眼科領域のメチシリン耐性黄色ブドウ球菌の抗生物質耐性および病原性遺伝子の完全なゲノム解析による特徴づけ

Characterization of antibiotic resistance and virulence genes of ocular methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains through complete genome analysis.

抄録

眼球のメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）の病原因子コード化遺伝子（VFG）と抗菌剤耐性遺伝子（ARG）は、重篤で治療不可能な眼球感染症の一般的な原因であるが、ほとんど知られていない。眼科領域のMRSA株の完全なゲノム配列を入手できないことが、疾患の発症におけるARGおよびVRGの役割とそのゲノム上の位置を明確に決定する妨げとなっている。そこで、我々は、Minionナノポアシークエンス技術を用いて、4種類の眼球型MRSA株（AMRF3～AMRF6）の高品質な完全ゲノムを取得した。その結果、各菌株で単一の染色体とプラスミドが得られました。配列タイピングの結果、AMRF3株とAMRF5株はST772を、AMRF4株とAMRF6株はST2066を保有していた。また，すべてのプラスミドに重金属カドミウム耐性遺伝子cadCとcadDが含まれていたが，cadAはAMRF4とAMRF6株のプラスミドpSaa6159にのみ検出された。さらに，pSaa6159は，β-ラクタマーゼ遺伝子blaI，blaR1，blaZを持つTn552トランスポゾンを完全に含んでいた。興味深いことに、AMRF6のpSaa6159は、Tn552トランスポゾンを5コピー持っていた。眼科領域のMRSAでは，いくつかの外毒素や腸内毒素が同定されたが，ST2066株には腸内毒素が検出されなかったことから，この2株は外毒素性であることが示唆された。また，ST2066株はセリンプロテアーゼ（splA，splB，splD，splE，spIF）とエキソトキシン（seb，set21）を保有しており，ST772株は抗菌薬耐性遺伝子（blaZ，dfrG，msrA，mphC，fosB）とエンテロトキシンsecを保有していたことから，配列型特異的な耐性と病原性が示唆された。また、多剤耐性、腸内毒素性、外毒素性、バイオフィルム形成性、宿主組織接着性、免疫応答回避性をもたらす多くのVFGおよびARGを眼球内MRSA株から同定した。このように、本研究では、眼部MRSA株のゲノムをより深く理解することができ、眼部MRSA感染症に対するより効果的な治療法を提供することができると考えられる。

Virulence-factor encoding genes (VFGs) and antimicrobial resistance genes (ARGs) of ocular Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA), are the reason behind the common cause of severe and untreatable ocular infection and are largely unknown. The unavailability of the complete genome sequence of ocular MRSA strains hinders the unambiguous determination of ARGs and VRGs role in disease pathogenesis and their genomic location. To fulfill this critical need, we achieved the high-quality complete genome of four ocular MRSA strains (AMRF3 - AMRF6) by combining MinION nanopore sequencing technology, followed by polishing with Illumina sequence reads. We obtained a single chromosome and a plasmid in each strain. Sequence typing revealed that AMRF3 and AMRF5 strains harbored ST772, whereas AMRF4 and AMRF6 harbored ST 2066. All plasmids carried heavy metal cadmium resistance genes cadC and cadD, while cadA was detected only in the plasmid pSaa6159 of AMRF4 and AMRF6 strains. Further, pSaa6159 contains a complete Tn552 transposon with beta-lactamase genes, blaI, blaR1, and blaZ. Interestingly, pSaa6159 in AMRF6 carried five copies of Tn552 transposon. Several exotoxins and enterotoxins were identified across ocular MRSA strains and ST2066 strains found to be not carried any enterotoxins; this finding suggests that these two strains are exotoxigenic. Besides, ST2066 strains carried serine proteases (splA, splB, splD, splE and spIF) and exotoxin (seb and set21) for their virulence, while ST772 carried antimicrobial resistance genes (blaZ, dfrG, msrA, mphC and fosB) and enterotoxin sec for virulence, suggesting sequence type-specific resistance and virulence. Also, we identified many VFGs and ARGs, that provided multi-drug resistance, enterotoxigenic, exotoxigenic, biofilm-forming, host tissue adhesion and immune response evasion in ocular MRSA strains. Thus, our study provides a better insight into the genomes of ocular MRSA strains that would provide more effective treatment strategies for ocular MRSA infection.