Bacterial motility can govern the dynamics of antibiotic resistance evolution

运动性 适应(眼睛) 细菌 竞赛(生物学) 生物 抗生素耐药性 趋化性 抗生素 动力学(音乐) 微生物学 生物系统 细胞生物学 遗传学 生态学 物理 受体 神经科学 声学
作者
Vit Piskovsky,Nuno M. Oliveira
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41196-8
摘要

Spatial heterogeneity in antibiotic concentrations is thought to accelerate the evolution of antibiotic resistance, but current theory and experiments have overlooked the effect of cell motility on bacterial adaptation. Here, we study bacterial evolution in antibiotic landscapes with a quantitative model where bacteria evolve under the stochastic processes of proliferation, death, mutation and migration. Numerical and analytical results show that cell motility can both accelerate and decelerate bacterial adaptation by affecting the degree of genotypic mixing and ecological competition. Moreover, we find that for sufficiently high rates, cell motility can limit bacterial survival, and we derive conditions for all these regimes. Similar patterns are observed in more complex scenarios, namely where bacteria can bias their motion in chemical gradients (chemotaxis) or switch between motility phenotypes either stochastically or in a density-dependent manner. Overall, our work reveals limits to bacterial adaptation in antibiotic landscapes that are set by cell motility.
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