Isolation, biochemical characterization, and cloning of a bacteriocin from the poultry-associated Staphylococcus aureus strain CH-91

Staphylococcus aureus strain CH-91, isolated from a broiler chicken with atopic dermatitis, has a highly proteolytic phenotype that is correlated with the disease. We describe the isolation and biochemical and molecular characterization of the AI-type lantibiotic BacCH91 from S. aureus CH-91 culture medium. The bacteriocin was purified using a three-stage procedure comprising precipitation with ammonium sulfate, extraction with organic solvents, and reversed-phase HPLC. The BacCH91 peptide is thermostable and highly resistant to cleavage by both prokaryotic and eukaryotic peptidases. The MIC for the Gram-positive bacteria ranged from 2.5 nM for Microococcus luteus through 1.3–6.0 μM for staphylococcal strains up to more than 100 μM for Lactococcus lactis. BacCH91 was ineffective against the Gram-negative strains tested at the maximal concentration (100 μM). The amino acid sequence of BacCH91 is similar to that of epidermin and gallidermin. The encoding gene (bacCH91) occurred in two allelic variants distinguishable in the restriction fragment length polymorphism assay. Variant I, identified in S. aureus CH-91, dominated in S. aureus strains of poultry origin, although strains with variant II were also identified in this group. S. aureus strains of human origin were characterized exclusively by variant II

Isolation and physicochemical characterization of a bacteriocin produced by Staphylococcus aureus CH91.

Bacteriocins comprise a heterogeneous group of proteinaceous toxins, synthesized on ribosomes and produced by many Gram+ and Gram- bacteria. The spectrum of activity of bacteriocins is typically narrow and is directed toward microorganisms related to the producer of certain bacteriocin. In contast to antibiotics, bacteriocins synthesis is encoded by genes located on plasmids or genomic DNA. The potential use of bacteriocins as food supplements or as an alternative of antibiotic therapy has been studied.The aim of this work was isolation, purification and physicochemical characterization of the bacteriocin produced by Staphylococcus aureus CH91. The bacteriocin was purified from the culture supernatant by ammonium sulphate precipitation, extraction with organic solvents and separation on a C8 reverse-phase high performance liquid chromatography column. The physicochemical analysis of the purified bacteriocin comprised: N-terminal amino acid sequence determination, amino acid analysis and mass spectrometry. Determination of the amino acid sequence from the N-terminus of the bacteriocin was performed after chemical modifications of unusual amino acids. The molecular mass of the bacteriocin was determined by mass spectrometry and the obtained result agreed with the theoretical mass. The structural formula of the new peptide was proposed, basing on obtained results and on known lantibiotic structures.Bakteriocyny stanowią heterogenną grupę toksyn o charakterze białkowym, syntetyzowaną na rybosomach przez liczne bakterie Gram + oraz Gram -. Posiadają one najczęściej wąski zakres aktywności biologicznej, obejmujący głównie mikroorganizmy blisko spokrewnione z producentem danej bakteriocyny. W przeciwieństwie do klasycznych antybiotyków ich synteza jest kodowana przez geny ulokowane na plazmidach lub w genomowym DNA. Prowadzone były liczne badania nad potencjalnym zastosowaniem bakteriocyn jako dodatków konserwujących do żywności oraz jako leków przeciwbakteryjnych, będących alternatywą dla obecnie stosowanych antybiotyków.Celem niniejszej pracy była izolacja, oczyszczanie oraz charakterystyka fizykochemiczna bakteriocyny produkowanej przez szczep Staphylococcus aureus CH91. Bakteriocyna została wyizolowana z pożywki pohodowlanej poprzez wysalanie siarczanem(VI) amonu, ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi oraz rozdział na kolumnie C8 z użyciem wysokosprawnej chromatografii cieczowej w odwróconych fazach.Fizykochemiczna analiza oczyszczonej bakteriocyny obejmowała następujące etapy: sekwencjonowanie od N-końca, analizę składu aminokwasowego oraz spektrometrię mas. Określenie sekwencji aminokwasowej badanej bakteriocyny było możliwe po chemicznej modyfikacji nietypowych reszt aminokwasowych. Masa bakteriocyny uzyskana za pomocą spektrometrii mas okazała się zgodna z wyznaczoną masą teoretyczną. Prawdopodobna struktura badanej bakteriocyny została określona w oparciu o otrzymane wyniki oraz dane literaturowe, zawierające struktury innych znanych lantybiotyków