The Population and Evolutionary Dynamics of Phage and Bacteria with CRISPR–Mediated Immunity
Notice bibliographique
Résumé
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), together with associated genes (cas), form the CRISPR-cas adaptive immune system, which can provide resistance to viruses and plasmids in bacteria and archaea. Here, we use mathematical models, population dynamic experiments, and DNA sequence analyses to investigate the host-phage interactions in a model CRISPR-cas system, Streptococcus thermophilus DGCC7710 and its virulent phage 2972. At the molecular level, the bacteriophage-immune mutant bacteria (BIMs) and CRISPR-escape mutant phage (CEMs) obtained in this study are consistent with those anticipated from an iterative model of this adaptive immune system: resistance by the addition of novel spacers and phage evasion of resistance by mutation in matching sequences or flanking motifs. While CRISPR BIMs were readily isolated and CEMs generated at high rates (frequencies in excess of 10(-6)), our population studies indicate that there is more to the dynamics of phage-host interactions and the establishment of a BIM-CEM arms race than predicted from existing assumptions about phage infection and CRISPR-cas immunity. Among the unanticipated observations are: (i) the invasion of phage into populations of BIMs resistant by the acquisition of one (but not two) spacers, (ii) the survival of sensitive bacteria despite the presence of high densities of phage, and (iii) the maintenance of phage-limited communities due to the failure of even two-spacer BIMs to become established in populations with wild-type bacteria and phage. We attribute (i) to incomplete resistance of single-spacer BIMs. Based on the results of additional modeling and experiments, we postulate that (ii) and (iii) can be attributed to the phage infection-associated production of enzymes or other compounds that induce phenotypic phage resistance in sensitive bacteria and kill resistant BIMs. We present evidence in support of these hypotheses and discuss the implications of these results for the ecology and (co)evolution of bacteria and phage.
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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 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».