竞争-定殖权衡下RNA病毒毒力的进化

RNA病毒在宿主体内存在大量种群，表现出巨大的基因型和表型多样性。我们分析了一个两种不同病毒株感染不断补充的细胞库的病毒竞争模型，其中假设病毒的定殖能力（细胞杀伤能力或毒力）与其局部竞争能力（共感染细胞内的复制性能）之间存在权衡。我们通过基本再生数描述了病毒传播的条件，并表明存在一个局部共存平衡点，该平衡点是渐近稳定的。在该平衡点，毒力较低的竞争者比毒力较高的定殖者具有繁殖优势。一种病毒株胜过另一种病毒株的平衡点是不稳定的，即第二种病毒株总是能够永久入侵。该模型的一个推广是考虑多种病毒株，每种病毒株表现出不同的毒力。然而，为了解释病毒种群中巨大的表型多样性，我们考虑了毒力的连续谱，并提出了该多病毒株模型的连续极限，该极限描述了初始连续毒力分布的时间演化。我们提供了模型方程解的存在性证明，并给出了不同初始分布下解的数值近似。我们的模拟表明，初始连续的毒力分布会演变为一个极度偏向竞争者的平稳分布。因此，集体毒力衰减发生。这一发现可能有助于理解毒力衰减现象，该现象已在先前的实验研究中被报道。