Activation, regulation and physiology of natural competence in Lactococcus lactis
Natuurlijke genetische aanpassing van melkzuurbacterie
Lactococcus lactis is een Gram-positieve bacterie die met name in de zuivelproductie wordt gebruikt en is veilig voor consumptie. Bacteriën kunnen verschillen qua eigenschappen, ook als ze tot dezelfde soort behoren. Die verschillen leiden ertoe dat de ene stam heel geschikt is voor fermentatie van melk, maar de andere stam niet. Binnen de zuivelindustrie is het langs natuurlijke weg optimaliseren van bacteriën een belangrijk en gewenst punt.
Veel bacteriën kunnen natuurlijke mechanismen aanspreken om DNA op te nemen, dit noemen we horizontale gen-overdracht. Tot deze mechanismen behoren faag transductie, nanotubes, conjugatie en natuurlijke competentie. Competentie is een toestand waarin de cel gemakkelijk vreemd DNA opneemt. In haar promotieonderzoek onderzocht Joyce Mulder of L. lactis natuurlijke competentie kan ontwikkelen.
Met behulp van genoom analyse heeft zij stammen geselecteerd die een complete set competentiegenen lijken te hebben. Daarvan is bij één stam, L. lactis KF147, een construct ingebracht dat de master regulator van competentie, ComX, gaat produceren wanneer het eiwitje nisine is toegevoegd aan het groei medium van de bacterie. Bij middelmatige expressie van ComX konden de cellen inderdaad DNA uit de omgeving opnemen en efficiënt integreren in het eigen genoom, ten minste, in het geval van homologe DNA fragmenten. Daarnaast bleek de ‘pleiotropische stringent response regulator’ CodY betrokken te zijn bij de natuurlijke competentie staat.
Een hoge expressie van ComX leidt tot stagnatie van groei en een algehele stress/stringent response waarbij de cellen nog wel metabool actief zijn. De natuurlijke trigger voor natuurlijke competentie werd niet gevonden, maar er zijn sterke aanwijzingen dat omgevingsfactoren die zoals een voedseltekort of stringent response in L. lactis een mogelijke trigger zijn.
Joyce Mulder verrichtte haar promotieonderzoek bij de afdeling Moleculaire Genetica van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB). Zij werkt nu als projectmanager bij het NIOZ.