Exploring the role of novel biofilm-associated genes in Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus er en opportunistisk humanpatogen bakterie med evnen til å forårsake en rekke alvorlige infeksjoner. Bakteriens suksess kan tilskrives dens mange varierte virulensfaktorer, inkludert dannelsen av biofilmer. Biofilmer er tredimensjonale bakterielle samfunn festet til en overflate, omgitt av en ekstracellulær matriks som består av ekstracellular DNA (eDNA), polysakkarider, og proteiner. Bakterier i biofilmer har en økt resistens både mot vertens immunforsvar og antimikrobielle midler. Dette begrenser behandlingsmulighetene ved en infeksjon. En gruppe enzymer kjent som peptidoglykanhydrolaser bidrar til det første stadiet i biofilmdannelsen, bestående av å feste cellene til en overflate. Biofilmdannelse er en kompleks prosess, og mange andre komponenter er involvert. Å forstå hvordan de ulike komponentene bidrar i dannelsen er nødvendig for å oppdage måter å bekjempe S. aureus biofilm-infeksjoner. I denne mastergradsavhandlingen ble derfor rollen til nye biofilm-assosierte gener utforsket i følgende tre deler. Den antatte peptidoglykanhydrolasen SAOUHSC_00671 (heretter 00671) har tidligere blitt rapportert til å være involvert i biofilmdannelse. Ved å sammenligne egenskaper ved biofilmer dannet av en villtype- og en 00671-knockoutstamme, ble det oppdaget at 00671 endrer biofilmfenotypen i det første stadiet av dannelsen. De resterende resultatene i denne oppgaven indikerer imidlertid at 00671 ikke bidrar til biofilmdannelse i S. aureus i særlig grad. Det ble funnet en genetisk korrelasjon mellom 00671 og SsaA, en annen antatt peptidoglykanhydrolase, i planktoniske celler og biofilmer. Korrelasjonen antyder at det er et intrikat samspill mellom peptidoglykanhydrolaser i S. aureus, hvor cellen kan oppfatte mangel på hydrolaseaktivitet av ett enzym og oppregulere andre peptidoglykanhydrolaser for å opprettholde homeostase. I tillegg ble den nyoppdagede cellemorfologideterminanten i S. aureus, SmdA, vist å være involvert i biofilmdannelse i stammen NCTC8325-4, og mekanismen ble knyttet til det biofilmassosierte ica-operonet. Ved å nedregulere uttrykket av SmdA ved bruk av CRISPRinterferens, ble det observert en reduksjon i biofilmmasse og «polysaccharide intracellular adhesins». I samsvar med disse observasjonene ble det ikke sett noen reduksjon i biofilmdannelse for SH1000 og JE2, stammer assosiert med biofilmdannelse uavhengig av icaoperonet. For å oppdage nye gener i S. aureus involvert i det første stadiet av biofilmdannelse, ble en genomomfattende screen utført ved brukt av et CRISPR-interferensbibliotek. Dette avdekket tre nye mulige gener involvert i denne prosessen; to hypotetiske proteiner kodet av SAOUHSC_0957 og SAOUHSC_02888, og xdrA. XdrA regulerer utslipp av eDNA og uttrykk av overflateproteinet SpA, men mekanismen er fortsatt ukjent. Rollen til disse genene i biofilmdannelse bør studeres videre