Staphylococcus aureus es una bacteria oportunista gram positiva que coloniza la piel y las mucosas de los seres humanos y varias especies animales. S. aureus es capaz de adaptarse rápidamente a diferentes nichos en diversos hospedadores y para conseguir infectar con éxito al hospedador, S. aureus codifica un gran arsenal de factores de virulencia, como adhesinas, proteínas de evasión del sistema inmune o toxinas. Estos factores de virulencia se codifican principalmente en elementos genéticos móviles (EGM), cuya transmisión horizontal es fundamental para la evolución y plasticidad de S. aureus. Esta tesis doctoral se centra en el estudio de los EGM, principalmente en bacteriófagos e islas de patogenicidad de S. aureus (SaPIs), y en su transferencia horizontal debido a su papel fundamental con la adaptación y la patogenicidad de S. aureus. Las SaPIs están integradas en el cromosoma bajo el control del represor Stl, pero pueden transferirse horizontalmente a una alta frecuencia debido a ciertos bacteriófagos. En esta tesis se demostró el mecanismo de movilización de SaPIs mediado por fagos endógenos en cepas clínicas de diversos orígenes. Consideramos que este hallazgo es importante ya que antibióticos utilizados en la práctica clínica, como b-lactámicos o las fluoroquinolonas, puede inducir la respuesta SOS. Esta respuesta activa el profago y promueve la propagación de los SaPI y los genes de virulencia que están contenidos en estas, como una consecuencia no deseada. Para que se produzca la movilización de las SaPIs es necesaria la interacción de una proteína de la isla (represor Stl) y una proteína del fago (despresor). La interacción es altamente específica y hasta ahora solo se han identificado cuatro derepresores de fagos. En esta tesis se identificó el fago Sa2mw como el fago endógeno capaz de inducir SaPImw2 y se caracterizó un nuevo derepresor capaz de interactuar con el represor SaPImw2. El derepresor es una proteína fago hipotética con dominio DUF3113. Las SaPIs no son simplemente transportadores de genes de virulencia, ellas han desarrollado diferentes estrategias que las hacen críticas para la evolución de S. aureus. Las SaPI interfieren con la reproducción del fago y median en la transferencia de genes de virulencia codificados en el cromosoma. Debido a esta multifuncionalidad mostrada por las SaPI, es probable que puedan desarrollar otras funciones que son importantes para las bacterias. En esta tesis se exploró la hipótesis de que las SaPI están involucradas en la regulación de la expresión de genes de virulencia cromosómicos. Para confirmar esta hipótesis se realizó un análisis transcripcional de todo el genoma usando la cepa RN450 en presencia y ausencia de SaPIs. Se concluyó que las SaPI pueden controlar la expresión de genes de virulencia cromosómicos. Después, el estudio se centró en comprender el mecanismo de regulación del operón crtOPQMN controlado por SaPIs. Este operón codifica la estafiloxantina (STX). Esta molécula es un carotenoide que proporcióna el color dorado característico de S. aureus pero también es un importante factor de virulencia. Se identificaron dos proteínas (PtiA y PtiM), que se encuentran exclusivamente codificadas en las SaPI, como responsables de la expresión de STX a través de un mecanismo de antiterminación.

Staphylococcus aureus is a Gram-positive opportunistic bacterium that colonises the skin and mucosae of human beings and several animal species. S. aureus rapidly adapts to different niches in diverse hosts and to archive the infection, S. aureus encodes for a myriad of virulence factors, such as adhesins, immune evasions proteins or toxins. These virulence factors are mainly encoded in Mobile Genetic Elements (MGEs) which horizontal transmission is fundamental to the evolution and plasticity of S. aureus. This doctoral thesis is focused on the study of S. aureus MGEs, mainly in bacteriophages and S. aureus pathogenicity islands (SaPIs), and their horizontal gene transfer (HGT) due to their fundamental role regarding adaptation and pathogenicity. SaPIs are integrated in the chromosome under the control of the repressor Stl but they can be horizontally transferred at a high frequency due to certain bacteriophages. We report the dissemination mechanism of SaPIs mediated by endogenous phages in clinical strains from diverse origins. We consider this finding important since the use of antibiotics used in clinical practice such as b-lactam or fluoroquinolones can induce the SOS response. This response activates the prophage and promote the spread of SaPIs and staphylococcal virulence genes as an unintended consequence. To archive SaPI mobilisation is necessary the interaction of one SaPI protein (repressor Stl) and a phage protein (derepressor). The interaction is highly specific and until now, only four phage de-repressors have been identified We found phage Sa2mw as the endogenous phage able to induce SaPImw2 and we characterized a new de-repressor able to interact with SaPImw2 repressor. The de-repressor is a hypothetical phage protein with DUF3113 domain. SaPIs are not merely virulence gene carriers, they have developed different strategies that make them critical to the S. aureus evolution. SaPIs interfere with phage reproduction and also play a role in bacterial evolution by mediating the transfer of chromosomally-encoded virulence genes. In addition, they are also a key force driving phage evolution and ecology. Due to this multifunctionality shown by the SaPIs, it is likely that they can develop other functions which are important to bacteria. In this study, we explored the hypothesis that SaPIs are involved in the regulation of chromosomal genes expression. For this purpose, we performed a genome-wide transcriptional analysis using RN450 and its derivatives strains with presence and absence of SaPIs. We conclude that SaPIs can control the expression of chromosomal virulence genes. We then focused on the regulation mechanism of the virulence operon crtOPQMN. This operon codifies the carotenoid staphyloxanthin (STX) but also plays an important role in the resistance. to innate immune system. Two SaPI proteins, exclusively found in SaPIs, were identified as being responsible for STX expression through an antitermination regulatory mechanism.