环境异质性促进对耐药性的竞争性抑制

抗微生物耐药性是复杂微生物群落内生态相互作用的一种涌现属性。环境扰动，例如高剂量抗微生物治疗，能够以促进或抑制耐药病原体的方式改变竞争相互作用。利用这些竞争相互作用在管理癌症、疟疾和细菌中的耐药性方面显示出前景。然而，这一方法更广泛的应用仍受限于我们对抗微生物药物施加的选择压力如何与其他环境因素相互作用，从而塑造耐药性的出现与持续这一过程的理解尚不完整。在此，我们构建了一个通用数学框架，用于研究环境背景如何塑造耐药性动态，其中包括与细菌竞争相关的环境均质化、资源可用性以及生长效率权衡。人为变化能够在肠道和土壤微生物组等系统中改变上述每一个因素，而这些系统日益被认为是抗微生物耐药菌的重要储存库。我们的结果表明，环境结构不仅决定是否能够抑制耐药性，还决定哪些竞争机制能够实现这种抑制。环境均质化创造了一组狭窄条件，在这些条件下，生长更快的药物敏感菌株能够抑制耐药竞争者。相比之下，环境异质性与资源限制相结合，能够使高效率的药物敏感菌株通过竞争抑制耐药菌株，并阻止耐药性的进化。总之，这些结果进一步支持了日益增多的证据，即生态相互作用可以与传统干预手段结合加以利用，从而更有效地限制抗微生物耐药性。更广泛而言，我们的结果表明，使环境均质化并消除竞争者的人为压力，可能会增加促进耐药性进化的风险。

抗菌药物耐药性是复杂微生物群落内生态相互作用所产生的一种涌现性质。环境扰动，如高剂量抗菌药物处理，能够以促进或抑制耐药病原体的方式改变竞争相互作用。利用这些竞争相互作用在管理癌症、疟疾和细菌中的耐药性方面展现出前景。然而，这一方法更广泛的应用仍受到限制，其原因在于我们尚未充分理解抗菌药物施加的选择压力如何与其他环境因素相互作用，从而塑造耐药性的出现与持续存在。在此，我们构建了一个通用的数学框架，用于研究环境背景如何塑造耐药性动态，其中包括与细菌竞争相关的环境均质化、资源可获得性以及生长效率权衡等因素。人为变化能够改变肠道和土壤微生物组等系统中的每一个因素，而这些系统正日益被认为是抗菌药物耐药菌的重要储库。我们的结果表明，环境结构不仅决定耐药性是否能够被抑制，还决定哪些竞争机制能够实现这一目标。环境均质化创造了一组狭窄的条件，在这些条件下，生长更快的药物敏感菌株能够抑制耐药竞争者。相比之下，环境异质性与资源限制相结合，则可使高效率的药物敏感菌株通过竞争抑制耐药菌株，并阻止药物耐药性的进化。总之，这些结果进一步支持了日益增多的证据，即生态相互作用可以与传统干预手段结合加以利用，从而更有效地限制抗菌药物耐药性。更广泛地说，我们的结果表明，使环境趋于均质化并消除竞争者的人为压力，可能会增加促进药物耐药性进化的风险。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.29.728870v1?rss=1

🏷️ 抗微生物耐药性 环境异质性 微生物竞争 资源限制 数学建模