At what cost? Attempting to quantify cost of resistance in bacterium-phage interactions

Biodiversiteten i mikrobielle samfunn er svært stor. Organismene som danner samfunnet må stadig gjøre avveininger mellom ulike karaktertrekk som påvirker deres muligheter for vekst, konkurranse og overlevelse. For å beskrive og forstå hvordan det mikrobielle mangfoldet har oppstått, utviklet seg og blir opprettholdt, må vi forstå disse avveiningene. Bakterier kan utvikle forsvar mot bakteriofager (fag, virus som infiserer bakterier) men slik resistens kan samtidig gå ut over deres konkuranseevne. I naturlige økosystem er det vanskelig å kvantifisere grad av forsvars- og konkurranseevne, og ikke minst avveininger mellom disse. Proteinsyntese er en fundamental prosess i alle levende organismer, og synes derfor å kunne være en brukbar egenskap for å tallfeste kostnaden av resistens hos bakterier. Escherichia coli utgjør et enkelt modellsystem som også er egnet til å avsløre viktige konsekvenser av fagresistens i samband med fagterapi. Jeg isolerte både helt og delvis fagresistente E. coli og sammenlignet disse med hensyn på proteinsyntese i enkeltceller. Til dette brukte jeg BONCAT (bioorthogonal non-canonical amino acid tagging) metoden, som baserer seg på bakterienes opptak og inkorporering av syntetiske aminosyrer som kan merkes selektivt med fluoriserende fargestoff og detekteres i flowcytometer. De syntetiske aminosyrene hadde effekter på bakterienes metabolisme utover det som var forventet, men metoden ble likevel optimalisert og validert for bruk i de planlagte eksperimentene uten at bakterienes vekstegenskaper ble påvirket. Ved helgenomsekvensering kunne spesifikke mutasjoner knyttes til fagresistens. Slimdannende fenotyper med ulike grad av fagresistens hadde redusert vekst hastighet og lavere næringsopptak, mens en annen fagresistent mutant hadde økt aminosyreopptak, ingen endring i veksthastighet og redusert vektutbytte. Kostnaden av resistens kan med andre ord manifestere seg enten som både økt eller redusert proteinproduksjon, hvilke tyder på at fagresistens kan ha påvirke raten og effektiviteten av proteinsyntese. Videre forskning er nødvendig for å forstå sammenhengen mellom fluorescens og proteinsyntese i metoden og hvordan ulike fagresistensmekanismer kan påvirke opptak og inkorporering av aminosyrer i bakterier.