Über die Induktion, Replikation und den Transfer von Phage phi13 in Staphylokokkus aureus

Abstract

Staphylokokkus aureus ist als weit verbreiteter Erreger von großer klinischer Relevanz. Die Anpassung an die Gegebenheiten im Wirt, der Übergang von symptomloser Trägerschaft zur krankmachenden Infektion und die unterschiedlichen umschriebenen Erkrankungen hervorgerufen durch einzelne Stämme erfordern genetische Variationen im Bakterium. Bakteriophagen tragen dabei durch Kodierung von Virulenzgenen und Insertion in bakterielle Gene wesentlich zu dieser Variation bei. Genomveränderungen während der Infektion konnten auf die Mobilisation von S. aureus-spezifischen Phagen zurückgeführt werden. Ziel dieser Studie war es, einzelne Stadien im Lebenszyklus des lysogenen S. aureus-Phagen phi13 unter verschiedenen infektionsrelevanten Bedingungen am Stamm 8325 zu untersuchen. Dazu wurde eine Real-Time-PCR-Strategie eingesetzt, die spezifische bakterielle und virale Gensequenzen quantifiziert, um die Phageninduktion und –replikation zu bestimmen. Mischkulturexperimente mit resistenzmarkierten S. aureus-Stämmen und Phagen dienten zur Untersuchung des Transfers von phi13 zwischen S. aureus-Zellen. Folgendes konnte gezeigt werden: (i) Die Antibiotika Ciprofloxacin und Trimethoprim wirkten induzierend auf phi13 in S. aureus und begünstigten den Transfer von phi13. Der Transfer von phi13 war dabei abhängig von den bakteriellen Wachstumsbedingungen. Weitere infektionsrelevante Bedingungen (erhöhte Temperatur, anaerobes Wachstumsmilieu und Patientensputum) zeigten keinen Effekt auf Induktion und Transfer. Die Anzahl replizierter Phagengenome nach Induktion blieb gleich. (ii) Ein Transfer von phi13 fand auch in vivo statt. Dies wurde in einem Tissue-cage-Modell an Mäusen untersucht. (iii) Die Lysogenisierung von Stämmen anderer Abstammungslinien als 8325 durch phi13 war nicht möglich. (iv) phi13 war in der Lage, schon vorhandene Phagen aus dem Wirtsgenom zu verdrängen. In dieser Studie konnten mit den etablierten Methoden Grundlagen in der Phagendynamik bei S. aureus in vitro und in vivo erfasst werden.

Staphylococcus aureus is a wide spread and highly relevant pathogen. Bacteriophages contribute to its ability for genetic variation by encoding for virulence genes or insertion into bacterial genes. In this study various steps in the life cycle of the temperent phage phi13 in Staphylococcus aureus (strain 8325) was examined under several infection-relevant conditions in vitro as well as in vivo. The antibiotics ciprofloxacin and trimethoprime induced phi13 in S. aureus and led to transfer of phi13 between S. aureus cells. Other infection-relevant condition such as raised temperature, anaerobe environment and incubation with sputum of cystic fibrosis patients showed no effect on induction and transfer rates. Transfer took also place in vivo (tissue cage model with mice). The insertion of phi13 into S. aureus strains other than 8325 was not possible. Phage phi13 was able to replace already existing prophages