en en en fi en en fi en en zh fi fi en fi en en cs en en en en en fi fr de en en en fi en de en en en en en en en fi tr lt es en en fi en en en fi en en en en fi en en en en it en en en en en en en en en en en en en en en en fa en en en en fi en en en en en en en en en en en en en en
JYX - Memoirs of a fish pathogen: how CRISPR-Cas captures phage encounters in Flavobacterium columnare
University of Jyväskylä | JYX Digital Repository
English  | Give feedback |
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.
Show download detailsHide download details
Bacteria are in constant interaction with their viruses, bacteriophages (phages). To prevent or abort phage infections, a variety of defence mechanisms have evolved. CRISPR-Cas, the only known adaptive bacterial immune system, targets intracellular phage genomes by utilizing genetic memories of past infections. A memory is formed during CRISPR adaptation when a fragment of a phage genome is integrated into a CRISPR array on the bacterial genome. This fragment, called a spacer, is later used in the interference phase to recognize and cleave phage genomes with matching sequences. While these core principles are shared by most CRISPR-Cas systems, many subtypes have not been thoroughly explored, especially in their native hosts or in natural environments. In this thesis, I characterize type II-C and VI-B CRISPR-Cas systems in the fish pathogen Flavobacterium columnare in association with its virulent phage. The first study describes how aquaculture settings can be harnessed for coevolutionary studies in semi-natural settings using bacteria that carry CRISPR-Cas loci. The second study shows F. columnare and its virulent phages evolving for several years in aquaculture, where coevolutionary dynamics were reflected by spacer acquisition in bacteria and genomic and host-range changes in phages. The third study examines the adaptation process of the II-C and VI-B CRISPR-Cas systems in the laboratory. The RNA-targeting VI-B locus was dependent on the spacer acquisition machinery of the II-C locus, leading to characteristic interference patterns for both loci. The fourth study shows how the presence of eukaryotic host signals accelerates spacer acquisition, suggesting that environmental determinants play important roles in phage defence strategies. Together, these studies show that type II-C and VI-B CRISPR-Cas systems are active in natural and laboratory conditions, driving coevolution between F. columnare and its virulent phages. Understanding native functioning of CRISPR-Cas is also important for practical applications such as phage therapy. ...
Bakteerit ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa niitä tartuttavien virusten, bakteriofagien (faagien) kanssa. Faagitartuntojen ehkäisemiseksi on kehittynyt laaja valikoima puolustusmekanismeja. CRISPR-Cas on adaptiivinen immuunijärjestelmä, jonka toiminta perustuu menneistä tartunnoista kerättyihin muistijälkiin. Muistijäljet kehittyvät immuunivasteen adaptaatiovaiheessa, jossa solun sisälle päässeen faagin perimästä leikataan osa, joka asetetaan CRISPR-lokukseen niin kutsuttuna välijaksona. Tätä välijaksoa hyödynnetään myöhemmin saman faagiperimän tunnistamiseen ja tuhoamiseen. Erilaiset CRISPR-Cas -järjestelmät perustuvat jaettuihin perusperiaatteisiin, mutta eroavat yksityiskohtaisilta mekanismeiltaan, eikä monia vähemmän tunnettuja järjestelmiä ole tutkittu lainkaan niiden alkuperäisessä isäntäbakteerissa tai luonnollisissa olosuhteissa. Tässä väitöskirjassa selvitän CRISPR-Cas alatyyppien II-C ja VI-B toimintaa kalapatogeeni Flavobacterium columnaren ja sen faagien yhteydessä. Ensimmäisessä tutkimuksessa kartoitan millä tavoin kalanviljelylaitoksia voidaan hyödyntää yhteisevoluutiotutkimuksessa ja mitä CRISPR-Cas-järjestelmiä niissä esiintyvät bakteerilajit kantavat. Toisessa tutkimuksessa selvitän kuinka F. columnare ja sen faagit kehittyvät näissä olosuhteissa usean vuoden ajan. Kolmannessa tutkimuksessa CRISPR-Cas:n evoluutiota seurattiin laboratorio-olosuhteissa, mikä paljasti molemmille lokukselle omaleimaiset adaptaatiomallit sekä riippuvuussuhteen näiden kahden lokuksen välille. Neljännessä tutkimuksessa osoitin pitkällä evoluutiokokeella, kuinka bakteerin isännästä viestivät signaalit vaikuttavat puolustusjärjestelmien valintaan faagien läsnä ollessa. Tyypin II-C ja VI-B CRISPR-Cas -järjestelmät ovat toiminnallisia sekä luonnossa että laboratoriossa ja vaikuttavat olennaisesti F. columnaren ja faagien yhteisevoluutioon. Näiden vuorovaikutusten ymmärtäminen on tärkeää esimerkiksi faagien lääkekäytön, eli faagiterapian näkökulmasta. ...
Artikkeli I: Hoikkala, V., De Freitas Almeida, G., Laanto, E., & Sundberg, L.-R. (2019). Aquaculture as a source of empirical evidence for coevolution between CRISPR-Cas and phage. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 374 (1772), 20180100. DOI: 10.1098/rstb.2018.0100
Artikkeli II: Laanto, E., Hoikkala, V., Ravantti, J., & Sundberg, L.-R. (2017). Long-term genomic coevolution of host-parasite interaction in the natural environment. Nature Communications, 8, 111. DOI: 10.1038/s41467-017-00158-7
Artikkeli III: Ville Hoikkala, Janne Ravantti, César Díez-Villaseñor, Marja Tiirola, Rachel A. Conrad, Mark J. McBride, Lotta-Riina Sundberg (2020). Cooperation between CRISPR-Cas types enables adaptation in an RNAtargeting system. Submitted manuscript.
Artikkeli IV: Gabriel Almeida, Ville Hoikkala, Janne Ravantti & Lotta-Riina Sundberg (2020). Ecological determinants of phage defence strategy in an opportunistic pathogen. Manuscript.
taudinaiheuttajat bakteerit bakteeritaudit kalataudit virukset bakteriofagit kalat sopeutuminen immuunijärjestelmä evoluutio perimä yhteisevoluutio adaptation bacteria bacteriophage coevolution CRISPR-Cas immunity faagi adaptaatio bacteriophages immune system
Show full item record
Showing items with similar title or keywords.
Cooperation between Different CRISPR-Cas Types Enables Adaptation in an RNA-Targeting System
Hoikkala, Ville; Ravantti, Janne; Díez-Villaseñor, César; Tiirola, Marja; Conrad, Rachel A.; McBride, Mark J.; Moineau, Sylvain; Sundberg, Lotta-Riina (American Society for Microbiology, 2021)
CRISPR-Cas immune systems adapt to new threats by acquiring new spacers from invading nucleic acids such as phage genomes. However, some CRISPR-Cas loci lack genes necessary for spacer acquisition despite variation in ...
Exploring phage-bacterium interactions : new ways to combat a fish pathogen
Laanto, Elina (University of Jyväskylä, 2014)
Prophages and Past Prophage-Host Interactions Revealed by CRISPR Spacer Content in a Fish Pathogen
Laanto, Elina; Ravantti, Janne J.; Sundberg, Lotta-Riina (MDPI AG, 2020)
The role of prophages in the evolution, diversification, or virulence of the fish pathogen Flavobacterium columnare has not been studied thus far. Here, we describe a functional spontaneously inducing prophage fF4 from the ...
Exploring evolutionary responses to increasing temperature in an environmental opportunistic pathogen
Ashrafi, Roghaieh (University of Jyväskylä, 2017)
Interactions between Rainbow Trout Eyed Eggs and Flavobacterium spp. Using a Bath Challenge Model : Preliminary Evaluation of Bacteriophages as Pathogen Control Agents
Donati, Valentina L.; Dalsgaard, Inger; Runtuvuori-Salmela, Anniina; Kunttu, Heidi; Jørgensen, Johanna; Castillo, Daniel; Sundberg, Lotta-Riina; Middelboe, Mathias; Madsen, Lone (MDPI AG, 2021)
The microbial community surrounding fish eyed eggs can harbor pathogenic bacteria. In this study we focused on rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) eyed eggs and the potential of bacteriophages against the pathogenic bacteria ...
Tunes and musical notes
All of JYXCollection listBy Issue DateAuthorsSubjectsPublished inDepartmentDiscipline
How to publish in JYX?
Publish Your Thesis Online
Open Science at the JYU
Unless otherwise specified, publicly available JYX metadata (excluding abstracts) may be freely reused under the CC0 waiver.