Analysis of genes carried by composite transposons in the genomes of Staphylococcus aureus

Z roku na rok coraz więcej bakterii staje się odpornych na niektóre rodzaje antybiotyków. Przykładem wysoce wirulentnej i niebezpiecznej dla ludzi bakterii jest Staphylococcus aureus, dlatego ten szczep został wybrany do analizy. Jednym z mechanizmów odpowiedzialnych za zwiększenie wirulencji bakterii jest transpozycja. Za pomocą sekwencji insercyjnych (IS ang. insertion sequence) niektóre geny mogą być przenoszone w genomie bakteryjnym jako transpozony złożone. Na przykład dwie IS i znajdujący się pomiędzy nimi gen oporności na antybiotyki (ARG ang. antibiotic resistance genes) są wycinane z miejsca donorowego i przenoszone do miejsca akceptorowego. Z tego powodu narzędzie ISEScan zostało użyte do wyszukiwania IS i algorytm wykorzystujący CD-HIT i BLAST został stworzony do analizy znalezionych genów. Dwie główne bazy danych COG i CARD zostały wykorzystane do określenia liczby transpozaz i genów oporności na antybiotyki, które są przenoszone przez transpozony złożone. W rezultacie przeanalizowano 3 główne grupy genów ARG. Zaletą danego algorytmu jest to, że można go wykorzystać do analizy dowolnego rodzaju genomów bakteryjnych. W przyszłości, wraz z rosnącą dostępnością sekwencjonowania genomu, biologia obliczeniowa może być wykorzystywana do decydowania, który antybiotyk jest najbardziej odpowiedni dla konkretnego pacjenta. Takie zintegrowane podejście biotechnologiczne może pomóc ograniczyć rozprzestrzenianie się ARG w genomach baktyjnych poprzez zmniejszenie liczby błędnie dobranych antybiotyków w terapii.

Every year more and more bacteria become resistant to certain types of antibiotics. An example of a highly virulent and dangerous for people bacteria is Staphylococcus aureus which is why it was chosen for the analysis. One of the mechanisms that are responsible for increasing bacterial virulence is transposition. With the help of insertion sequences (ISs), some genes might be transferred within the bacterial genome as composite transposons. For example, two ISs and antibiotic resistance (AR) genes between them are cut out from the donor site and transferred to the acceptor site. That is why the ISEScan tool was used to search for the ISs and the pipeline which uses CD-HIT and BLAST was written to analyse the genes that were found. The two main databases COG and CARD were used to determine the number of transposases and antibiotic resistant genes that are transferred by composite transposons. As a result, 3 main groups of AR genes were analysed and summarized. The advantage of this pipeline is that it can be used for any kind of bacterial genomes analysis. In the future, with the increasing availability of genome sequencing computational biology might be used to decide which antibiotic is the most suitable for a particular patient. Such an integrated biotechnological approach may help limit the spread of AR genes in bacterial genomes by decreasing the number of incorrectly chosen antibiotics in therapy.