Neonatal buzağı ishallerinden izole edilen Escherichia coli izolatlarına özgü litik bakteriyofajların izolasyonu ve moleküler karakterizasyonu

Bakteriyofajlar (fajlar), dünya üzerindeki en yaygın organizmalardır ve keşfedilmiş her ekosistemde bulunabilirler. Son yıllarda dizileme ve biyoinformatik alanlarındaki ilerlemeler, faj çeşitliliği, taksonomisi, konak özgüllüğü, popülasyon yapısı ve genomik özellikler hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Neonatal buzağı ishali, özellikle Escherichia coli kaynaklı enfeksiyonlar nedeniyle dünya genelinde ve ülkemizde sığır yetiştiriciliğinde ciddi ekonomik kayıplara yol açmakta ve artan antimikrobiyal direnç sorunu ile birlikte tedavisinde yaşanan zorluklar, yeni ve alternatif tedavi yöntemlerine olan ihtiyacı artırmaktadır. Faj terapisine yönelik artan ilgi ve fajların genellikle dar konakçı aralığına sahip olması, klinik olarak önemli patojenlere karşı etkili fajların elde edilebilmesi için yeni fajların sürekli olarak izole edilmesini ve detaylı şekilde karakterize edilmesini gerekli kılmaktadır. Bu çalışmada, yeni nesil dizi analiz teknolojisi ve biyoinformatik yaklaşımlar kullanılarak, neonatal ishalli buzağılardan izole edilen enteropatojenik E. coli suşlarına karşı etkili litik bakteriyofajların çeşitli çevresel kaynaklardan izolasyonu, karakterizasyonu ve kolifaj koleksiyonunun oluşturulması hedeflendi. Çalışma kapsamında neonatal ishalli buzağılardan izole edilen 102 E. coli suşunun moleküler karakterizasyonu sonucunda, patotip dağılımında STEC (%29,4), ETEC (%10,8) ve EPEC (%2) suşları tespit edilmiştir. Ayrıca 10 hibrit suş (7 STEC/ETEC, 1 ETEC/EPEC, 2 STEC/ETEC/EPEC) belirlenmiştir. Çevresel örneklerden izole edilen 27 kolifajın litik aktivite analizlerinde, fajların %30'u ETEC-1, %26'sı ETEC-2, %15'i ETEC-3, %69'u STEC ve %8'i EPEC+ETEC patotiplerini enfekte edebildiği, bunların arasından 10 fajın çoklu patotip enfeksiyon kapasitesine sahip olduğu gösterilmiştir. Faj-konak etkileşimini ve popülasyon büyüme dinamiklerini belirlemek için oluşturulan in vitro modelde, seçilen 5 farklı E. coli suşuna özgü izole edilen fajlarla yapılan kültür çalışmalarında, bakteriyel büyüme dinamikleri optik yoğunluk (OD) ölçümleriyle takip edilmiştir. Faj-konak çoğalma kinetiklerinin değerlendirilmesinde OD değişimlerine duyarlı metrik bir sistem Centroid İndeks kullanılmıştır. Yüksek litik aktivite gösteren 12 faj seçilerek, üç farklı MOI (0,1, 1, 10) seviyesindeki terapötik etkinlikleri değerlendirilmiş ve pH 6.3-7.0 aralığının hem bakteriyel üreme hem de faj aktivitesi için optimal olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca fajların 30ºC ve 60º arasında değişen termal stabiliteye sahip oldukları belirlenmiştir. Seçilen beş faja ait genom dizilerinin analizi, bu fajların 44 ve 51bp arasında değişen genom boyutları ve %54,55 ile %54,67 arasında değişen GC içeriği ile doğrusal dsDNA'ya sahip olduğunu ortaya koymuştur. Taksonomik olarak, beş fajın Caudoviricetes takımı içinde yer aldığı ve Dhillonvirus cinsine ait olduğu belirlenmiştir. Bu fajların genomları, varsayımsal ve bilinen işlevsel proteinleri kodlayan 58 ila 71 arasında ORF içermektedir. Ayrıca, genomlar DNA replikasyonu, transkripsiyon düzenlenmesi, nükleotid metabolizması, fajın yapısal oluşumu (kapsid ve kuyruk) ile lizis gibi temel moleküler süreçlerle ilişkili çekirdek genleri ve olası faj savunma sistemi anti-CRISPR proteini barındırmaktadır. Hiçbir genomda integraz, antimikrobiyal direnç, virülans veya toksin genleri gibi istenmeyen özelliklere rastlanmamıştır. Bu çalışma, incelenen E. coli fajlarının, bilinen diğer Escherichia fajlarıyla yüksek düzeyde genomik ve proteomik benzerlik taşıdığını tepit etmiştir. Deneysel süreçte elde edilen bulgular, faj-konak bakteri etkileşimlerinin popülasyon dinamikleri üzerinden değerlendirilmesiyle, seçilen fajların terapötik potansiyelini ortaya koymuştur. Bu doğrultuda, neonatal buzağı ishallerinin tedavisinde kullanılmak üzere etkinliği ve güvenliği optimize edilmiş faj tedavi protokollerinin geliştirilmesine yönelik aday fajlar belirlenmiştir. Farklı çevresel örneklerde kolifaj çeşitliliğine dair veriler sunularak, neonatal ishalli buzağılarda kullanılabilecek karakterize edilmiş bir kolifaj koleksiyonu oluşturulmasına katkı sağlamıştır Anahtar Sözcükler: E. coli, Faj, Neonatal Buzağı İshali, Tek Sağlık