Identification of Biofilm-Associated Cluster (bac) in Pseudomonas aeruginosa Involved in Biofilm Formation and Virulence

Biofilms are prevalent in diseases caused by Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic and nosocomial pathogen. By a proteomic approach, we previously identified a hypothetical protein of P. aeruginosa (coded by the gene pA3731) that was accumulated by biofilm cells. We report here that a ΔpA3731 mutant is highly biofilm-defective as compared with the wild-type strain. Using a mouse model of lung infection, we show that the mutation also induces a defect in bacterial growth during the acute phase of infection and an attenuation of the virulence. The pA3731 gene is found to control positively the ability to swarm and to produce extracellular rhamnolipids, and belongs to a cluster of 4 genes (pA3729–pA3732) not previously described in P. aeruginosa. Though the protein PA3731 has a predicted secondary structure similar to that of the Phage Shock Protein, some obvious differences are observed compared to already described psp systems, e.g., this unknown cluster is monocistronic and no homology is found between the other proteins constituting this locus and psp proteins. As E. coli PspA, the amount of the protein PA3731 is enlarged by an osmotic shock, however, not affected by a heat shock. We consequently named this locus bac for biofilm-associated cluster

Les lectines (nouveaux déterminants de la pathogénicité de Pseudomonas aeruginosa au cours de l'infection pulmonaire)

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène fréquemment impliqué dans les infections pulmonaires aiguës et chroniques, notamment chez les patients atteints de mucoviscidose. L'adhésion de cette bactérie est principalement médiée par des lectines qui reconnaissent spécifiquement des structures glycaniques de l'hôte. Dans ce travail, nous avons évalué le rôle respectif de deux lectines LecA et LecB dans la pathogénicité de P. aeruginosa ainsi que les effets de sucres inhibiteurs spécifiques de celles-ci dans un modèle de pneumonie aiguë chez la souris et sur un modèle cellulaire. En comparant une souche parentale à ses deux mutants isogéniques (mutant lecA et lecB), nous avons montré que ces deux lectines jouent un rôle majeur dans l'adhésion de P. aeruginosa aux cellules A549 et sont associées à la sévérité de la lésion pulmonaire in vivo. L'inhibition de ces deux lectines diminue significativement la cytotoxicité in vitro et augmente la clairance bactérienne pulmonaire in vivo. Nous avons ensuite évalué la contribution des deux lectines à l'initiation et l'installation de l'infection chronique. Dans un modèle murin de pneumonie chronique, nous avons observé une mortalité moins importante avec les mutants lecA et lecB et une diminution de la de la charge bactérienne pulmonaire au 4ème et 7ème jour suivant l'infection. L'analyse de l'expression des gènes de virulence au cours de l'infection chronique montre une surexpression d'exoS et de lasI chez les mutants lectines par rapport à la souche parentale. Les capacités thérapeutiques d'inhibiteurs glycomimétiques ayant un potentiel d'inhibition 7 à 10 fois supérieur aux ligands naturels ont été évaluées. Ces molécules de synthèse diminuent significativement l'adhésion de P. aeruginosa in vitro et montrent un effet protecteur vis-à-vis de la lésion pulmonaire in vivo. En conclusion, nous avons montré que les lectines jouent un rôle majeur dans la pathogénicité de P. aeruginosa. L'inhibition des lectines par des sucres compétiteurs pourrait constituer une nouvelle piste thérapeutique dans l'infection à P. aeruginosa.LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocSudocFranceF

Short term Candida albicans colonization reduces Pseudomonas aeruginosa-related lung injury and bacterial burden in a murine model.

International audienceABSTRACT: INTRODUCTION: Pseudomonas aeruginosa is a frequent cause of ventilator-acquired pneumonia (VAP). Candida tracheobronchial colonization is associated with higher rates of VAP related to P. aeruginosa. This study was designed to investigate whether prior short term Candida albicans airway colonization modulates the pathogenicity of P. aeruginosa in a murine model of pneumonia and to evaluate the effect of fungicidal drug caspofungin. METHODS: BALB/c mice received a single or a combined intratracheal administration of C. albicans (1 × 105 CFU/mouse) and P. aeruginosa (1 × 107 CFU/mouse) at time 0 (T0) upon C. albicans colonization, and Day 2. To evaluate the effect of antifungal therapy, mice received caspofungin intraperitoneally daily, either from T0 or from Day 1 post-colonization. After sacrifice at Day 4, lungs were analyzed for histological scoring, measurement of endothelial injury, and quantification of live P. aeruginosa and C. albicans. Blood samples were cultured for dissemination. RESULTS: A significant decrease in lung endothelial permeability, the amount of P. aeruginosa, and bronchiole inflammation was observed in case of prior C. albicans colonization. Mortality rate and bacterial dissemination were unchanged by prior C. albicans colonization. Caspofungin treatment from T0 (not from Day 1) increased their levels of endothelial permeability and lung P. aeruginosa load similarly to mice receiving P. aeruginosa alone. CONCLUSIONS: P. aeruginosa-induced lung injury is reduced when preceded by short term C. albicans airway colonization. Antifungal drug caspofungin reverses that effect when used from T0 and not from Day 1

Planktonic growth kinetics of PAO1 (Black circle), <i>ΔpA3731</i> (Black square) and <i>ΔpA3731</i>_comp (Black triangle) strains.

<p>Bars: SEM. (n = 3).</p

Adhesion assays in PBS.

<p>PAO1 (Grey); <i>ΔpA3731</i> (Horizontal line); <i>ΔpA3731</i>_comp (Oblique line). Bars: SEM (n = 10); *, P≤0.05.</p

Influence of the mutation on rhamnolipid production.

<p>PAO1 (Grey); <i>ΔpA3731</i> (Horizontal line); <i>ΔpA3731</i>_comp (Oblique line). Bars: SEM (n = 10); *, P≤0.05.</p