В природе многие виды растущих популяций, от колоний бактерий до людей, имеют тенденцию к физической экспансии.
В случае "тянущей" экспансии пионерами выступают особи, находящиеся по периметру. Но в случае "толкающей" экспансии движение наружу происходит изнутри. Исследователи задались целью узнать больше о том, как вирусные экспансии происходят в инфицированных тканях, и могут ли они переходить из "тянущего" состояния в "толкающее".
В работе, опубликованной в журнале Physical Review X, сообщается, что при экспансии вирусов происходит переходный процесс: сначала вирусные частицы на переднем крае тянут за собой экспансию, но через некоторое время экспансия продвигается вперед вирусами внутри инфицированного региона.
Так называемые подталкивающие волны экспансии могут сохранять генетическое разнообразие в течение более длительного периода времени, чем популяции, которые вытягиваются, и это явление было обнаружено в случае вирусной экспансии. Таким образом, вирусные экспансии могут эволюционировать в большей степени, чем было известно ранее. Эта работа может помочь исследователям предсказать эту эволюцию в инфицированных организмах.
"Толчкообразная экспансия обычно наблюдается в популяциях, которые демонстрируют кооперативное поведение, например, в стадах животных. Однако известно, что среди вирусов нет кооперации", - отметил первый автор исследования Майкл Хантер из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.
Исследователи использовали бактериофаг T7, который инфицирует Escherichia coli, чтобы показать, что вирусные инфекции в тканях перешли от "тянущего" к "толкающему" расширению. Несмотря на то, что вирусы не могут общаться друг с другом, они могут создавать толкающие волны. Это связано с передачей сигналов между инфицированными вирусами клетками.
"Наши наблюдения показывают, что переход от тянущей к толкающей экспансии спонтанно возникает в результате обратной связи между динамикой вируса и хозяина, при которой вирусная дисперсия зависит от плотности ткани хозяина, которая, в свою очередь, постоянно изменяется вирусом по мере развития экспансии",
- отметил Хантер.
Исследователи предположили, что в этом процессе задействованы два механизма. Один из них связан с объемом; физические препятствия могут мешать вирусам диффундировать через ткани хозяина в плотной среде. Другой связан со временем, необходимым вирусу для роста в клетке хозяина; вирусам может потребоваться инкубация в течение определенного периода, прежде чем они смогут диффундировать.
"Наши результаты указывают на то, что система фаг-бактерия является высококонтролируемой платформой для экспериментального изучения динамики растущих популяций с плотностно-зависимым рассеиванием", - отметила старший автор исследования Диана Фуско.
"Помимо фагов, наши результаты показывают, что вирусные экспансии могут сохранять генетическое разнообразие гораздо дольше, чем считалось ранее, что позволяет предположить, что вирусные популяции, распространяющиеся в инфицированном организме, могут быть очень адаптивными к изменениям в окружающей среде. Это понимание поможет в построении лучших моделей роста и эволюции вирусов в инфицированных тканях и организмах".
