Virusgener från damm kan hjälpa bakterier att överleva

En viktig fråga inom evolutionsbiologin är hur nya funktioner uppstår. Ny forskning vid Uppsala universitet visar att virus som infekterar bakterier, så kallade bakteriofager, kan medverka till nya funktioner genom att synliggöra dold potential hos sina värdbakterier.

Bakteriofager är de till antalet vanligaste organismerna på jorden (ca.10³¹) och varje dag infekteras och dödas mellan 15-30 procent av alla bakterier i världshaven på grund av bakteriofaginfektioner. I den nya studien, publicerad i Nature Ecology & Evolution, har forskarna undersökt hur bakteriofager, i stället för att döda bakterierna, överför gener som hjälper bakterien E. coli att överleva.

- Vi fann en ny oväntad mekanism där gener från bakteriofager ger bakterierna möjlighet att utnyttja sin dolda potential och därmed etablera en ny funktion, säger forskaren och försteförfattaren Jon Jerlström Hultqvist.

Först tog forskarna bort en för bakterien livsviktig gen (ilvA) och därefter undersökte man om gener från bakteriofager, som isolerades från Svandammen i Uppsala, kunde rädda bakterierna. Forskarna identifierade en ny grupp av gener som kodar för enzymer, S-adenosyl methionine (SAM) hydrolaser. Dessa enzymer bryter ner SAM och som ett resultat ökar biosyntesen av aminosyran metionin, en prekursor till SAM. Ett av enzymerna som krävs för denna process har en sidoreaktion som gör att E. coli bakterien kan kompensera för avsaknaden av den livsviktiga ilvA-genen.

Den aktuella studien visar att de funktioner som normalt kan hittas i bakterier inte är de enda som behöver undersökas när vi vill förstå hur en bakterie fungerar. Bakteriecellens dolda potential kan manifesteras när dess metaboliska tillstånd ändras, t.ex. vid en bakteriofaginfektion. Enligt professor Dan I. Andersson, huvudansvarig för studien, består den nyupptäckta funktionen i att bakteriofag-enzymer har förmågan att bryta ner en viktig cellkomponent (SAM) hos bakterien.

- När denna komponent bryts ner ställer bakteriecellen om sin metabolism och en ny funktion blir tillgänglig. Det är väldigt viktigt att förstå den dolda potentialen hos bakterier, liksom ifall denna kan påverka utvecklingen av antibiotikaresistens och deras sjukdomsalstrande förmåga.

Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse (KAW)

Artikelreferens: Jon Jerlström Hultqvist, Omar Warsi, Annika Söderholm, Michael Knopp, Ulrich Eckhard, Egor Vorontsov, Maria Selmer, and Dan I. Andersson. A bacteriophage enzyme induces bacterial metabolic perturbation that confers a novel promiscuous function. Nature Ecology & Evolution. Advance Online Publication May 28, 2018. DOI 10.1038/s41559-018-0568-5

För mer information, kontakta:
Dan I. Andersson, tel: 070-167 90 77, e-post: Dan.Andersson@imbim.uu.se; Maria Selmer, tel: 018-471 41 77, e-post: Maria.Selmer@icm.uu.se, eller Jon Jerlström Hultqvist, e-post: jon.jerlstromhultqvist@dal.ca