Discovery and molecular biology of the abortive infection phage resistance system AbiV from Lactococcus lactis

Bakteriofager (fager) er bakteriedræbende virus som fungerer ved at sprøjte deres DNA ind i en bakteriecelle og udnytte dennes celle-apparat til at danne nye fager. Disse frigives til omgivelserne under ødelæggelse af bakteriens cellevæg hvorved cellen dør. Fager forårsager stor skade i industrier der bruger fermenterende bakterier i deres produktion ved at slå de anvendte bakteriestammer ihjel hvorved produktionen standses. Specielt mejeriindustrien er kendt for at have store fag-problemer og det anslås at mellem 0,1 % og 10 % af alle mælkefermenteringer er ramt af fag-angreb. Gennem evolutionen har bakterier udviklet naturlige anti-fag barrierer som beskyttelse mod fag-angreb. En af disse såkaldte fag-resistensmekanismer hedder abortiv infektion (Abi) og den virker ved at standse fag-angrebet efter fagens DNA er kommet ind i cellen. Den enkelte celle dør herved, men bakteriepopulationen overlever da fag-angrebet bliver standset. Under mit ph.d. studium opdagede jeg et nyt Abi fag-resistens protein som vi opkaldte AbiV. Dette protein beskytter bakterien mod angreb fra to ud af de tre absolut mest dominerende fag-arter i mejeriindustrien. Genet der koder for AbiV blev fundet på kromosomet af model-bakterien Lactococcus lactis ssp. cremoris MG1363. AbiV kræver tilstedeværelse af et protein i de inficerende fager for at virke. Dette protein som vi opkaldte SaV (for sensitivitet til AbiV) blev identificeret og analyseret. Proteinets funktion i fagen er ukendt men det er yderst giftigt når det bliver udtrykt i forskellige bakteriestammer. Vi demonstrerede at AbiV og SaV i deres naturlige konfiguration begge består af 2 identiske subunits og at de interagerer i et aktivt kompleks bestående af 2xAbiV+2xSaV. Dette kompleks giver fag-resistens ved at hæmme syntese af fag-proteiner. Vi foreslår at dette sker ved en generel hæmning af cellens protein syntese apparat som det er observeret i lignende systemer fra Escherichia coli. Mejeriindustrien er underlagt bestemmelser og forbruger-tendenser der gør det uattraktivt at benytte genmodificerede organismer (GMO). Vi viste at AbiV fag-resistens systemet kan udtrykkes spontant i bakterier der bærer abiV genet på deres kromosom. Endvidere viste vi at dette kan overføres mellem bakterier spontant uden brug af genetisk manipulation. Systemet har potentielt stor værdi for mejeriindustrien og det er derfor i en igangværende patenteringsproces.