Development of transient phage resistance in Campylobacter coli against the group II phage CP84

Orquera, S.; Hertwig, S.; Alter, T.; Hammerl, J. A.; Jirova, A.; Gölz, G.

Recently, there is a growing interest in the use of bacteriophages for pre- and post-harvest applications to reduce foodborne pathogens (including Campylobacter) along the food chain. Quantitative Campylobacter reductions of up to three log10 units have been achieved by phage application. However, possible phage resistance might limit this approach. In Campylobacter (C.) jejuni, phage resistance mechanisms have been described in detail but data on these mechanisms in C. coli are still missing. To study phage resistance in C. coli, strain NCTC 12668 was infected with the lytic phage CP84, belonging to group II of Campylobacter phages. Resistant and sensitive clones were analysed using phenotypic and genotypic assays. C. coli clones acquired only transient resistance against CP84. The resistance led to cross-protection to one out of five other group II phages tested. Phage resistance was apparently neither caused by large genomic rearrangements nor by a CRISPR system. Binding assays demonstrated that CP84 could not adsorb to resistant C. coli clones suggesting a bacterial phage receptor to be involved in resistance. However, phage resistant C. coli clones did not reveal an altered motility or modified flaA sequence. Considering the loss of binding capacity and the reversion to a phage sensitive phenotype we hypothesize that acquired resistance depends on temporal phase variable switch-off modifications of the phage receptor genes, even though the resistance mechanism could not be elucidated in detail. We further speculate that even closely related phages of the same group use different bacterial receptors for binding on C. coli.

Die Möglichkeit, die Zellzahl wichtiger Lebensmittelinfektionserreger (einschließlich Campylobacter) entlang der Lebensmittelkette durch den Einsatz von Bakteriophagen zu reduzieren, hat zunehmend wieder an Interesse gewonnen. Verschiedene Studien zeigten, dass durch die Applikation von Bakteriophagen Reduktionen der Campylobacter-Zellzahlen bis zu drei Logstufen erzielt werden können. Allerdings könnte dieser Ansatz durch die Entstehung von Resistenzen gegenüber den Phagen begrenzt werden. Für Campylobacter (C.) jejuni wurden bereits detailliert einige Resistenzmechanismen gegenüber Phagen beschrieben, jedoch fehlen Daten zu Phagen-Resistenzmechanismen bei C. coli. Zur Erhebung von Phagen-Resistenzdaten wurde C. coli NCTC 12668 mit dem virulenten Phagen CP84, einem Gruppe-II-Campylobacter-Phagen, infiziert. Die phagenresistenten und -sensitiven Klone wurden phänotypisch und genotypisch weiterführend untersucht. Die resistenten C. coli-Klone zeigten hierbei nur eine vorübergehende Resistenz gegen den Phagen CP84. Diese Resistenz führte zu einer Kreuzresistenz gegenüber einem weiteren von fünf getesteten Gruppe-II-Bakteriophagen. Die Phagenresistenz wurde offenbar weder über große genomiche Reorganisationen noch über das CRISPR-System hervorgerufen. Bindungsstudien zeigten, dass CP84 nicht mehr an resistente C. coli-Klone binden konnte, was auf eine Beteiligung des bakteriellen Phagenrezeptors an dem Resistenzmechanismus hinweist. Resistente C. coli-Klone zeigten keine veränderte Beweglichkeit und keine veränderte flaA-Sequenz. Auch wenn der Resistenzmechanismus von C. coli NCTC 12668 gegenüber dem Phagen CP84 bisher nicht nachgewiesen werden konnte, lässt sich die Hypothese aufstellen, dass die erzielte Resistenz durch vorübergehende phasenvariable switch-off-Modifikationen der Phagenrezeptor-Gene erfolgte. Die gezeigten Daten deuten darauf hin, dass auch verwandte Bakteriophagen derselben Gruppe verschiedene Rezeptoren zur Bindung an C. coli verwenden.

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Orquera, S. / Hertwig, S. / Alter, T. / et al: Development of transient phage resistance in Campylobacter coli against the group II phage CP84. 2015.

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