Application of differential gel electrophoresis in the identification of changes in Staphylococcus aureus cellular proteome that are generated by the induction of PemK toxin

Gronkowiec złocisty (łac. Staphylococcus aureus) to oportunistyczny patogen, stanowiący składową prawidłowej mikroflory skóry ludzi i zwierząt, jednocześnie odpowiedzialny za wiele zakażeń i chorób gospodarza. Szczególnie groźnym czynią go mechanizmy umożliwiające przetrwanie w niesprzyjających warunkach, co obserwuje się m.in w rosnącej antybiotykooporności. Jednym z takich mechanizmów występującym szczególnie powszechnie u organizmów patogennych są systemy toksyna-antytoksyna (TA). W pracy badano wpływ indukcji dwóch toksyn PemK, pochodzących z systemu TA typu II, PemIK, występujących naturalnie u S. aureus (PemKSa)­ i u S. delphini (PemK­Del) na proteom komórkowy gronkowca złocistego. W badaniach wykorzystano technikę dwuwymiarowej elektroforezy różnicowej (2D-DIGE). Zaobserwowano, że indukowana toksyna PemKSa w odróżnieniu od PemK­Del wpłynęła znacząco na poziom ekspresji białek komórkowych gronkowca. Uzyskane wyniki świadczą o dużo mniejszej toksyczności toksyny PemKDel w porównaniu do PemKSa. Indukowana toksyna PemKSa upośledza metabolizm bakterii, co skutkuje obniżoną produkcją białek i spowolnionym wzrostem bakterii, w rezultacie może działać na bakterie zabójczo.

Staphylococcus aureus is a opportunistic pathogen, that constitute an element of the normal microflora of human and animal skin, simultaneously is responsible for many infections and diseases of the host. S. aureus is particularly dangerous due to mechanisms that enable it to survive in unfavorable envirnoment. One of such mechanisms, which is particularly common among pathogenic organisms, are toxin-antitoxin (TA) systems. The study investigated the influence of the induction of two PemK toxins, derived from PemIK TA system, occurring naturally in S. aureus (PemKSa) and in S. delphini (PemKDel) on the cellular proteome of S. aureus. In these research two-dimensional differential electrophoresis was used. It was observed that the induced PemKSa toxin, in contrast to PemKDel, significantly influenced the level of the expression of staphylococcal cellular proteins. The obtained results indicate a much lower toxicity of the PemKDel toxin in comparison to PemKSa. Induced PemKSa toxin impairs bacterial metabolism, which results in decreased production of proteins and slowed growth of bacteria, as a result it may even lead to the bacteria's death.