Модель «Piggyback-the-Winner» в микробных сообществах, ассоциированных с хозяином

Бактериофаги могут использовать своих бактериальных хозяев посредством литической инфекции, при которой при лизисе клетки высвобождается большое количество вирусных частиц, или посредством лизогении, при которой фаги интегрируются в геном хозяина. Недавно мы предложили новую динамическую модель взаимодействия бактерий и фагов, согласно которой при высокой численности микроорганизмов и высокой скорости их роста преобладает лизогения. Эта модель, получившая название «Piggyback-the-Winner» (PtW), противоречит современным общепринятым представлениям о частоте лизиса и лизогении и предсказывает, что при высокой численности и высокой скорости роста микроорганизмов фаги интегрируются в геномы хозяев в виде профагов. Согласно модели PtW, переход к умеренному жизненному циклу ослабляет контроль численности бактерий со стороны фагов посредством хищничества и обеспечивает исключение суперинфекции, предотвращая заражение той же бактериальной клетки близкородственным фагом. В настоящей работе мы рассматриваем значение модели PtW для многоклеточных животных. В частности, мы предполагаем, что модель PtW и недавно описанная модель адгезии бактериофагов к слизи (BAM) тесно взаимосвязаны и играют важную роль в формировании микробиома. Согласно модели BAM, фаги, продуцируемые микробиомом, прикрепляются к муцинам и защищают расположенные под ними эпителиальные клетки от внедряющихся бактерий. Пространственная организация слизистого слоя создаёт градиент стратегий репликации фагов, соответствующий модели PtW. Мы предполагаем, что в поверхностном слое слизистой оболочки лизогения получает преимущество, тогда как в промежуточных слоях с низкой плотностью бактерий преобладает литическое хищничество. Лизогения обеспечивает комменсалам конкурентное преимущество при защите от внедрения в нишу, а литическая инфекция устраняет потенциальных патогенов из глубоких слоёв слизи.