Modelling microbial evolution: predicting evolutionary escape

微生物进化建模:预测进化逃逸

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-06294
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.74万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Microbes, such as bacteria and viruses, are critical to both human health and disease, underpin the health of our lakes, oceans and forests, and are also foundational to agriculture and global nutrient cycling. With large population sizes and short generation times, microbes evolve very quickly; this is repeatedly observed as bacteria evolve resistance to each new antibiotic. My research group uses mathematical models to predict how microbes evolve. We verify our mathematical work by using computer simulations of evolving microbial populations. We also work closely with experimental scientists to better understand the data obtained when microbes evolve in controlled laboratory settings. Whenever microbial growth is held in check - by the human immune system, by medical intervention, or by other microbes - evolution typically circumvents the restriction, such that an adapted microbial population recovers and grows; this recovery through adaptation is called "evolutionary escape". My goal is to develop models and simulations that allow us to better predict evolutionary escape in three situations: 1. Escape from Immunity. If enough individuals in a population are immune to an infectious microbe, the infection will not spread. Unfortunately, the microbe can evolve to avoid recognition by the immune system; this is why it is difficult to design the influenza vaccine. In previous work we found that in most situations, this evolutionary escape is delayed if the population is immune to the microbe in many different ways. We have recently discovered, however, situations in which immune diversity makes escape more likely. My goal is to use mathematical models to identify these unexpected and potentially dangerous situations in which diversity promotes escape. 2. Escape from Sequence-Specific Therapy. An exciting new class of antibiotic therapies is emerging that can be programmed to target specific gene sequences. This will allow us to kill, for example, only the harmful bacteria in an infection, or only the antibiotic-resistant bacteria in the environment. Unfortunately, as with previous antibiotics, evolutionary escape is inevitable. My goal is to predict the expected rate of escape from sequence-specific agents; this work will be a critical step in the development of this new class of therapy. 3. Co-evolutionary Escape. Infectious microbes and the populations they infect can co-evolve in a series of evolutionary escapes: the "host" population escapes the microbe by developing immunity; the microbe co-evolves to escape immune pressure. This situation is made more complex by gene sequences that can move between microbes and their hosts. Using bacteria and viruses as a model system, I plan to use evolutionary models to predict the fate of gene sequences that move between microbes and their hosts as they co-evolve. Ultimately, this work will help us understand and explain the 8% of the human genome that we have adopted from the viruses that infect us.
细菌和病毒等微生物对人类健康和疾病至关重要,是湖泊、海洋和森林健康的基础,也是农业和全球养分循环的基础。由于种群规模大、世代时间短,微生物的进化速度非常快;随着细菌对每种新抗生素产生耐药性,这一现象被反复观察到。我的研究小组使用数学模型来预测微生物如何进化。我们通过使用不断进化的微生物种群的计算机模拟来验证我们的数学工作。我们还与实验科学家密切合作,以更好地了解微生物在受控实验室环境中进化时获得的数据。当微生物的生长受到人类免疫系统、医疗干预或其他微生物的控制时,进化通常会绕过这种限制,从而使适应的微生物种群恢复并生长;这种通过适应而恢复的现象被称为“进化逃逸”。我的目标是开发模型和模拟,使我们能够更好地预测三种情况下的进化逃逸: 1. 逃避免疫。如果人口中有足够多的人对传染性微生物具有免疫力,那么感染就不会传播。不幸的是,这种微生物可以进化以避免被免疫系统识别。这就是流感疫苗设计困难的原因。在之前的工作中,我们发现,在大多数情况下,如果种群以多种不同方式对微生物免疫,这种进化逃逸就会被延迟。然而,我们最近发现,在某些情况下,免疫多样性使逃跑的可能性更大。我的目标是使用数学模型来识别这些意外和潜在危险的情况,在这些情况下,多样性会促进逃生。 2. 逃避序列特异性治疗。一类令人兴奋的新型抗生素疗法正在出现,可以通过编程来靶向特定的基因序列。例如,这将使我们能够仅杀死感染中的有害细菌,或仅杀死环境中的抗生素耐药细菌。不幸的是,与以前的抗生素一样,进化逃逸是不可避免的。我的目标是预测特定序列代理的预期逃脱率;这项工作将是开发此类新型疗法的关键一步。 3.共同进化的逃亡。传染性微生物和它们感染的群体可以在一系列进化逃逸中共同进化:“宿主”群体通过发展免疫力来逃避微生物;微生物共同进化以逃避免疫压力。由于可以在微生物及其宿主之间移动的基因序列,这种情况变得更加复杂。使用细菌和病毒作为模型系统,我计划使用进化模型来预测微生物及其宿主在共同进化过程中移动的基因序列的命运。最终,这项工作将帮助我们理解和解释我们从感染我们的病毒中获得的 8% 的人类基因组。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wahl, Linda其他文献

Wahl, Linda的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wahl, Linda', 18)}}的其他基金

Modelling microbial evolution: predicting evolutionary escape
微生物进化建模:预测进化逃逸
  • 批准号:
    RGPIN-2019-06294
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial adaptation
模拟微生物适应
  • 批准号:
    238389-2011
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial adaptation
模拟微生物适应
  • 批准号:
    238389-2011
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial adaptation
模拟微生物适应
  • 批准号:
    238389-2011
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Canada Research Chair in Mathematical Biology
加拿大数学生物学研究主席
  • 批准号:
    1000203679-2006
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Canada Research Chair in Mathematical Biology
加拿大数学生物学研究主席
  • 批准号:
    1000203679-2006
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Modelling microbial adaptation
模拟微生物适应
  • 批准号:
    238389-2011
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial evolution
微生物进化建模
  • 批准号:
    238389-2006
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Canada Research Chair in Mathematical Biology
加拿大数学生物学研究主席
  • 批准号:
    1000203679-2006
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Canada Research Chair in Mathematical Biology
加拿大数学生物学研究主席
  • 批准号:
    1000203679-2006
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs

相似国自然基金

杜仲内生微生物群的共生模式及与宿主的协同进化研究
  • 批准号:
    32360029
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
基于遗传大数据的十万量级病原微生物进化和传播分析技术研究
  • 批准号:
    32370099
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于微生物生态进化和生境改良整合技术的高效石油降解菌群构建及其土壤适应性识别
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
共生微生物对蚂蚁植食性进化的影响
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Modelling microbial evolution: predicting evolutionary escape
微生物进化建模:预测进化逃逸
  • 批准号:
    RGPIN-2019-06294
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial evolution: predicting evolutionary escape
微生物进化建模:预测进化逃逸
  • 批准号:
    RGPIN-2019-06294
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Chemical evolution induced by water -in situ observation of formation of prebiotic RNA by high-resolution AFM-
水诱导的化学演化 - 通过高分辨率 AFM 原位观察益生元 RNA 的形成 -
  • 批准号:
    19H02015
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Modelling microbial evolution
微生物进化建模
  • 批准号:
    238389-2006
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modelling microbial evolution
微生物进化建模
  • 批准号:
    238389-2006
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 4.74万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了