Staphylococcus aureus, грамположительная бактерия, относящаяся к филуму Firmicutes, присутствует в носовой полости примерно у 30 % людей.
Носители S. aureus обычно живут бессимптомно, но случаются оппортунистические инфекции, начиная от небольших абсцессов кожи и заканчивая тяжелыми заболеваниями (такими как пневмония, остеомиелит или синдром токсического шока). Иммунокомпрометированные носители уязвимы, но также сообщалось о распространении инфекций в сообществах, вызванных высоковирулентными S. aureus.
Наиболее известной особенностью этого возбудителя является резистентность к антибиотикам, особенно метициллин-резистентного S. aureus (MRSA). Глобальное распространение этого серьезного человеческого патогена обусловлено сложным арсеналом факторов вирулентности и генов резистентности к антибиотикам, многие из которых расположены на мобильных генетических элементах (МГЭ), таких как плазмиды, профаги, транспозоны, острова патогенности, инсерционные последовательности и стафилококковая кассетная хромосома (SCC). У MRSA метициллин-резистентная детерминанта mecA всегда находится в SCC (SCCmec).
SCCmec представляет собой генетический элемент размером 20-60 кб, интегрированный кассетными хромосомными рекомбиназами в специфический сайт, кодирующий метилтрансферазу рРНК вблизи начала репликации хромосомы. Согласно эволюционным моделям, в S. aureus произошло не менее 20 независимых приобретений SCCmec. Хотя короткий или фрагментированный SCCmec может передаваться путем трансдукции или конъюгации, точный механизм передачи от клетки к клетке обсуждается уже более 50 лет. Наличие разнообразных МГЭ, передающих факторы вирулентности и резистентности в геноме S. aureus, указывает на выдающуюся эволюционную способность, опосредованную горизонтальным переносом генов (ГПГ). Бактериофаг-опосредованная трансдукция и конъюгация, зависящая от конъюгативного механизма, являются исторически хорошо изученными механизмами ГПГ у стафилококков, причем трансдукция считается основным методом.
Другой бактериальный механизм ГПГ, называемый естественной компетентностью/трансформацией, относится к способности бактерий получать внеклеточную генетическую информацию путем экспрессии механизмов компетентности (механизмов включения ДНК). Развитие компетентности - это физиологическое состояние, которое жестко регулируется определенными сигналами окружающей среды и клеточными детерминантами. Сигналы, регулирующие развитие компетентности у Firmicutes, разнообразны и зависят от вида, как показано на примере некоторых модельных организмов, таких как Bacillus subtilis и Streptococcus pneumonia, и практически неизвестны у S. aureus.
В настоящем исследовании мы определили специфические двухкомпонентные системы (TCSs) и показали, что они опосредуют регуляцию генов естественной компетентности у S. aureus в условиях роста биопленки, и это повышает эффективность естественной трансформации. Мы наблюли передачу SCCmec путем естественной трансформации от MRSA и метициллин-резистентных коагулазоотрицательных стафилококков к метициллин-чувствительным S. aureus. Для этого процесса необходим ген рекомбиназы SCCmec ccrAB, а стабильность перенесенных SCCmec варьирует в зависимости от типов SCCmec и реципиентов.
Наши результаты позволяют предположить, что естественная трансформация играет существенную роль в переносе SCCmec и, возможно, других мобильных генетических элементов в биопленках S. aureus.
