Selective Sweeps and Parallel Pathoadaptation Drive Pseudomonas aeruginosa Evolution in the Cystic Fibrosis Lung
Notice bibliographique
Résumé
UNLABELLED: Pulmonary infections caused by Pseudomonas aeruginosa are a recalcitrant problem in cystic fibrosis (CF) patients. While the clinical implications and long-term evolutionary patterns of these infections are well studied, we know little about the short-term population dynamics that enable this pathogen to persist despite aggressive antimicrobial therapy. Here, we describe a short-term population genomic analysis of 233 P. aeruginosa isolates collected from 12 sputum specimens obtained over a 1-year period from a single patient. Whole-genome sequencing and antimicrobial susceptibility profiling identified the expansion of two clonal lineages. The first lineage originated from the coalescence of the entire sample less than 3 years before the end of the study and gave rise to a high-diversity ancestral population. The second expansion occurred 2 years later and gave rise to a derived population with a strong signal of positive selection. These events show characteristics consistent with recurrent selective sweeps. While we cannot identify the specific mutations responsible for the origins of the clonal lineages, we find that the majority of mutations occur in loci previously associated with virulence and resistance. Additionally, approximately one-third of all mutations occur in loci that are mutated multiple times, highlighting the importance of parallel pathoadaptation. One such locus is the gene encoding penicillin-binding protein 3, which received three independent mutations. Our functional analysis of these alleles shows that they provide differential fitness benefits dependent on the antibiotic under selection. These data reveal that bacterial populations can undergo extensive and dramatic changes that are not revealed by lower-resolution analyses. IMPORTANCE: Pseudomonas aeruginosa is a bacterial opportunistic pathogen responsible for significant morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF) patients. Once it has colonized the lung in CF, it is highly resilient and rarely eradicated. This study presents a deep sampling examination of the fine-scale evolutionary dynamics of P. aeruginosa in the lungs of a chronically infected CF patient. We show that diversity of P. aeruginosa is driven by recurrent clonal emergence and expansion within this patient and identify potential adaptive variants associated with these events. This high-resolution sequencing strategy thus reveals important intraspecies dynamics that explain a clinically important phenomenon not evident at a lower-resolution analysis of community structure.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| 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 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 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 ».