A stochastic analysis of the interplay between antibiotic dose, mode of action, and bacterial competition in the evolution of antibiotic resistance
Notice bibliographique
Résumé
The use of an antibiotic may lead to the emergence and spread of bacterial strains resistant to this antibiotic. Experimental and theoretical studies have investigated the drug dose that minimizes the risk of resistance evolution over the course of treatment of an individual, showing that the optimal dose will either be the highest or the lowest drug concentration possible to administer; however, no analytical results exist that help decide between these two extremes. To address this gap, we develop a stochastic mathematical model of bacterial dynamics under antibiotic treatment. We explore various scenarios of density regulation (bacterial density affects cell birth or death rates), and antibiotic modes of action (biostatic or biocidal). We derive analytical results for the survival probability of the resistant subpopulation until the end of treatment, the size of the resistant subpopulation at the end of treatment, the carriage time of the resistant subpopulation until it is replaced by a sensitive one after treatment, and we verify these results with stochastic simulations. We find that the scenario of density regulation and the drug mode of action are important determinants of the survival of a resistant subpopulation. Resistant cells survive best when bacterial competition reduces cell birth and under biocidal antibiotics. Compared to an analogous deterministic model, the population size reached by the resistant type is larger and carriage time is slightly reduced by stochastic loss of resistant cells. Moreover, we obtain an analytical prediction of the antibiotic concentration that maximizes the survival of resistant cells, which may help to decide which drug dosage (not) to administer. Our results are amenable to experimental tests and help link the within and between host scales in epidemiological models.
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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 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».