由 CRISPR 介导的病毒与细菌共演化的非经典相图

CRISPR 是一种新发现的原核生物免疫系统。具有该系统的细菌和古菌将入侵病毒的遗传物质整合到其基因组中，从而提供对未来类似病毒感染的保护。原核生物与病毒共存的条件是演化生物学中一个有趣的问题。在这项工作中，我们展示了病毒灭绝概率的一个引人注目的相图，它比经典的捕食者-猎物模型更为复杂。由于 CRISPR 整合了遗传物质，病毒面临演化压力以逃避 CRISPR 的识别。当细菌具有较低的间隔序列删除率时，会出现一个新的参数区域，使得细菌和病毒能够共存，这导致了细菌和病毒之间更复杂的共存模式。例如，当病毒突变率较低时，病毒灭绝概率随细菌暴露率呈非单调变化。病毒和细菌的共演化不仅改变了病毒灭绝概率，还改变了细菌种群结构。此外，我们表明，当病毒具有多个原间隔序列时，重组是病毒逃避 CRISPR 识别的有效策略，这为实验中提出的重组介导的逃避机制提供了支持。最后，我们建议，在低间隔序列删除率下，噬菌体作为细菌暴露率的函数可以经历三个灭绝阶段和两个丰富阶段的再入相图，是一个可实验检验的现象。