缓慢迁移有助于在时变环境中根除合作性抗菌素耐药性

抗菌素耐药性（AMR）是一个全球性威胁，遏制其传播至关重要。AMR 通常源于一种具有共享药物保护的协作行为。微生物群落通常在空间结构化的环境中进化，且环境是波动的。迁移、空间、波动和环境变异性都对 AMR 的发展和传播有显著影响。虽然迁移在静态环境中会增强耐药性，但在时变环境中情况会发生变化。在此，我们考虑一个二维集合种群模型，其中耐药和敏感细胞在时变环境中进化。环境中存在一种毒素，细胞可以共享对其的保护（合作性 AMR）。细胞在种群斑块之间迁移。当环境和种群组成在相同的时间尺度上变化时，强烈的种群瓶颈会导致由波动驱动的灭绝事件，而迁移可以抵消这种影响。我们研究了迁移和环境变异性对 AMR 生态进化动力学的影响，探讨了在何种迁移速率下波动有助于清除耐药性，以及确保在最短时间内几乎确定根除耐药性的近最优环境条件。通过分析和数值方法，我们确定了耐药菌株在整个集合种群中灭绝的条件。虽然扩散通常促进菌株共存，但我们发现缓慢但非零的迁移可以加速并增强耐药性的清除，并确定了该现象的近最优条件。我们讨论了这些发现对实验室控制实验的影响，并将其推广到任意空间维度的晶格。