Abstract The pandemic of antibiotic resistance represents a major human health threat demanding new antimicrobial strategies. MprF is the synthase and flippase of the phospholipid lysyl-phosphatidylglycerol that increases virulence and resistance of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and other pathogens to cationic host defense peptides and antibiotics. With the aim to design MprF inhibitors that could sensitize MRSA to both, human antimicrobials and antibiotics and support the clearance of staphylococcal infections with minimal selection pressure, we developed MprF-targeting monoclonal antibodies, which bound and blocked the MprF flippase subunit. Antibody M-C7.1 targeted a specific loop in the flippase domain that proved to be exposed at both sides of the bacterial membrane, thereby enhancing the mechanistic understanding into bacterial lipid translocation. M-C7.1 rendered MRSA susceptible to host antimicrobial peptides and antibiotics such as daptomycin. Moreover, it impaired MRSA survival in human phagocytes, which recommends MprF inhibitors for new anti-MRSA approaches. MprF-directed monoclonal antibodies provide a proof of concept for development of precisely targeted anti-virulence approaches, which block bacterial antimicrobial resistance mechanisms.

Flippase proteins exchanging phospholipids between the cytoplasmic membrane leaflets have been identified in Eukaryotes but remained largely unknown in Prokaryotes. Only MprF proteins that synthesize aminoacyl phospholipids in some bacteria have been found to contain a domain that translocates the produced lipids. We show here that this domain, which we named "prokaryotic phospholipid translocator" (PplT), is widespread in Bacteria and Archaea, encoded as a separate protein or fused to different types of enzymes. We also demonstrate that the Escherichia coli PplT protein interacts with many phospholipid-synthetic enzymes and deletion of pplT impaired bacterial growth, which supports its potential role in membrane lipid metabolism. PplT domain proteins may be general prokaryotic lipid flippases with critical roles in cellular homeostasis.