細菌如何競爭和合作塑造抗生素耐藥性
新的計算模擬表明抗生素對細菌群落的影響取決于鄰近物種是否具有競爭或合作關(guān)系,以及它們的空間排列。耶魯大學(xué)的Sylvie Estrela和佐治亞理工學(xué)院的Sam Brown在PLOS計算生物學(xué)中介紹了這些發(fā)現(xiàn)。
生活在附近的細菌可能具有競爭性相互作用,例如爭奪有限的資源,或合作(共生)相互作用,例如一種物種產(chǎn)生作為另一種物質(zhì)的產(chǎn)品。之前的研究調(diào)查了競爭如何影響細菌群體對抗生素的反應(yīng),但對共生關(guān)系的潛在作用知之甚少。
為了解決這個問題,Estrela和Brown采用了計算方法。他們修改了現(xiàn)有的細菌生長模型,以便可以用來預(yù)測抗生素抗性和抗生素敏感物種之間的競爭或共生相互作用如何影響兩種群落對抗生素治療的反應(yīng)。
模擬顯示,在兩個競爭物種之間,抗生素處理抑制敏感物種,同時有利于抗性物種的生長。然而,在共生關(guān)系的背景下,由于它們的相互依賴性,用抗生素擊打敏感物種也抑制了抗性物種。
研究人員還發(fā)現(xiàn),個別細菌細胞的空間排列影響了他們對抗生素的反應(yīng)。一些抗性物種采用針對抗生素的解毒策略,這可能導(dǎo)致附近敏感細胞的交叉保護。模擬表明,這種交叉保護在共生的敏感和抗性物種中更有效,因為共生者在生長時傾向于混合,而競爭或非相互作用物種傾向于分離。
“對微生物感染的生態(tài)學(xué)知之甚少,特別是病原體的作用以及它們?nèi)绾闻c宿主的常駐微生物相互作用,”Estrela說。“我們希望我們的研究結(jié)果能夠引起人們對這樣一個事實的關(guān)注,即應(yīng)用抗生素的社區(qū)生態(tài)和空間環(huán)境對治療成功至關(guān)重要。”
接下來,研究人員將在實驗室中測試他們的模擬預(yù)測,并使用結(jié)果來改進模型,以便他們可以測試新的想法并產(chǎn)生新的假設(shè)。
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