Komplexní analýza genomů jedinečných bakteriofágů a plazmidů nesoucích geny pro exfoliativní toxiny A a B u Staphylococcus aureus

BOTKA, Tibor. Komplexní analýza genomů jedinečných bakteriofágů a plazmidů nesoucích geny pro exfoliativní toxiny A a B u Staphylococcus aureus (Complex genome analysis of unique bacteriophages and plasmids carrying genes for exfoliative toxins A and B in Staphylococcus aureus). Informační listy. Brno: Genetická společnost Gregora Mendela, 2017, Neuveden, No 50, p. 11-25. ISSN 1210-6267.

Basic information

• Original name: Komplexní analýza genomů jedinečných bakteriofágů a plazmidů nesoucích geny pro exfoliativní toxiny A a B u Staphylococcus aureus
• Name in Czech: Komplexní analýza genomů jedinečných bakteriofágů a plazmidů nesoucích geny pro exfoliativní toxiny A a B u Staphylococcus aureus
• Name (in English): Complex genome analysis of unique bacteriophages and plasmids carrying genes for exfoliative toxins A and B in Staphylococcus aureus
• Authors: BOTKA, Tibor (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution).
• Edition: Informační listy, Brno, Genetická společnost Gregora Mendela, 2017, 1210-6267.

Other information

• Original language: Czech
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 10600 1.6 Biological sciences
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: URL
• RIV identification code: RIV/00216224:14310/17:00095708
• Organization unit: Faculty of Science
• Keywords (in Czech): exfoliativní toxiny; ETA fágy; ETB plazmidy; Staphylococcus aureus
• Keywords in English: exfoliative toxins; ETA phages; ETB plasmids; Staphylococcus aureus
• Tags: NZ, rivok

Abstract

Staphylococcus aureus je významný oportunní patogen a častý původce bakteriálních nozokomiálních nákaz a toxikóz. Asi 5 % kmenů S. aureus produkuje exfoliativní toxiny (ET) A a B, které jsou kódovány geny mobilních genetických elementů a způsobují epidermolytická onemocnění novorozenců a dětí předškolního věku. Mírná lokální forma se nazývá bulózní impetigo, zatímco generalizovaný a život ohrožující stav se označuje jako stafylokokový syndrom opařené kůže (SSSS – Staphylococcal Scalded Skin Syndrome). Cílem této práce je molekulární charakteristika a komparativní analýza genomů dosud nepopsaných eta-pozitivních bakteriofágů čeledi Siphoviridae (ETA-fágy) a etbpozitivních plazmidů (ETB-plazmidy), které byly izolovány z kmenů S. aureus zodpovědných za epidermolytická onemocnění v ČR. Analýza genomů ETA-fágů odhalila jejich četné odlišnosti, které se projevily například ve strukturních proteinech virionů. Bylo identifikováno několik oblastí získaných zřejmě rekombinačními procesy. Oba bakteriofágy představují dosud nepopsané typy ETA-fágů, které mají schopnost konvertovat netoxinogenní kmen S. aureus na vysoce efektivního producenta ETA, čímž potvrdily svou významnou roli v patogenitě hostitelské bakterie. Studiem ETB-plazmidů bylo zjištěno, že plazmidy izolované z kmenů S. aureus klonálního komplexu CC121 sdílí rozsáhlou oblast sekvence DNA, která zahrnuje geny pro faktory virulence, ETB a EDIN C. Plazmidy této linie dále obsahují variabilní úseky umožňující jejich typové rozlišení. Přestože se dosud předpokládalo, že ETB-plazmidy jsou relativně uniformní, byl v této práci překvapivě izolován a popsán dosud neznámý typ vykazující minimální sekvenční homologii s ostatními ETB-plazmidy. Ten navíc nese geny pro konjugaci a nové varianty genů pro faktory virulence včetně ETB, čímž reprezentuje zcela novou linii ETB-plazmidů. V této práci byla navržena multiplex PCR pro spolehlivou identifikaci všech typů ETB-plazmidů.

Abstract (in English)

Staphylococcus aureus is an important opportunistic pathogen and common cause of bacterial nosocomial infections. A horizontal gene transfer of virulence factors, promoted by tempered bacteriophages and plasmids, plays a crucial role in mechanism of pathogenic strains origin. Exfoliative toxins A (ETA) and B (ETB), transferred by this way, are the cause of epidermolytic diseases mostly of newborns and young children. The mild localized form is called bullous impetigo, while the generalized life-threatening condition is known as staphylococcal scalded skin syndrome (SSSS). This dissertation is focused on molecular characterization and comparative genomic analysis of previously undescribed staphylococcal eta-positive bacteriophages of the family Siphoviridae (ETA phages) and etb-positive plasmids (ETB plasmids) isolated from S. aureus strains implicated in epidermolytic diseases in Czech Republic. The strains containing studied ETA phages and ETB plasmids were chosen on the base of etiology, clinical source and genotyping. The DNA of isolated phages and plasmids was sequenced and annotated. Analysis of the ETA phage genomes revealed numerous differences that manifested, for example, in virion structural proteins. Several parts gained probably by recombination were identified. So, both the phages represent novel and up to now undescribed types of phages belonging to Siphoviridae family. Using them, we accomplished positive lysogenic conversion of non-toxigenic S. aureus strain to highly effective producer of ETA. This confirmed an important impact of ETA phages on the host strain pathogenicity. The analysis of ETB plasmids showed, that plasmids isolated from S. aureus strains of clonal complex CC121 share a large part of DNA sequence including typical virulence genes, i.e. genes for ETB and EDIN C. However, plasmids of this lineage contain also variable regions facilitating their differentiation. Although ETB plasmids have been assumed to be relatively uniform, we unexpectedly isolated and described a novel yet unknown type showing minimal sequence homology with other ETB plasmids. Moreover, it carries genes for conjugation and novel variants of virulence genes including etb. Therefore, it represents a novel lineage of ETB plasmids. A valuable multiplex PCR assay has been designed to distinguish all the types of ETB plasmids. The last part of this thesis is focused on gene typing of S. aureus strains isolated from 92 Czech patients suffered for cystic fibrosis. While more than half of isolates was enterotoxin genes-positive, only two of them contain eta gene. No etb gene-positive isolate was detected. These results correspond to previously published low prevalence of exfoliative toxin-producing strains.

Links

• NT12395, research and development project: Name: Molekulární průkaz a analýza invazivních kmenů small colony variants (SCV) a rezistentních kmenů S. aureus od pacientů s cystickou fibrózou
• QJ1510216, research and development project: Name: Fágová terapie infekcí vyvolaných Staphylococcus aureus v chovech hospodářských zvířat (Acronym: StafyFag)

Investor: Ministry of Agriculture of the CR