Onderzoek naar de invloed van profagen op de fysiologie en virulentie van opkomende invasieve niet-tyfoïde S almonella Typhimurium (iNTS) stammen

Populaties van bacteriën worden voortdurend belaagd door bacteriële virussen, ook wel bacteriofagen of kortweg fagen genoemd. Deze continue strijd heeft de aanzet gegeven voor een nauwe co-evolutie van bacteriën en hun virussen doorheen de voorbije millennia. Dit resulteerde in het ontstaan van gesofisticeerde bacteriofaag-gastheer interacties. Eén van deze opvallende interacties is de phage carrier state die gevormd wordt nadat de getemperde bacteriofaag P22 zijn gastheer Salmonella Typhimurium infecteert. Deze phage carrier state ontstaat door uitstel van de integratie van het P22-genoom in het gastheerchromosoom, waardoor er bijgevolg een faagvrije dochtercel kan afsplitsen van de geïnfecteerde bacterie. Ondanks het niet bezitten van het P22-genoom, is deze dochtercel echter wel gedurende enkele generaties beschermd tegen faaginfectie door het cytoplasmatisch overerven van resistentiefactoren die geproduceerd werden tijdens de phage carrier state.

Tijdens de zoektocht naar genen betrokken bij de regulatie van de phage carrier state werd een interessante P22-mutant gevonden, die bijdroeg tot nieuwe inzichten in de infectiedynamica van deze bacteriofaag. Het werd namelijk duidelijk dat door eliminatie van alle lysogenen ten gevolge van een infectie met een faag mutant zonder mnt, een P22-gen verantwoordelijk voor behoud van lysogenie, de faagvrije subpopulatie een sterke groei kende ten gevolge van de vrijgekomen nutriënten. Dit resulteerde in een continue infectie, waarbij telkens nieuwe phage carrier cellen en faagvrije bacteriën werden gevormd. Dit experiment toonde echter ook aan dat infectie met de wild type faag, geen aanleiding gaf tot een continue productie van nieuwe faagvrije bacteriën. In de plaats hiervan werd duidelijk dat de faagvrije populatie reeds na 24h bijna volledig verdwenen was uit de Salmonella cultuur.

Geïntrigeerd door deze resultaten werd besloten de infectiedynamica op populatieniveau in bioreactoren te onderzoeken om zo meer kennis te verwerven over de invloed van de phage carrier state op zowel bacteriofaag- als gastheerconcentraties evenals de ecologische betekenis hiervan. De drijvende moleculaire mechanismen achter deze dynamica werden ook geanalyseerd met behulp van fluorescentie microscopie. Hieruit werd duidelijk dat de phage carrier state zorgt voor een opvallende stijging in bacteriofaagconcentratie, door lytische consumptie van de faagvrije subpopulatie na het verliezen van hun resistentie tegen superinfectie.

Hoewel de huidige literatuur rapporteert dat een hoge faag-gastheer verhouding aanleiding geeft tot de lysogene cyclus, werd er in dit werk aangetoond dat infectie van de faagvrije cellen die hun resistentie verliezen zal resulteren in lysis van de gastheer en niet in lysogenie. Dit wordt veroorzaakt door de geleidelijke verdunning van de resistentiefactoren waardoor er slechts één of enkele bacteriofagen tegelijkertijd de bacteriële cel kunnen infecteren, wat resulteert in de lytische cyclus. Via de phage carrier state is de bacteriofaag dus in staat om de productie van nieuwe virionen op te drijven ondanks de reeds hoge faag-gastheer verhouding.

Tijdens de volgende stap in dit onderzoek werd onderzocht of deze afwijkende infectiedynamica uniek is voor P22, of dat andere bacteriofagen een gelijkende interactie vertonen. Bijgevolg, werd de infectiedynamica van bacteriofaag BTP1, een virus gelijkend op P22, onderzocht. Er werd aangetoond dat er ook na infectie met BTP1 een faagvrije subpopulatie wordt gevormd die tijdelijk resistent is tegen faaginfectie. Bovendien werd bewezen dat deze tijdelijke resistentie voort komt uit de expressie van een resistentiefactor in de phage carrier state, die nadien verder wordt uitgedund.  De infectiedynamica op populatieniveau in batch, verschillende echter sterk met wat eerder tijdens dit doctoraat werd waargenomen voor P22.