环境与种群波动的耦合塑造合作型抗菌耐药性的演化

迫切需要从机理上理解微生物种群如何应对抗菌药物，并寻找可能根除耐药细胞的机制。耐药微生物对抗菌药物的失活常可视为一种合作行为，在大型种群与静态环境中导致耐药与敏感细胞的共存。然而，在微生物群落普遍演化的易变环境中，波动会极大改变这一图景。在此，我们研究由抗菌药物耐药菌株与药物敏感微生物组成、处于时间波动环境中的种群的生态-演化动力学，该环境以随机在丰裕与匮乏状态间切换的承载容量建模。我们假设当耐药细胞数超过某一阈值时，抗菌耐药性是一种共享的公共物品。因此，生态-演化动力学的特征是种群噪声（出生与死亡事件）与环境波动相耦合，后者可引发种群瓶颈。通过分析与计算相结合的手段，我们确定了两菌株长期共存与固定的环境条件，并刻画了一种波动驱动的抗菌耐药性根除机制，其中耐药微生物经历瓶颈直至灭绝。我们还讨论了我们的发现对实验室受控实验的可能应用。