The study of the toxin activation from the toxin-antitoxin system as a potential strategy to fight antibiotic-resistant Staphylococcus aureus

Gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) stanowi element naturalnej mikrobioty człowieka, jest jednocześnie patogenem oportunistycznym. Dzięki wykształceniu mechanizmów predysponujących do wysokiej zjadliwości może powodować wiele poważnych chorób o zróżnicowanej lokalizacji, objawach oraz przebiegu. Bardzo niepokojącym zjawiskiem jest rozwój antybiotykooporności S. aureus, w którym istotną, wspomagającą zjawisko rolę odgrywają systemy toksyna antytoksyna (TA). Tymczasem zaobserwowano, że aktywacja toksyny z układów TA może powodować zahamowanie wzrostu komórek bakteryjnych, co mogłoby stanowić potencjalną strategię walki z patogenami.Celem pracy było zbadanie potencjalnego wpływu aktywacji toksyny PemK z układu PemIK na zmianę oporności szczepów MRSA na wybrane antybiotyki. W pracy wykorzystano szczepy MRSA: USA300/3956/13 oraz CH24 transformowane plazmidem, na którym, pod kontrolą indukowanego promotora wprowadzono geny kodujące układ PemIK oraz toksynę PemK w jej kilku wariantach. Metodą dyfuzyjno-krażkową wykonano oznaczenia antybiotykooporności oraz metodą: testu epsilometrycznego oraz mikrorozcieńczeń w bulionie wyznaczono minimalne stężenia hamujące wzrost bakterii (MIC).W wyniku przeprowadzonych badań zaobserwowano, że w efekcie aktywacji toksyny PemK nastąpił spadek oporności (skrajnie nawet 75-krotnie) badanych szczepów na wybrane antybiotyki: penicylinę G, oksacylinę, ciprofloksacynę oraz chloramfenikol.Otrzymane wyniki wymagają rozwinięcia, ale już stanowią wkład w badania nad potencjalnymi strategiami walki ze zjawiskiem antybiotykooporności. W świetle stale rosnącej liczby antybiotykoopornych patogenów, zachodzi paląca potrzeba szukania nowych sposobów zwalczania antybiotykoopornch bakterii. Być może aktywacja toksyny układu TA będzie kiedyś stanowiła jedną z taki strategii.

Staphylococcus aureus constitute an element of the natural human microbiota. Simultaneously it is an opportunistic pathogen, which due to development of virulence mechanisms can cause many serious diseases of various localization, symptoms and courses. The very disturbing phenomenon is the development of the antibiotic resistance in S. aureus, in which the toxin-antitoxin systems (TA) play an important, supporting role It has been observed that activation of a toxin from TA systems may inhibit the growth of bacterial cells, which could be potential strategy to fight pathogens. The aim of this study was to investigate the possible influence of the activation of the PemK toxin from the PemIK system on the change of the resistance level of MRSA strains to selected antibiotics.MRSA strains, USA300/3956/13 and CH24 were transformed with a plasmid encoding genes encoding the PemIK system and the PemK toxin in its several variants, under the control of an induced promoter. Antibiotic resistance was determined by the disc-diffusion method and the minimum inhibitory concentrations were determined by the epsilometric tests and microdilution in the broth.As a result of the conducted research, it was observed, that as a result of the activation PemK toxin, the resistance of the tested strains to selected antibiotics (penicillin G, oxacillin, ciprofloxacin and chloramphenicol) decreased. The obtained results require development, biochemical and genetic tests, but they already contribute to research on the fight against the phenomenon of antibiotic resistance. In the light of the ever-increasing number of antibiotic-resistant pathogens, there is a urgent need to look for new potential strategies to combat antibiotic-resistant bacteria. Perhaps activating a toxin from the TA system will someday become such strategy.