Faag-gemedieerde lysogenisatie en transductiedynamiek in Salmonella Typhimurium

Salmonella enterica is een belangrijke voedselpathogeen waarvan de eigenschappen gevormd werden door bacteriofagen en via horizontale genoverdracht. Desondanks blijven vele interacties met fagen slecht begrepen. Deze doctoraatsstudie trachtte in deze context een licht te werpen op de gedetailleerde lyosogenisatie- en transductiedynamiek afkomstig van de interacties tussen Salmonella enterica serovar Typhimurium en zijn getemperde faag P22.

Eerder onderzoek naar P22 lysogenisatie in onze groep onthulde een nieuwe interactie geïnitieerd door het P22 ORFan gen pid (voor faag P22 encoded instigator of dgo expression), resulterend in de derepressie van het gastheer dgoRKAT operon dat betrokken is bij D-galactonaat metabolisme. Het pid gen komt bovendien sterk tot expressie in zogenaamde phage carrier cellen die een polair gelokaliseerd P22 episoom bevatten dat asymmetrisch segregeert naar de dochtercellen. In deze thesis ontdekten we dat het pid locus uitgerust is met een zwakke promotor, een uitzonderlijk lange 5’ untranslated region die aanleiding geeft tot een secundair pid mRNA species, en een 3’ Rho-onafhankelijke terminatielus die verantwoordelijk is voor de stabiliteit van het pid transcript. Vervolgens werd een brede interactomics aanpak gevolgd om de moleculaire componenten die aan de basis liggen van de Pid/dgoRKAT interactie te onthullen. Deze aanpak leidde tot de hypothese dat Pid kan optreden als een secondary channel binding factor (SCBF) die RNA polymerase-processiviteit beïnvloedt met behulp van een andere SCBF DksA. De observaties dat Pid en DksA een gelijkaardige eiwitstructuur hebben, en dat een deletie van dksA of mutaties in het RNA polymerase de Pid/dgoRKAT interactie zouden kunnen attenueren, vormden verder bewijs dat deze hypothese ondersteunde. Tot nu toe kon de vermeende Pid/DksA/RNA polymerase-interactie echter nog niet op een meer directe manier bevestigd worden.

Aangezien faag-gemedieerde transductie een belangrijke motor is van horizontale genoverdracht werd de transductiecapaciteit van P22 bepaald met behulp van sequentie-mappen van de P22 capside inhoud en vergeleken met twee andere Salmonella fagen (getemperde faag ES18, en strikt lytische faag Det7). Op die manier vonden we bewijs voor de aanwezigheid van genetische watermerken op het S. Typhimurium chromosoom die gelijkenis vertonen met de verpakkingssequentie van P22. Deze watermerken kunnen de verpakkings- en transductiefrequenties van nabijgelegen regio’s via P22 sterk verhogen. Meer specifiek hebben we een ca. 561 kb gastheerregio geflankeerd door zulke watermerken geïdentificeerd die sterk verpakt en getransduceerd wordt tijdens zowel P22 profaag inductie als tijdens lytische infectie. We stellen voor dat zulke watermerken in het gastheerchromosoom geselecteerd worden als locaties waarnaast een hoge transductiefrequentie optreedt.

Samenvattend heeft deze studie nieuwe moleculair-genetische inzichten opgeleverd in hoe Salmonella Typhimurium lysogenisatie- en transductiedynamiek door P22 ondergaat, en onderstreept dat (zelfs in goed bestudeerde modelsystemen) dergelijke faag-gastheerinteracties verder dienen verkend te worden