Published January 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Within-host evolutionary dynamics of antimicrobial quantitative resistance
- 1. Maladies Infectieuses et Vecteurs: Écologie, Génétique, Évolution et Contrôle
- 2. Oxford University Clinical Research Unit
Description
Antimicrobial efficacy is traditionally described by a single value, the minimal inhibitory concentration (MIC), which is the lowest concentration that prevents visible growth of the bacterial population. As a consequence, bacteria are classically qualitatively categorized as resistant if therapeutic concentrations are below MIC and susceptible otherwise. However, there is a continuity in the space of the bacterial resistance levels. Here, we introduce a model of within-host evolution of resistance under treatment that considers resistance as a continuous quantitative trait, describing the level of resistance of the bacterial population. The use of intcgro-differential equations allows to simultaneously track the dynamics of the bacterial population density and the evolution of its level of resistance. We analyze this model to characterize the conditions; in terms of (a) the efficiency of the drug measured by the antimicrobial activity relatively to the host immune response, and (b) the cost-benefit of resistance; that (i) prevents bacterial growth to make the patient healthy, and (ii) ensures the emergence of a bacterial population with a minimal level of resistance in case of treatment failure. We investigate how chemotherapy ( i.e. , drug treatment) impacts bacterial population structure at equilibrium, focusing on the level of evolved resistance by the bacterial population in presence of antimicrobial pressure. We show that this level is explained by the reproduction number R 0 . We also explore the impact of the initial bacterial population size and their average resistance level on the minimal duration of drug administration in preventing bacterial growth and the emergence of resistant bacterial population.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
توصف فعالية مضادات الميكروبات تقليديًا بقيمة واحدة، وهي الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC)، وهو أقل تركيز يمنع النمو المرئي للسكان البكتيريين. ونتيجة لذلك، تصنف البكتيريا بشكل كلاسيكي على أنها مقاومة إذا كانت التركيزات العلاجية أقل من الميكروفون وعرضة بخلاف ذلك. ومع ذلك، هناك استمرارية في مساحة مستويات المقاومة البكتيرية. هنا، نقدم نموذجًا للتطور داخل المضيف للمقاومة تحت العلاج والذي يعتبر المقاومة سمة كمية مستمرة، يصف مستوى مقاومة السكان البكتيريين. يسمح استخدام المعادلات التفاضلية البينية بتتبع ديناميكيات الكثافة السكانية البكتيرية وتطور مستوى مقاومتها في وقت واحد. نقوم بتحليل هذا النموذج لتوصيف الحالات ؛ من حيث (أ) كفاءة الدواء المقاسة بالنشاط المضاد للميكروبات بالنسبة للاستجابة المناعية للمضيف، و (ب) تكلفة وفائدة المقاومة ؛ و (1) يمنع نمو البكتيريا لجعل المريض بصحة جيدة، و (2) يضمن ظهور مجموعة بكتيرية مع الحد الأدنى من المقاومة في حالة فشل العلاج. نقوم بالتحقيق في كيفية تأثير العلاج الكيميائي ( أي العلاج بالعقاقير) على البنية السكانية البكتيرية عند التوازن، مع التركيز على مستوى المقاومة المتطورة من قبل السكان البكتيريين في وجود ضغط مضاد للميكروبات. نوضح أن هذا المستوى يفسر برقم الاستنساخ R 0 . نستكشف أيضًا تأثير حجم المجموعة البكتيرية الأولي ومتوسط مستوى مقاومتها على الحد الأدنى لمدة إعطاء الدواء في منع نمو البكتيريا وظهور مجموعة بكتيرية مقاومة.Translated Description (French)
L'efficacité antimicrobienne est traditionnellement décrite par une seule valeur, la concentration minimale inhibitrice (CMI), qui est la concentration la plus faible qui empêche la croissance visible de la population bactérienne. En conséquence, les bactéries sont classées classiquement qualitativement comme résistantes si les concentrations thérapeutiques sont inférieures à la CMI et sensibles autrement. Cependant, il existe une continuité dans l'espace des niveaux de résistance bactérienne. Ici, nous introduisons un modèle d'évolution intra-hôte de la résistance sous traitement qui considère la résistance comme un trait quantitatif continu, décrivant le niveau de résistance de la population bactérienne. L'utilisation d'équations intcgro-différentielles permet de suivre simultanément la dynamique de la densité de population bactérienne et l'évolution de son niveau de résistance. Nous analysons ce modèle pour caractériser les conditions ; en termes de (a) l'efficacité du médicament mesurée par l'activité antimicrobienne par rapport à la réponse immunitaire de l'hôte, et (b) le rapport coût-bénéfice de la résistance ; cela (i) empêche la croissance bactérienne pour rendre le patient en bonne santé, et (ii) assure l'émergence d'une population bactérienne avec un niveau minimal de résistance en cas d'échec du traitement. Nous étudions l'impact de la chimiothérapie ( c' est-à-dire du traitement médicamenteux) sur la structure de la population bactérienne à l'équilibre, en nous concentrant sur le niveau de résistance évoluée de la population bactérienne en présence de pression antimicrobienne. Nous montrons que ce niveau s'explique par le numéro de reproduction R 0 . Nous explorons également l'impact de la taille initiale de la population bactérienne et de son niveau de résistance moyen sur la durée minimale d'administration du médicament dans la prévention de la croissance bactérienne et de l'émergence d'une population bactérienne résistante.Translated Description (Spanish)
La eficacia antimicrobiana se describe tradicionalmente por un solo valor, la concentración inhibitoria MÍNIMA (CIM), que es la concentración más baja que impide el crecimiento visible de la población bacteriana. Como consecuencia, las bacterias se clasifican cualitativamente de forma clásica como resistentes si las concentraciones terapéuticas están por debajo de la CIM y son susceptibles de otro modo. Sin embargo, existe una continuidad en el espacio de los niveles de resistencia bacteriana. Aquí, presentamos un modelo de evolución dentro del huésped de la resistencia bajo tratamiento que considera la resistencia como un rasgo cuantitativo continuo, describiendo el nivel de resistencia de la población bacteriana. El uso de ecuaciones intcgro-diferenciales permite rastrear simultáneamente la dinámica de la densidad de población bacteriana y la evolución de su nivel de resistencia. Analizamos este modelo para caracterizar las condiciones; en términos de (a) la eficiencia del fármaco medida por la actividad antimicrobiana en relación con la respuesta inmune del huésped, y (b) el costo-beneficio de la resistencia; que (i) previene el crecimiento bacteriano para sanear al paciente, y (ii) asegura la aparición de una población bacteriana con un nivel mínimo de resistencia en caso de fracaso del tratamiento. Investigamos cómo la quimioterapia ( es decir , el tratamiento farmacológico) afecta la estructura de la población bacteriana en equilibrio, centrándonos en el nivel de resistencia evolucionada por la población bacteriana en presencia de presión antimicrobiana. Mostramos que este nivel se explica por el número de reproducción R 0 . También exploramos el impacto del tamaño inicial de la población bacteriana y su nivel medio de resistencia en la duración mínima de la administración del fármaco para prevenir el crecimiento bacteriano y la aparición de una población bacteriana resistente.Files
document.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:026e4c706de2f6eebd15fe3bee7903d3
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الديناميكيات التطورية داخل المضيف للمقاومة الكمية لمضادات الميكروبات
- Translated title (French)
- Dynamique évolutive intra-hôte de la résistance quantitative aux antimicrobiens
- Translated title (Spanish)
- Dinámica evolutiva dentro del huésped de la resistencia cuantitativa a los antimicrobianos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3158391071
- DOI
- 10.1051/mmnp/2023019
References
- https://openalex.org/W1511286968
- https://openalex.org/W1527296550
- https://openalex.org/W1988772211
- https://openalex.org/W1991696028
- https://openalex.org/W2004902368
- https://openalex.org/W2005327412
- https://openalex.org/W2011836722
- https://openalex.org/W2017464661
- https://openalex.org/W2026549243
- https://openalex.org/W2028753705
- https://openalex.org/W2029031884
- https://openalex.org/W2041572706
- https://openalex.org/W2042031984
- https://openalex.org/W2044913918
- https://openalex.org/W2051205639
- https://openalex.org/W2064386076
- https://openalex.org/W2065936095
- https://openalex.org/W2075429778
- https://openalex.org/W2082458348
- https://openalex.org/W2090640084
- https://openalex.org/W2097518534
- https://openalex.org/W2101491476
- https://openalex.org/W2104789794
- https://openalex.org/W2105286312
- https://openalex.org/W2116453446
- https://openalex.org/W2117753850
- https://openalex.org/W2121271992
- https://openalex.org/W2128726449
- https://openalex.org/W2143159919
- https://openalex.org/W2154604637
- https://openalex.org/W2156293023
- https://openalex.org/W2163337866
- https://openalex.org/W2168525452
- https://openalex.org/W2169301888
- https://openalex.org/W2170140074
- https://openalex.org/W2170986922
- https://openalex.org/W2171609823
- https://openalex.org/W2262017093
- https://openalex.org/W2318710720
- https://openalex.org/W2320552002
- https://openalex.org/W2337280514
- https://openalex.org/W2479140740
- https://openalex.org/W2564073551
- https://openalex.org/W2586244172
- https://openalex.org/W2797785003
- https://openalex.org/W2807705956
- https://openalex.org/W2891379262
- https://openalex.org/W2905571810
- https://openalex.org/W2997406275
- https://openalex.org/W3049770176
- https://openalex.org/W3127153810
- https://openalex.org/W4250865137
- https://openalex.org/W93512482