Úloha bakteriofágů v horizontálním přenosu genů u druhu Staphylococcus aureus

Mgr. Ivana Mašlaňová, Ph.D.

Doctoral thesis

The role of bacteriophages in horizontal gene transfer in species Staphylococcus aureus

Abstract:

Rychlá evoluce stafylokokových druhů přispívá ke značné variabilitě kmenů a ke vzniku nových klonů. Příčinou je především získávání nových genů odpovědných za vzrůstající virulenci a rezistenci k antibiotikům prostřednictvím horizontálního přenosu genů (HGT). Je obecně přijímáno, že v tomto procesu hrají hlavní roli temperované bakteriofágy a předpokládá se, že přispívají k šíření mobilních genetických elementů (MGE) včetně stafylokokové chromozomové kazety mec (SCCmec). Závažný medicínský problém představují meticilin-rezistentní kmeny druhu Staphylococcus aureus (MRSA). V současné době je popsáno 11 různých typů SCCmec elementů, které nesou gen mecA odpovědný za rezistenci k meticilinu. Přesný mechanismus přenosu a evoluce tohoto elementu jsou stále diskutovány a jsou předmětem dalšího výzkumu. Tato práce je zaměřena na vývoj a optimalizaci vhodné techniky pro detekci a kvantifikaci bakteriálních genů ve fágových částicích pomocí kvantitativní „real-time“ PCR (qPCR). Byla stanovena frekvence sbalování 12 různých bakteriálních genů včetně genů lokalizovaných na SCCmec, stafylokokovém ostrově patogenity (SaPI) a genomických ostrovech. Hlavním a novým výsledkem je zjištění, že bakteriofágy sérologické skupiny B sbalují části SCCmec elementu (ccrA1 a mecA) do svých kapsidů a mohou tak přispívat k evoluci a šíření nových klonů MRSA. Dosažené výsledky ukazují, že části SCCmec elementů je možné detekovat také ve virionech indukovaných bakteriofágů přirozeně se vyskytujících u klinických kmenů.

Abstract:

Rapid evolution of Staphylococcus species contributes to substantial variability of strains and formation of novel clones and is facilitated by the acquisition of new genes through horizontal gene transfer (HGT). The newly acquired genes responsible for virulence and resistance to antibiotics are rapidly disseminated in the staphylococcal population. It is widely accepted that temperate bacteriophages play a major role in this process and contribute to spread of mobile genetic elements (MGE) including staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec). Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) strains represent a significant medical problem. In the present day, 11 different types of SCCmec elements are described, which carry mecA gene responsible for methicillin resistance, but the transfer mechanisms and evolution of SCCmec element are still discussed. In this study, we developed and optimized the technique for detection and quantification of S. aureus bacterial genes directly within the phage particles via qPCR. The packaging frequencies of 12 different bacterial genes including genes localized on SCCmec, staphylococcal pathogenicity island (SaPI) and genomic islands were compared. The new and crucial finding that serogroup B bacteriophages can package concurrently ccrA1 and mecA localized on SCCmec type I into their capsids indicates that generalized transduction plays an important role in the evolution and emergence of novel MRSA clones. The results show, that the presence of SCCmec element is detected within bacteriophages from clinical strains.

Keywords

Staphylococcus aureus, horizontální přenos genů, bakteriofágy, stafylokoková chromozomová kazeta mec, mobilní genetické elementy, transdukce Staphylococcus aureus, horizontal gene transfer, bacteriophages, Staphylococcal Cassette Chromosome mec, mobile genetic elements, transduction

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 11. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2012
• Supervisor: prof. RNDr. Jiří Doškař, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Alena Španová, CSc., RNDr. Marie Vojtíšková, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology