Stress-induced hypermutation as a physical property of life, a force of natural selection and its role in four thought experiments
Notice bibliographique
Résumé
The independence of genetic mutation rate from selection is central to neo-Darwinian evolutionary theory. However, it has been continuously challenged for more than 30 years by experimental evidence of genetic mutation rate transiently increasing in response to stress (stress-induced hypermutation, SIH). The prominent concept of evolved evolvability (EE) explains that natural selection for strategies more competitive at evolutionary adaptation itself gives rise to mechanisms dynamically adjusting mutation rates to environmental stress. Here, we theoretically investigate the alternative (not mutually exclusive) hypothesis that SIH is an inherent physical property of all genetically reproducing life. We define stress as any condition lowering the capability of utilizing metabolic resources for genome storage and replication. This thermodynamical analysis indicates stress-induced increases in the genetic mutation rate in genome storage and in genome replication as inherent physical properties of genetically reproducing life. Further integrating SIH into an overall organismic thermodynamic budget identifies SIH as a force of natural selection, alongside death rate, replication rate and constitutive mutation rate differences. We execute four thought experiments with a non-recombinant lesion mutant strain to predict experimental observations due to SIH in response to different stresses and stress combinations. We find (1) acceleration of adaptation over models without SIH, (2) possibility of adaptation at high stresses which are not explicable by mutation in genome replication alone and (3) different adaptive potential under high growth-inhibiting versus high lethal stresses. The predictions are directly comparable to culture experiments (colony size time courses, antibacterial resistance assay and occurrence of lesion-reversion mutant colonies) and genome sequence analysis. Considering suggestions of drug-mediated disruption of SIH and attempts to target mutation-associated sites with chemotherapeutic agents to prevent resistance, our findings seem to be relevant knowledge for resistance-averse drug development and administration.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».