Two modes of evolution shape bacterial strain diversity in the mammalian gut for thousands of generations

生态型 生物 原噬菌体 选择(遗传算法) 驯化 进化生物学 殖民地化 实验进化 拉伤 遗传学 收敛演化 大肠杆菌 遗传多样性 突变 生态学 系统发育学 噬菌体 基因 人口 人工智能 人口学 社会学 解剖 计算机科学
作者
Nelson Frazão,A. Konrad,Massimo Amicone,Elsa Seixas,D. Güleresi,Michael Lässig,Isabel Gordo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33412-8
摘要

Abstract How and at what pace bacteria evolve when colonizing healthy hosts remains unclear. Here, by monitoring evolution for more than six thousand generations in the mouse gut, we show that the successful colonization of an invader Escherichia coli depends on the diversity of the existing microbiota and the presence of a closely related strain. Following colonization, two modes of evolution were observed: one in which diversifying selection leads to long-term coexistence of ecotypes and a second in which directional selection propels selective sweeps. These modes can be quantitatively distinguished by the statistics of mutation trajectories. In our experiments, diversifying selection was marked by the emergence of metabolic mutations, and directional selection by acquisition of prophages, which bring their own benefits and costs. In both modes, we observed parallel evolution, with mutation accumulation rates comparable to those typically observed in vitro on similar time scales. Our results show how rapid ecotype formation and phage domestication can be in the mammalian gut.

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