The effect of PemK toxin activation on antibiotic resistance phenomenon in Staphylococcus aureus

Obecnie na świecie rośnie liczba antybiotykoopornych, patogennych mikroorganizmów, których przykładem może być oporny na metycylinę gronkowiec złocisty (MRSA ang. methicillin-resistant Staphylococcus aureus) wywołujący zagrażające życiu infekcje i choroby. Istotną rolę u bakterii patogennych, w tym u MRSA, pełnią systemy toksyna-antytoksyna, między innymi warunkujące oporność na warunki stresowe (w tym na działanie antybiotyków), uczestniczące w procesach utrzymywania plazmidów, tworzenia biofilmu, tworzenia komórek typu persisters (komórek zdolnych do przeżycia w warunkach stresowych np. wysokim stężeniu antybiotyków). Z drugiej strony zaobserwowano, że aktywacja toksyny, może powodować śmierć komórek, co potencjalnie mogłoby stanowić strategię walki z patogenami. W pracy wykorzystano szczepy MRSA, CH24 oraz USA300/3956/13, które transformowano plazmidem pCN51 zawierającym geny kodujące układ toksyna-antytoksyna pemIK oraz geny kodujące toksynę pemK pod kontrolą promotora indukowanego jonami kadmu. Celem pracy było zbadanie ewentualnego wpływu aktywacji układu TA i aktywacji toksyny na zmianę wrażliwości gronkowca złocistego na antybiotyki z grupy β-laktamów, penicylinę G oraz oksacylinę. W wykonywanych doświadczeniach zaobserwowano, że w efekcie aktywacji toksyny PemK zwiększa się wrażliwość wybranych szczepów S. aureus na wybrane antybiotyki z grupy β-laktamów. Uzyskane wyniki dowodzą, iż zjawisko aktywacji toksyny mogłoby być potencjalnie wykorzystane jako strategia zwalczania bakterii opornych na antybiotyki.Nowadays there is a growing number of antibiotic-resistant, pathogenic microorganisms, like methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), the cause of life-threatening infections and diseases. An important role in the case of pathogenic bacteria, including MRSA, play toxin-antitoxin systems. These systems are implicated in multiple cellular functions associated with survival under stress conditions (e.g. the presence of antibiotics), participate in the processes of plasmids maintenance, and of the formation of the biofilm and of the persisters cells. On the other hand, it has been observed that the activation of the toxin might cause cell death, which potentially could constitute a strategy of fighting with pathogens. The MRSA strains, CH24 and USA300/3956/13, used in the study, were transformed with pCN51 plasmid containing genes encoding the toxin-antitoxin system pemIK and the pemK toxin under control of a cadmium-induced promoter. The aim of the study was to investigate the impact of the activation of PemK toxin on the susceptibility of Staphylococcus aureus to β-lactams (penicillin G and oxacillin). Performed experiments indicated that as a result of toxin activation, the sensitivity of selected S. aureus strains to selected β-lactam antibiotics was increased. The obtained results proved that the phenomenon of toxin activation might be potentially used as a strategy to combat antibiotic-resistant bacteria