Transcriptomic analysis of the impact of the type III toxin–antitoxin system tenpIN-Sa on the course of bacteriophage infection in Staphylococcus aureus

Gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) jest jednym z najczęstszych patogenów wywołujących zakażenia u ludzi, a oporność jego szczepów na antybiotyki stanowi poważne wyzwanie terapeutyczne. Coraz większe nadzieje wiązane są z terapią fagową, jednak skuteczność tego podejścia zależy od głębokiego zrozumienia mechanizmów obronnych bakterii wobec bakteriofagów. Jednym z takich mechanizmów są systemy toksyna–antytoksyna (TA), które mogą prowadzić do infekcji abortywnej.Celem niniejszej pracy była analiza wpływu systemu TA typu III (tenpIN-Sa) na odpowiedź transkrypcyjną gronkowca złocistego podczas infekcji fagowej. W eksperymencie in vitro porównano profile transkryptomiczne szczepów posiadających system TA oraz pozbawionych tego systemu, w trzech punktach czasowych infekcji. Analiza różnicowej ekspresji genów (DGE) została przeprowadzona z wykorzystaniem narzędzi DESeq2 oraz Limma-Voom.Wyniki wskazują na zmiany w ekspresji genów fagowych związanych z montażem wirionów oraz lizy komórkowej, co może sugerować wpływ systemu TA na przebieg infekcji. Choć dane nie pozwalają na jednoznaczne określenie dynamiki działania systemu TA, obserwowane efekty wskazują na jego potencjalną rolę w ograniczaniu produkcji aktywnych cząstek fagowych. W przyszłości konieczne są badania z większą rozdzielczością czasową w celu dokładniejszego scharakteryzowania tego mechanizmu.Badania wykonano przy wsparciu finansowym Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii w ramach Programu Strategicznego Inicjatywa Doskonałości w Uniwersytecie Jagielloński

Staphylococcus aureus is one of the most common pathogens causing infections in humans, and the increasing antibiotic resistance of its strains poses a major therapeutic challenge. Phage therapy is gaining attention as a promising alternative; however, its success depends on a thorough understanding of bacterial defense mechanisms against bacteriophages. One such mechanism involves toxin–antitoxin (TA) systems, which can trigger abortive infection.The aim of this study was to analyze the impact of a type III TA system (tenpINSa) on the transcriptional response of S. aureus during phage infection. In an in vitro experiment, transcriptomic profiles of strains carrying the TA system and strains lacking it were compared at three time points during phage infection. Differential gene expression (DGE) analysis was performed using DESeq2 and Limma-Voom.The results revealed changes in the expression of phage genes involved in virion assembly and host cell lysis, suggesting that the TA system may influence the course of infection. While the current data do not allow for a definitive conclusion regarding the dynamics of TA system activity, the observed effects indicate its potential role in limiting the production of active phage particles. Future studies with higher temporal resolution are needed to further characterize this mechanism.The research has been supported by a grant from the Faculty of Biochemistry, Biophysics and Biotechnology under the Strategic Programme Excellence Initiative at Jagiellonian University