Raziskovalni projekti

Sodelujoče RO

•  Biotehniška fakulteta, UL
•  Oddelek za bakteriologijo, Univerza v Wisconsin, Madison

Vsebinski opis projekta 

Fagi so bakterijski mobilni genetski elementi (MGE), ki jih najdemo povsod kjer obstajajo njihove gostiteljske bakterije, običajno v desetkratnim presežku bakterij. Lizogeni (ali temperantni) fagi se poleg ubijanja bakterij lahko integrirajo v bakterijski kromosom in se v njem razmnožujejo kot profagi. Profagi, ki so prisotni v skoraj 70 % vseh bakterij, lahko preko lizogenije vplivajo na različne prilagoditvene lastnosti bakterij. Pojav, znan kot lizogena konverzija, pri katerem profag spremeni gostiteljev fenotip, se posreduje prek pomožnih genov, ki jih fag lahko pridobi ali izgubi, ne da bi prekinil svoj funkcionalni litični cikel. Nekateri lizogeni fagi, kot so fagi specifični za Firmicutes, kažejo posebno visoko stopnjo pridobivanja in izgubljanja genov s pomočjo rekombinacie, ki se pojavlja med fagi ki sočasno okužijo eno gostiteljsko calico ali med funkcionalnimi in okvarjenimi fagi. Kljub dokazom primerjalne genomike so eksperimentalne študije o rekombinaciji fagov in njenem vplivu na fitnes in prilagajanje bakterijskih gostiteljev omejene. Širše posledice lizogenije na bakterijske gostitelje v daljšem evolucijskem časovnem obdobju, zlasti pri nepatogenih bakterijskih modelih, ostajajo slabo razumljene. Glavni cilj tega projekta je raziskati vpliv rekombinacije temperantnih fagov na prilagajanje bakterijskih gostiteljev. Projekt je razdeljen na tri raziskovalne sklope: 1) Izbor in izolacija rekombinacijskih fagov z edinstvenimi sklopi pomožnih genov; 2) Eksperimentalna evolucija bakterij s koktajli fagov in 3) Fenotipska in genotipska karakterizacija evolviranih bakterij in fagov. Raziskovalna hipoteza PHEVO predvideva, da bo prisotnost fagov pospešila prilagajanje gostitelja. Ta pozitivni učinek fagov naj bi bil najbolj izrazit v okoljih, za katera je značilna velika raznolikost fagov, ki omogoča rekombinacijo in izmenjavo koristnih genov, ter v kompleksnih selekcijskih režimih, ki zahtevajo raznolik nabor prilagoditvenih lastnosti. Čeprav je ta raziskava trenutno v temeljni eksperimentalni fazi, lahko postane inovativna strategija za hitro optimizacijo koristnih bakterij. V bistvu je projekt mejnik pri napredku našega temeljnega razumevanja zapletenega odnosa med evolucijo zmernih fagov z rekombinacijo in prilagoditvijo bakterijskih gostiteljev.

Zunanja povezava na Sestava projektne skupine  Odpira se v novem oknu

• Zunanja povezava na Anna Dragoš Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Virginie Marie-Aline Grosboillot  Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Valentina A. Floccari  Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Nina Vesel  Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Polonca Štefanič Odpira se v novem oknu 
• Zunanja povezava na Eva Stare Odpira se v novem oknu 
• Zunanja povezava na Maja Popović  Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Ines Mandić-Mulec  Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Eli Podnar Odpira se v novem oknu 
• Zunanja povezava na Hannah Rose Bonham Odpira se v novem oknu
• Zunanja povezava na Jaka Jakin Lazar Odpira se v novem oknu 

Faze projekta in njihova realizacija 

• DP 1. Izbor in izolacija rekombinirajočih fagov z edinstvenimi nabori pomožnih genov.

Mejnik 1: Fagni koktajli za eksperimentalno evolucijo so zasnovani in pripravljeni.
Rezultati: Nadgrajeno programsko orodje Synphage za primerjavo in vizualizacijo fagnih genomov (prosto dostopna na platformi GitHub), 'zemljevid' ohranjenosti genomov SPbetavirusov, seznam in stopnja ohranjenosti pomožnih genov SPbetavirusov, gostiteljski razpon izbranih SPbetavirusov, zbirka prečiščenih SPbetavirusov (verjetno vključno s predstavniki novega rodu), fagni koktajli za evolucijski eksperiment.

• DP 2. Eksperimentalna evolucija bakterij s fag­nimi koktajli.

Mejnik 2: Evolucijski eksperiment zaključen, evolvirane populacije gostiteljev primerjane s predniki z uporabo osnovnih testov prilagoditvene uspešnosti, izbrani posamezni izolati za podrobne fenotipske študije.
Rezultati: Evolvirane populacije bakterij in fagov (vključno z zamrznjenimi kulturami iz zaporednih evolucijskih časovnih točk); prilagoditvene trajektorije, vključno z dinamiko CFU, sporulacije in kaljenja; izbrani sevi za nadaljnjo fenotipsko in genomsko karakterizacijo.

• DP 3. Fenotipska in genotipska karakterizacija evolviranih bakterij in fagov.

Mejnik 3: Evolvirani sevi in fagi sekvencirani. Preverjen učinek izbranih evolviranih fagov in genetskih modulov na prilagoditveno uspešnost gostitelja.
Rezultati: Sekvencirani genomi izbranih evolviranih bakterij in fagov. 'Zemljevid' rekombinacijskih dogodkov in rekombinacijskih vročih točk skupaj z anotiranimi ustreznimi genomskimi regijami. Zbirka himernih fagov in ekspresijskih vektorjev, ki vsebujejo izbrane himerne fag­ne module, ter rekombinantni sevi, ki nosijo te fage/vektorje, pri čemer je njihov vpliv na prilagoditveno uspešnost neposredno testiran.