SaPI

Las SaPI ( islas de patogenicidad de Staphylococcus aureus   ) son una familia de elementos genéticos móviles de aproximadamente 15 kb presentes en los genomas de la gran mayoría de las cepas de S. aureus . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Al igual que los bacteriófagos , las SaPI pueden transferirse a células no infectadas e integrarse en el cromosoma del huésped. Sin embargo, a diferencia de los virus bacterianos, las SaPI integradas se movilizan mediante la infección del huésped con bacteriófagos "auxiliares" (ciertas SaPI pueden requerir bacteriófagos auxiliares específicos para su movilización, aunque el fago 80alfa de Staphylococcus parece movilizar todas las SaPI conocidas). Las bacterias huésped utilizan las SaPI para cooptar el ciclo de reproducción del fago para su propia transducción genética y también inhiben la reproducción del fago en el proceso. ^{[ 2 ]}

Los SaPI pueden infectar muchas cepas resistentes a los fagos y pueden transferirse fácilmente a Listeria monocytogenes , aunque los fagos estafilocócicos no pueden crecer en las células de Listeria. ^{[ 3 ]} Los SaPI ocurren con poca frecuencia en otras especies de estafilococos, pero los elementos similares a SaPI son comunes y están muy extendidos en otros cocos Gram positivos . ^{[ 4 ]}

El ADN SaPI se mantiene en un estado similar al de un profago bajo el control de un represor maestro y se induce a escindir y replicar por fagos auxiliares que codifican proteínas que contrarrestan al represor SaPI . ^{[ 5 ]} Un conjunto de SaPI es inducido por otros SaPI co-residentes que primero deben ser inducidos por fagos auxiliares, estableciendo una cascada de 3 vías ^{[ 6 ]} Para la mayoría de los SaPI, después de la replicación, el ADN SaPI concatémero es empaquetado por el mecanismo de cabeza llena , utilizando una subunidad de terminasa pequeña (TerS) codificada por el SaPI ^{[ 7 ]} en partículas similares a fagos que se liberan en números cercanos a 10 ⁹ /ml por lisis inducida por fagos. ^{[ 8 ]} Un subconjunto de SaPI ha adquirido un sitio cos y utiliza la TerS del fago para el empaquetamiento por el mecanismo cos  . ^{[ 9 ]} Las partículas SaPI liberadas infectan otras células estafilocócicas, inyectando su ADN que se integra en un sitio de unión cromosómica específico ^{[ 10 ]} de los cuales hay 5 en S. aureus . ^{[ 10 ]} Los SaPI están ancestralmente relacionados con Siphoviridae y poseen genes relacionados con fagos que permiten su integración/escisión, replicación y empaquetamiento. ^{[ 2 ]} Carecen de proteínas estructurales de fagos y proteínas de lisis y utilizan las del fago auxiliar, que modifican para formar pequeñas cápsides acordes con sus genomas.

Su divergencia evolutiva de un profago ancestral ha implicado no solo la pérdida de proteínas estructurales y líticas, sino también el desarrollo (o adquisición) de varios medios diferentes para bloquear parcialmente la reproducción de sus fagos auxiliares. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Estas funciones de interferencia de fagos son ventajosas tanto para la célula huésped, ya que bloquean (parcialmente) la depredación por fagos exógenos, como para el SaPI, ya que le permiten mantener el ritmo de la reproducción de los fagos auxiliares. A diferencia de los CRISPR , que simplemente destruyen los fagos infectantes y, por lo tanto, bloquean totalmente la transferencia horizontal de genes (THG) mediada por fagos, los SaPI son agentes importantes de la THG dependiente de fagos, ya que solo bloquean parcialmente la reproducción de fagos y también empaquetan fragmentos cromosómicos, así como sus propios genomas. ^{[ 13 ]}

Los SaPI se descubrieron por portar el gen de la toxina-1 del síndrome de choque tóxico y son los únicos responsables del choque tóxico estafilocócico. También portan otras toxinas superantigénicas, así como otros factores de virulencia, entre los que se encuentra un conjunto de genes que permiten a sus cepas hospedadoras coagular el plasma sanguíneo de animales de granja . Estos genes codifican diferentes alelos de una coagulasa, la proteína de unión al factor de von Willebrand , que tiene un papel en la determinación de la especificidad del hospedador animal de S. aureus . ^{[ 14 ]} La toxina y otros genes accesorios se expresan mediante los genomas SaPI integrados y reprimidos, al igual que los genes de la toxina de los profagos convertidores.

Uno de los SaPI originales, SaPI2, se ha convertido en un agente terapéutico no antibiótico para el tratamiento de infecciones estafilocócicas y listerióticas. ^{[ 15 ]} Esta conversión implicó la eliminación de todos los genes de toxina y otros genes de virulencia , y de los genes de morfogénesis de la cápside, y la adición, por clonación, de genes antibacterianos incluidos los que codifican CRISPR/cas9 con espaciadores dirigidos a genes cromosómicos conservados. Estos causan una escisión letal de ADN de doble cadena en el protoespaciador objetivo . Las cargas alternativas incluyen CRISPR/dcas9 con espaciadores dirigidos e inhibidos de genes que regulan la virulencia bacteriana, o el gen de la lisostafina , una potente enzima estafilolítica. ^{[ 16 ]} La producción de estos SaPI2 transformados, conocidos como drones antibacterianos (ABD), se mejora enormemente eliminando el gen terS del profago auxiliar de modo que solo se empaqueta el ADN ABD. ^{[ 7 ]} Los ABD curan infecciones experimentales por estafilococos en ratones y se están desarrollando aún más para su uso clínico. Para evitar el desarrollo de resistencia, los ABD para uso clínico potencial siempre contendrán al menos dos módulos antibacterianos diferentes que actúan mediante mecanismos distintos.