัฒนาที่สำคัญของพวกเขา ในเวลาต่อมา ^{[ 9 ]}

เพื่อแก้ปัญหานี้ ปาสเตอร์จึงทำการทดลองกับไวรัสโรคพิษสุนัขบ้าในร่างกาย [ ^{7 ] [ 8 ] โดย}เฉพาะอย่างยิ่ง เขาได้นำเนื้อเยื่อสมองจากสุนัขที่ติดเชื้อมาปลูกถ่ายในสุนัขอีกตัวหนึ่ง ทำซ้ำกระบวนการนี้หลายครั้ง และทำการถ่ายทอดเชื้อแบบต่อเนื่องในสุนัข^{[ 7 ]}ความพยายามเหล่านี้ทำให้ไวรัสมีความรุนแรงมากขึ้น^{[ 7 ]}จากนั้น เขาตระหนักว่าเขาสามารถนำเนื้อเยื่อของสุนัขไปใส่ในลิงเพื่อทำให้ติดเชื้อ แล้วทำการถ่ายทอดเชื้อแบบต่อเนื่องในลิง^{[ 7 ]}หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการนี้และทำให้สุนัขติดเชื้อไวรัสที่ได้แล้ว ปาสเตอร์ก็พบว่าไวรัสมีความรุนแรงน้อยลง^{[ 7 ]}โดยส่วนใหญ่ ปาสเตอร์ทำการทดลองกับไวรัสโรคพิษสุนัขบ้าในกระต่าย^{[ 8 ]}ในที่สุด เพื่อสร้างวัคซีนป้องกันโรคพิษสุนัขบ้า ปาสเตอร์ใช้วิธีง่ายๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เนื้อเยื่อแห้ง ดังที่อธิบายไว้ในสมุดบันทึกของเขา:

ในขวดทดลองหลายใบที่อากาศถูกรักษาให้อยู่ในสภาพแห้ง…ในแต่ละวันจะมีการแขวนเนื้อเยื่อกระดูกสันหลังของกระต่ายสดที่นำมาจากกระต่ายที่ตายด้วยโรคพิษสุนัขบ้าในปริมาณหนึ่ง นอกจากนี้ ในแต่ละวันจะมีการฉีดน้ำซุปที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว 1 มิลลิลิตร ซึ่งมีชิ้นส่วนเล็กๆ ของชิ้นส่วนกระดูกสันหลังที่แห้งแล้วกระจายอยู่ใต้ผิวหนังของสุนัข โดยเริ่มจากชิ้นส่วนที่เก็บไว้นานที่สุด เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีเชื้อโรค^{[ 7 ]}

โดยส่วนใหญ่แล้ว ปาสเตอร์ใช้วิธีการอื่นนอกเหนือจากการเพาะเลี้ยงต่อเนื่องในการสร้างวัคซีนของเขา อย่างไรก็ตาม แนวคิดเรื่องการลดความรุนแรงของไวรัสผ่านการเพาะเลี้ยงต่อเนื่องยังคงใช้ได้อยู่

วิธีหนึ่งในการลดความรุนแรงของไวรัสต่อโฮสต์คือการถ่ายทอดไวรัสในสายพันธุ์อื่น^{[ 5 ]} แนวคิดก็คือ เมื่อสายพันธุ์ของไวรัสปรับตัวเข้ากับสายพันธุ์อื่นได้มากขึ้น สายพันธุ์นั้นก็มีแนวโน้มที่จะปรับตัวเข้ากับโฮสต์เดิมได้น้อยลง ส่งผลให้ความรุนแรงลดลงเมื่อเทียบกับโฮสต์เดิม^{[ 5 ]}นี่คือหลักการโดยนัยที่หลุยส์ ปาสเตอร์ใช้โดยไม่รู้ตัวเมื่อเขาถ่ายทอดไวรัสโรคพิษสุนัขบ้าในลิงและได้ไวรัสที่อันตรายต่อสุนัขน้อยลง ตัวอย่างเช่น^{[ 7 ]}

กระบวนการถ่ายทอดแบบอนุกรมทำให้ได้วัคซีนที่มีชีวิตมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ที่สำคัญที่สุดคือ วัคซีนที่มีชีวิตบางครั้งมีประสิทธิภาพและคงอยู่ได้นานกว่าวัคซีนที่ไม่ทำงานหรือวัคซีนประเภทอื่น^{[ 10 ] [ 11 ]}อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับที่ไวรัสวิวัฒนาการจนอ่อนแอลง มันอาจวิวัฒนาการกลับในโฮสต์ ทำให้เกิดการติดเชื้อได้^{[ 11 ]}

การผลิตวัคซีนที่ไม่ทำงานยังได้รับประโยชน์จากการถ่ายทอดแบบต่อเนื่อง เนื่องจากวัคซีนที่ไม่ทำงานนั้นผลิตจากชีวมวลของเชื้อโรค ซึ่งอาจผลิตได้ช้าและมีประสิทธิภาพหากไม่มีการปรับตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งไวรัส จำเป็นต้องเพาะเลี้ยงในเซลล์เพาะเลี้ยงเพื่อให้ไวรัสติดเชื้อเซลล์เพาะเลี้ยงและสร้างสำเนาของตัวเองมากขึ้น เมื่อไวรัสปรับตัวเข้ากับเซลล์เพาะเลี้ยงชนิดใดชนิดหนึ่งโดยการถ่ายทอดแบบต่อเนื่อง จะได้วัสดุไวรัสมากขึ้นต่อชุด ตัวอย่างเช่น การถ่ายทอดแบบต่อเนื่องของSARS-CoV-2ในเซลล์ Veroส่งผลให้ผลผลิตเพิ่มขึ้น 50 เท่า ทำให้ผลิตภัณฑ์มีประโยชน์สำหรับการผลิตวัคซีน^{[ 12 ]}

นักวิจัยได้ทำการทดลองมากมายโดยใช้การถ่ายทอดแบบต่อเนื่อง การใช้งานเชิงทดลองบางอย่างของการถ่ายทอดแบบต่อเนื่อง ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงความรุนแรงของไวรัส การศึกษาการวิวัฒนาการแบบปรับตัวหรือการวิวัฒนาการที่อาจเกิดขึ้นของโรคติดต่อจากสัตว์สู่คนไปยังโฮสต์ใหม่ และการศึกษาความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ

ในการพัฒนาวัคซีนสำหรับไวรัส สิ่งสำคัญคือการทำให้ไวรัสอ่อนลง หรือลดความรุนแรงของไวรัสในโฮสต์ที่กำหนด บางครั้งการใช้การถ่ายทอดแบบต่อเนื่องเพื่อเพิ่มความรุนแรงของไวรัสก็มีประโยชน์ โดยปกติแล้ว เมื่อทำการถ่ายทอดแบบต่อเนื่องในสายพันธุ์หนึ่ง ผลที่ได้คือไวรัสที่มีความรุนแรงมากขึ้นต่อสายพันธุ์นั้น^{[ 5 ]}

ตัวอย่างเช่น การศึกษาหนึ่ง^{[ 13 ]}ใช้การถ่ายทอดแบบอนุกรมในลิงบาบูนเพื่อสร้างสายพันธุ์ของ HIV-2 ที่มีความรุนแรงเป็นพิเศษต่อลิงบาบูน สายพันธุ์ทั่วไปของ HIV-2 จะติดเชื้อลิงบาบูนอย่างช้าๆ^{[ 13 ]} ความจำเพาะนี้ทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่จะใช้ HIV-2 ในแบบจำลองสัตว์ของ HIV-1 เนื่องจากสัตว์ในแบบจำลองจะแสดงอาการอย่างช้าๆ อย่างไรก็ตาม สายพันธุ์ของ HIV-2 ที่มีความรุนแรงมากกว่าอาจนำไปใช้ได้จริงในแบบจำลองสัตว์^{[ 13 ]}

^{การศึกษาวิจัย อีก}ชิ้นหนึ่งโดย Kanta Subbaro เกี่ยวข้องกับการทดลองการถ่ายทอดแบบต่อเนื่องซึ่งหนูถูกติดเชื้อSARS [ ^{14 ]} โดยปกติแล้ว SARS จะไม่ทำให้หนูป่วยมากนัก อย่างไรก็ตาม หลังจากที่ไวรัสผ่านการถ่ายทอดแบบต่อเนื่องในหนูแล้ว มันก็กลายเป็นอันตรายถึงชีวิต^{[ 14 ]}การเปลี่ยนแปลงความรุนแรงของ SARS ในลักษณะนี้มีความสำคัญ เพราะหากไม่มี SARS รูปแบบที่รุนแรงเพื่อติดเชื้อในสัตว์ทดลอง นักวิทยาศาสตร์ก็จะไม่สามารถทดสอบผลกระทบของ SARS ในแบบจำลองสัตว์ได้^{[ 14 ]}

โดยทั่วไป การทดลองนี้ยังสะท้อนถึงหลักการทางการแพทย์ทั่วไปอีกด้วย นั่นคือ ความรุนแรงของไวรัสขึ้นอยู่กับความยากในการแพร่กระจาย โดยทั่วไป หากไวรัสฆ่าโฮสต์เร็วเกินไป โฮสต์จะไม่มีโอกาสสัมผัสกับโฮสต์อื่นและแพร่เชื้อไวรัสก่อนที่จะตาย ในการแพร่เชื้อแบบต่อเนื่อง เมื่อไวรัสถูกส่งต่อจากโฮสต์หนึ่งไปยังอีกโฮสต์หนึ่งโดยไม่คำนึงถึงความรุนแรง เช่น การทดลองของ Subbaro ไวรัสที่เติบโตเร็วที่สุด (และดังนั้นจึงมีความรุนแรงที่สุด) จะถูกคัดเลือก^{[ 14 ]}หลักการนี้มีผลกระทบต่อสาธารณสุข เนื่องจากชี้ให้เห็นว่าในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นมากหรือแออัด เช่น สลัมหรือสถานที่กักกันแบบกลุ่มการคัดเลือกโดยธรรมชาติอาจส่งเสริมไวรัสที่มีความรุนแรงมากกว่า นอกจากนี้ยังช่วยอธิบายว่าทำไมสุขอนามัยที่ดีจึงมีความสำคัญมาก สุขอนามัยที่ดีจะคัดเลือกไวรัสที่มีความรุนแรงสูงออกไปโดยการลดความสามารถของเชื้อโรคในการแพร่กระจาย^{[ 14 ]}

การถ่ายทอดแบบอนุกรมถูกนำมาใช้เพื่อสร้าง SARS-CoV-2 ที่ปรับให้เข้ากับหนู^{[ 15 ] [ 16 ]}

ไวรัสH5N1เป็นสายพันธุ์ของไวรัสไข้หวัดใหญ่ ที่มีอันตรายร้ายแรงเป็นพิเศษ ปัจจุบันไวรัสนี้สามารถติดเชื้อในมนุษย์ได้ แต่ไม่สามารถติดต่อระหว่างมนุษย์ด้วยกันได้ อย่างไรก็ตาม มีผู้เสียชีวิตจากไวรัส H5N1 ที่แพร่เชื้อจากสัตว์ทั่วโลกกว่า 600 ราย^{[ 14 ]}ดังนั้นความสามารถในการแพร่กระจายของไวรัสจึงเป็นเรื่องที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสำคัญเป็นอย่างมาก

มีการทดลองการถ่ายทอดแบบอนุกรมหลายครั้งเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ที่ไวรัสจะสามารถแพร่เชื้อในมนุษย์ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอน ฟูเชียร์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำการทดลองการถ่ายทอดแบบอนุกรม 10 ขั้นตอนในเฟอร์เร็ต^{[ 14 ]}ในการทำเช่นนั้น พวกเขาสร้างสายพันธุ์ของไวรัสไข้หวัดใหญ่ที่ไม่เพียงแต่ติดเชื้อเฟอร์เร็ตเท่านั้น แต่ยังสามารถแพร่เชื้อระหว่างเฟอร์เร็ตได้ด้วย^{[ 14 ]}ที่น่าสังเกตคือ สายพันธุ์นี้มีความคล้ายคลึงกับสายพันธุ์ดั้งเดิมที่พวกเขาติดเชื้อเฟอร์เร็ตตัวแรกมาก กล่าวคือ จำเป็นต้องมีการกลายพันธุ์เพียงไม่กี่ครั้งเท่านั้นเพื่อให้ไวรัสสามารถแพร่เชื้อระหว่างเฟอร์เร็ตได้^{[ 14 ] [ 17 ]} ในทำนองเดียวกัน นักวิจัยโยชิฮิโร คาวาโอกะพบว่าจำเป็นต้องมีการกลายพันธุ์เพียงครั้งเดียวเพื่อให้ไวรัสสามารถแพร่เชื้อในเฟอร์เร็ตได้^{[ 17 ]}

งานวิจัยของ Fouchier และงานวิจัยของ Kawaoka ต่างก็ถูกเซ็นเซอร์ในตอนแรก เนื่องจากมีนัยยะเกี่ยวกับ การ ก่อการร้ายทางชีวภาพ^{[ 17 ]}งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในภายหลัง แต่ก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่^{[ 17 ]}

การถ่ายทอดแบบอนุกรมเป็นเทคนิคเทียมที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ ไม่ใช่กระบวนการตามธรรมชาติ ดังนั้น ความเป็นไปได้ที่ไวรัส H5N1 จะกลายพันธุ์จนสามารถแพร่เชื้อในมนุษย์ได้นั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม นักวิจัย Derek Smith ได้สร้างแบบจำลองวิวัฒนาการเพื่อแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้^{[ 14 ]}

การใช้การถ่ายทอดแบบอนุกรมอีกอย่างหนึ่งคือการทำความเข้าใจว่าเชื้อโรคปรับตัวเข้ากับสายพันธุ์ใหม่ได้อย่างไร โดยการนำเชื้อโรคเข้าสู่สายพันธุ์โฮสต์ใหม่และทำการถ่ายทอดแบบอนุกรม นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตการปรับตัวของเชื้อโรคเข้ากับโฮสต์ใหม่และระบุการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดการปรับตัวนี้ได้^{[ 5 ]}

งานของ Stewart และ Levin ^{[ 18 ]}ได้ระบุความแตกต่างพื้นฐานระหว่างระบบนิเวศแบบต่อเนื่องและแบบอนุกรม และงานของ Hal Smith ได้สำรวจการประยุกต์ใช้หลักการกีดกันการแข่งขันกับระบบนิเวศแบบอนุกรม^{[ 19 ]}ต่อมา Erez และ Lopez และคณะ^{[ 20 ]}ได้ทำนายว่าระบบนิเวศแบบอนุกรมมีโครงสร้างที่แข็งแกร่งโดยผลกระทบของ Early-birdซึ่งผู้แข่งขันที่อ่อนแอกว่าสามารถใช้ประโยชน์จากความได้เปรียบในช่วงต้นเพื่อเอาชนะสิ่งมีชีวิตอื่นๆ งานทดลองได้แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของผลกระทบนี้ในเชิงประจักษ์^{[ 21 ] [ 22 ]}

• การทดลองวิวัฒนาการระยะยาวของ E. coli
• วิวัฒนาการเชิงทดลอง
• ผลกระทบจากผู้ที่มาเร็ว