LysSYL：黄色ブドウ球菌を標的とし、黄色ブドウ球菌のバイオフィルムを根絶する広域スペクトルファージエンドリジン

LysSYL: a broad-spectrum phage endolysin targeting Staphylococcus species and eradicating S. aureus biofilms.

抄録

背景:

黄色ブドウ球菌とその単一または混合バイオフィルム感染は、世界の公衆衛生を深刻に脅かしている。活性ファージ粒子やファージ由来のエンドリジンを用いるファージ療法は、抗生物質治療に代わる有望な戦略として浮上してきた。しかし、高効率のファージ治療レジメンはまだ確立されていない。

BACKGROUND: Staphylococcus aureus and its single or mixed biofilm infections seriously threaten global public health. Phage therapy, which uses active phage particles or phage-derived endolysins, has emerged as a promising alternative strategy to antibiotic treatment. However, high-efficient phage therapeutic regimens have yet to be established.

結果:

本研究では、濃縮法を用いてメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）XN108に対するファージを分離した。我々は、Kayvirus属、Herelleviridae科の新しいメンバーであるファージSYLの特徴を明らかにした。ファージエンドライシンLysSYLを発現した。LysSYLは様々な条件下で安定性を示し、親ファージよりもブドウ球菌株に対して幅広い有効性を示した（100％対41.7％）。さらに、動的な生菌／死菌観察により、LysSYLは10分以内にMRSA USA300を完全に溶解できることが示された。走査型および透過型電子顕微鏡では、細菌細胞の穿孔と変形が明らかになった。さらに、LysSYLは黄色ブドウ球菌の単一種および混合種のバイオフィルムに対して強力な除菌活性を示した。また、LysSYLには難分解性細菌を死滅させる能力もあり、バンコマイシンと併用することで難分解性黄色ブドウ球菌の除菌に非常に有効であることが証明された。さらに、LysSYLはBALB/cマウスを致死的な黄色ブドウ球菌感染から保護した。50mg/kgのLysSYLを単回投与すると、腹膜炎モデルマウスの血液、肝臓、脾臓、肺、腎臓における細菌負荷が劇的に減少し、その結果、10コロニー形成単位のS. aureus USA300でチャレンジしたマウスを100％救うことができた。

RESULTS: In this study, we used an enrichment procedure to isolate phages against methicillin-resistant S. aureus (MRSA) XN108. We characterized phage SYL, a new member of the Kayvirus genus, Herelleviridae family. The phage endolysin LysSYL was expressed. LysSYL demonstrated stability under various conditions and exhibited a broader range of efficacy against staphylococcal strains than its parent phage (100% vs. 41.7%). Moreover, dynamic live/dead bacterial observation demonstrated that LysSYL could completely lyse MRSA USA300 within 10 min. Scan and transmission electron microscopy revealed evident bacterial cell perforation and deformation. In addition, LysSYL displayed strong eradication activity against single- and mixed-species biofilms associated with S. aureus. It also had the ability to kill bacterial persisters, and proved highly effective in eliminating persistent S. aureus when combined with vancomycin. Furthermore, LysSYL protected BALB/c mice from lethal S. aureus infections. A single-dose treatment with 50 mg/kg of LysSYL resulted in a dramatic reduction in bacterial loads in the blood, liver, spleen, lungs, and kidneys of a peritonitis mouse model, which resulted in rescuing 100% of mice challenged with 10 colony forming units of S. aureus USA300.

結論:

全体として、本研究で得られたデータは、黄色ブドウ球菌に関連する単種および混合種のバイオフィルムを含むブドウ球菌感染症に対するエンドリジンLysSYLの強い治療可能性を強調するものであった。

CONCLUSIONS: Overall, the data provided in this study highlight the strong therapeutic potential of endolysin LysSYL in combating staphylococcal infections, including mono- and mixed-species biofilms related to S. aureus.