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Evolutionary applications2015Aug01Vol.8issue(7)

毒素を介した微生物侵害のダイナミクスに対する空間構造、周波数依存性、抵抗の進化の影響

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文献タイプ:
  • Journal Article
概要
Abstract

最近の証拠は、バクテリア間の干渉競争が、コロニー形成を防ぐか避難を促進することにより、人間の下部鼻気道における日和見病原体黄色ブドウ球菌の分布を形作ることを示唆しています。鼻微生物群集内のこの競争は、植民地化に影響を与える既知の宿主要因に追加されます。毒素産生または非生産性表皮の鼻腔分離株を培養することにより、構造化された環境と非構造化されていない環境の両方で毒素を介した干渉競合の役割をテストしました。毒素生産のS.表皮S. aureusの集団は、非生産者よりも首尾よく侵入し、侵入は空間構造によって促進されました。黄色ブドウ球菌の完全な変位は、毒素耐性の進化によって防止されました。逆に、毒素を生成するS.表皮は、黄色ブドウ球菌の浸潤を制限しました。黄色ブドウ球菌による毒素産生のS.表皮集団の浸潤は、毒素抵抗性の進化に起因し、これは高い初期周波数と低空間構造によって好まれました。毒素産生の強化は、S。表皮の一部の侵入集団でも進化しました。したがって、毒素生産は、生産者の個体群による侵入を促進し、侵入を制約しました。空間構造は、これらの両方の浸潤効果を強化しました。我々の発見は、鼻微生物群集の操作を使用して、in菌によるコロニー形成を制限するために使用できることを示唆しています。

最近の証拠は、バクテリア間の干渉競争が、コロニー形成を防ぐか避難を促進することにより、人間の下部鼻気道における日和見病原体黄色ブドウ球菌の分布を形作ることを示唆しています。鼻微生物群集内のこの競争は、植民地化に影響を与える既知の宿主要因に追加されます。毒素産生または非生産性表皮の鼻腔分離株を培養することにより、構造化された環境と非構造化されていない環境の両方で毒素を介した干渉競合の役割をテストしました。毒素生産のS.表皮S. aureusの集団は、非生産者よりも首尾よく侵入し、侵入は空間構造によって促進されました。黄色ブドウ球菌の完全な変位は、毒素耐性の進化によって防止されました。逆に、毒素を生成するS.表皮は、黄色ブドウ球菌の浸潤を制限しました。黄色ブドウ球菌による毒素産生のS.表皮集団の浸潤は、毒素抵抗性の進化に起因し、これは高い初期周波数と低空間構造によって好まれました。毒素産生の強化は、S。表皮の一部の侵入集団でも進化しました。したがって、毒素生産は、生産者の個体群による侵入を促進し、侵入を制約しました。空間構造は、これらの両方の浸潤効果を強化しました。我々の発見は、鼻微生物群集の操作を使用して、in菌によるコロニー形成を制限するために使用できることを示唆しています。

Recent evidence suggests that interference competition between bacteria shapes the distribution of the opportunistic pathogen Staphylococcus aureus in the lower nasal airway of humans, either by preventing colonization or by driving displacement. This competition within the nasal microbial community would add to known host factors that affect colonization. We tested the role of toxin-mediated interference competition in both structured and unstructured environments, by culturing S. aureus with toxin-producing or nonproducing Staphylococcus epidermidis nasal isolates. Toxin-producing S. epidermidis invaded S. aureus populations more successfully than nonproducers, and invasion was promoted by spatial structure. Complete displacement of S. aureus was prevented by the evolution of toxin resistance. Conversely, toxin-producing S. epidermidis restricted S. aureus invasion. Invasion of toxin-producing S. epidermidis populations by S. aureus resulted from the evolution of toxin resistance, which was favoured by high initial frequency and low spatial structure. Enhanced toxin production also evolved in some invading populations of S. epidermidis. Toxin production therefore promoted invasion by, and constrained invasion into, populations of producers. Spatial structure enhanced both of these invasion effects. Our findings suggest that manipulation of the nasal microbial community could be used to limit colonization by S. aureus, which might limit transmission and infection rates.

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