A genetic toolkit for the analysis of metabolic changes in Drosophila provides new insights into metabolic responses to stress and malignant transformation

Regulation of the energetic metabolism occurs fundamentally at the cellular level, so analytical strategies must aim to attain single cell resolution to fully embrace its inherent complexity. We have developed methods to utilize a toolset of metabolic FRET sensors for assessing lactate, pyruvate and 2-oxoglutarate levels of Drosophila tissues in vivo by imaging techniques. We show here how the energetic metabolism is altered by hypoxia: While some larval tissues respond to low oxygen levels by executing a metabolic switch towards lactic fermentation, the fat body and salivary glands do not alter their energetic metabolism. Analysis of tumor metabolism revealed that depending on the genetic background, some tumors undergo a lactogenic switch typical of the Warburg effect, while other tumors do not. This toolset allows for developmental and physiologic studies in genetically manipulated Drosophila individuals in vivo.Fil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Durrieu, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Behrensen, C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Wappner, Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Musashi mediates translational repression of the Drosophila hypoxia inducible factor.

Adaptation to hypoxia depends on a conserved α/β heterodimeric transcription factor called Hypoxia Inducible Factor (HIF), whose α-subunit is regulated by oxygen through different concurrent mechanisms. In this study, we have identified the RNA binding protein dMusashi, as a negative regulator of the fly HIF homologue Sima. Genetic interaction assays suggested that dMusashi participates of the HIF pathway, and molecular studies carried out in Drosophila cell cultures showed that dMusashi recognizes a Musashi Binding Element in the 3' UTR of the HIFα transcript, thereby mediating its translational repression in normoxia. In hypoxic conditions dMusashi is downregulated, lifting HIFα repression and contributing to trigger HIF-dependent gene expression. Analysis performed in mouse brains revealed that murine Msi1 protein physically interacts with HIF-1α transcript, suggesting that the regulation of HIF by Msi might be conserved in mammalian systems. Thus, Musashi is a novel regulator of HIF that inhibits responses to hypoxia specifically when oxygen is available.Fil: Bertolin, Agustina Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Katz, Maximiliano Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Yano, Masato. Niigata University; JapónFil: Pozzi, María Berta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; ArgentinaFil: Acevedo, Julieta María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Blanco Obregón, Dalmiro Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Sorianello, Eleonora Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Kanda, Hiroshi. Keio University School of Medicine; JapónFil: Okano, Hideyuki. Keio University School of Medicine; JapónFil: Srebrow, Anabella. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; ArgentinaFil: Wappner, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentin

Photodynamic inactivation of planktonic and biofilm growing bacteria mediated by a meso-substituted porphyrin bearing four basic amino groups

Biofilm-associated diseases account for 80% of all infections in humans. Due to the emergence of antibiotic resistances, alternative therapies such as Photodynamic Inactivation (PDI) of microorganisms have emerged. Porphyrins with intrinsic positive charges have been proposed as successful photosensitizers (PSs) against microorganisms. We have recently designed the new synthetic porphyrin 5,10,15,20-tetrakis[4-(3-N,N-dimethylammoniumpropoxy)phenyl]porphyrin (TAPP) containing four basic amine groups in the periphery of the tetrapyrrolic macrocycle, which can acquire positive charges at physiological pH, thus favouring the interaction with biomembranes. Illumination of planktonic cultures of Staphylococcus aureus at 180 J/cm2 in the presence of 2.5 μM TAPP induced complete bacteria eradication. For the TAPP-PDI treatment of S. aureus biofilms, higher light fluences and PS concentrations were needed. Employing 20 μM TAPP and 180 J/cm2, around 3-log CFU reduction were obtained. In order to determine the efficacy of TAPP-PDI on Gram-negative bacteria, we performed planktonic and biofilm assays employing Pseudomonas aeruginosa. Much higher TAPP doses as compared to S. aureus were needed to achieve planktonic bacteria photosensitization (3-log CFU reduction at 20 μM TAPP and 180 J/cm2). On the other hand, high concentrations of TAPP were nontoxic to P. aeruginosa growing on biofilms, and employing 30 μM TAPP and 180 J/cm2 we obtained 3-log CFU reduction. The main conclusion of the present work is that TAPP is a promising and efficient PS capable of promoting photodynamic killing of both Gram-negative and -positive in planktonic bacteria, though more effectively in the latter. In addition, TAPP-PDI induces similar photoinactivation rates in both bacteria types growing on biofilms, with lower dark toxicity in the Gram-negative one.Fil: Mamone, Leandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Ferreyra, Darío David. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Di Venosa, Gabriela Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Vallecorsa, Pablo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Saenz, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Calvo, Gustavo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Batlle, Alcira María del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; ArgentinaFil: Buzzola, Fernanda Roxana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Casas, Adriana Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentin

Photodynamic inactivation of planktonic and biofilm growing bacteria mediated by a meso-substituted porphyrin bearing four basic amino groups

Biofilm-associated diseases account for 80% of all infections in humans. Due to the emergence of antibiotic resistances, alternative therapies such as Photodynamic Inactivation (PDI) of microorganisms have emerged. Porphyrins with intrinsic positive charges have been proposed as successful photosensitizers (PSs) against microorganisms. We have recently designed the new synthetic porphyrin 5,10,15,20-tetrakis[4-(3-N,N-dimethylammoniumpropoxy)phenyl]porphyrin (TAPP) containing four basic amine groups in the periphery of the tetrapyrrolic macrocycle, which can acquire positive charges at physiological pH, thus favouring the interaction with biomembranes. Illumination of planktonic cultures of Staphylococcus aureus at 180 J/cm2 in the presence of 2.5 μM TAPP induced complete bacteria eradication. For the TAPP-PDI treatment of S. aureus biofilms, higher light fluences and PS concentrations were needed. Employing 20 μM TAPP and 180 J/cm2, around 3-log CFU reduction were obtained. In order to determine the efficacy of TAPP-PDI on Gram-negative bacteria, we performed planktonic and biofilm assays employing Pseudomonas aeruginosa. Much higher TAPP doses as compared to S. aureus were needed to achieve planktonic bacteria photosensitization (3-log CFU reduction at 20 μM TAPP and 180 J/cm2). On the other hand, high concentrations of TAPP were nontoxic to P. aeruginosa growing on biofilms, and employing 30 μM TAPP and 180 J/cm2 we obtained 3-log CFU reduction. The main conclusion of the present work is that TAPP is a promising and efficient PS capable of promoting photodynamic killing of both Gram-negative and -positive in planktonic bacteria, though more effectively in the latter. In addition, TAPP-PDI induces similar photoinactivation rates in both bacteria types growing on biofilms, with lower dark toxicity in the Gram-negative one.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Development of molecular tools for single-cell analysis of Drosophila metabolism

La biología del desarrollo ha comenzado a describir diversas maneras a través de las cuales el perfil metabólico de las células que componen los diferentes tejidos interactúa con mecanismos ontogenéticos. Sin embargo, hasta el momento las estrategias utilizadas no estuvieron basadas en la detección de cambios metabólicos a nivel de célula única. En este trabajo hemos desarrollado herramientas moleculares en la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster, que permitirán estudiar, mediante técnicas de microscopía, el perfil bioenergético de células individuales in vivo, en distintos tejidos durante el desarrollo. Estas herramientas consisten en una serie de líneas transgénicas de Drosophila que expresan biosensores basados en el fenómeno de FRET, capaces de monitorear niveles de metabolitos o co‐factores del metabolismo energético a nivel de célula única. Estos son: LACONIC, sensor de lactato, PYRONIC, sensor de piruvato y OGSOR, sensor de 2‐oxoglutarato citosólico. También se generó un reportero transcripcional de la enzima piruvato deshidrogenasa kinasa (PDHK), el cual permite identificar células que podrían estar dependiendo de un metabolismo esencialmente glucolítico. Con estas herramientas intentaremos identificar reprogramaciones del metabolismo energético durante el desarrollo de Drosophila.Developmental biology has started to describe several ways by which the metabolic profile of the cells from different tissues interacts with ontogenetic mechanisms. Nevertheless, the strategies employed so far have not been based on the single-cell detection of metabolic switches. In this work we have developed molecular tools in the fruit fly, Drosophila melanogaster, which allow us to study through fluorescence microscopy the metabolic profile of individual cells in vivo, and in several tissues during development. These tools are basically isogenic fly lines that express FRET-based biosensors capable of monitoring the intracellular levels of metabolites or co-factors from energetic metabolism at single-cell level. These sensors are: LACONIC, a lactate sensor, PYRONIC, a pyruvate sensor and OGSOR, a sensor of cytosolic 2-oxoglutarate. A transcriptional reporter of the key enzyme pyruvate dehydrogenase kinase (PDHK) has also been built in flies, which allows us to identify cells that might depend on a highly glycolytic metabolism. With all these tools, detailed studies of the metabolic facets of Drosophila development can now be carried out.Fil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Metabo-Devo: A metabolic perspective of development

In the last years, several reports have established the notion that metabolism is not just a housekeeping process, but instead an active effector of physiological changes. The idea that the metabolic status may rule a wide range of phenomena in cell biology is starting to be broadly accepted. Thus, current developmental biology has begun to describe different ways by which the metabolic profile of the cell and developmental programs of the organism can crosstalk. In this review, we discuss mechanisms by which metabolism impacts on processes governing development. We review the growing body of evidence that supports the notion that aerobic glycolysis is required in cells undergoing fast growth and high proliferation, similarly to the Warburg effect described in tumor cells. Glycolytic metabolism explains not only the higher ATP synthesis rate required for cell growth, but also the uncoupling between mitochondrial activity and bioenergetics needed to provide anabolism with sufficient precursors. We also discuss some recent studies, which show that in addition to its role in providing energy and carbon chains, the metabolic status of the cell can also influence epigenetic regulation of developmental processes. Although metabolic aspects of development are just starting to be explored, there is no doubt that ongoing research in this field will shape the future landscape of Developmental Biology.Fil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Wappner, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Hydroxylation and translational adaptation to stress: some answers lie beyond the STOP codon

Regulation of protein synthesis contributes to maintenance of homeostasis and adaptation to environmental changes. mRNA translation is controlled at various levels including initiation, elongation and termination, through post-transcriptional/translational modifications of components of the protein synthesis machinery. Recently, protein and RNA hydroxylation have emerged as important enzymatic modifications of tRNAs, elongation and termination factors, as well as ribosomal proteins. These modifications enable a correct STOP codon recognition, ensuring translational fidelity. Recent studies are starting to show that STOP codon read-through is related to the ability of the cell to cope with different types of stress, such as oxidative and chemical insults, while correlations between defects in hydroxylation of protein synthesis components and STOP codon read-through are beginning to emerge. In this review we will discuss our current knowledge of protein synthesis regulation through hydroxylation of components of the translation machinery, with special focus on STOP codon recognition. We speculate on the possibility that programmed STOP codon read-through, modulated by hydroxylation of components of the protein synthesis machinery, is part of a concerted cellular response to stress.Fil: Katz, Maximiliano Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: de Lella Ezcurra, Ana Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Wappner, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentin

Context-specific functions of Notch in Drosophila blood cell progenitors

Drosophila Larval hematopoiesis takes place at the lymph gland, where myeloid-like progenitors differentiate into Plasmatocytes and Crystal Cells, under regulation of conserved signaling pathways. It has been established that the Notch pathway plays a specific role in Crystal Cell differentiation and maintenance. In mammalian hematopoiesis, the Notch pathway has been proposed to fulfill broader functions, including Hematopoietic Stem Cell maintenance and cell fate decision in progenitors. In this work we describe different roles that Notch plays in the lymph gland. We show that Notch, activated by its ligand Serrate, expressed at the Posterior Signaling Center, is required to restrain Core Progenitor differentiation. We define a novel population of blood cell progenitors that we name Distal Progenitors, where Notch, activated by Serrate expressed in Lineage Specifying Cells at the Medullary Zone/Cortical Zone boundary, regulates a binary decision between Plasmatocyte and Crystal Cell fates. Thus, Notch plays context-specific functions in different blood cell progenitor populations of the Drosophila lymph gland.Fil: Blanco Obregón, Dalmiro Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Katz, Maximiliano Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Durrieu, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Wappner, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Sae regulator factor impairs the response to photodynamic inactivation mediated by Toluidine blue in Staphylococcus aureus

Photodynamic inactivation (PDI) involves the combined use of light and aphotosensitizer, which, in the presence of oxygen, originates cytotoxic species capableof inactivating bacteria. Since the emergence of multi-resistant bacterial strains isbecoming an increasing public health concern, PDI becomes an attractive choice.The aim of this work was to study the differential susceptibility to Toluidine blue (TB)mediated PDI (TB-PDI) of S. aureus mutants (RN6390 and Newman backgrounds) fordifferent key regulators of virulence factors related to some extent to oxidative stress.Complete bacteria eradication of planktonic cultures of RN6390 S. aureusphotosensitized with 13 μM TB was obtained upon illumination with a low light dose of4.2 J/cm2 from a non-coherent light source. Similarly, complete cell death was achievedapplying 1.3 μM TB and 19 J/cm2 light dose, showing that higher light doses can lead toequal cell death employing low photosensitizer concentrations. Interestingly, RN6390 inplanktonic culture responded significantly better to TB-PDI than the Newman strain.3We showed that deficiencies in rsbU, mgrA (transcription factors related to stressresponse) or agr (quorum sensing system involved in copper resistance to oxidativestress) did not modify the response of planktonic S. aureus to PDI. On the other hand,the two component system sae impaired the response to TB-PDI through a mechanismnot related to the Eap adhesin.More severe conditions were needed to inactivate S. aureus biofilms (0.5 mM TB, 157J/cm2 laser light). In mutant sae biofilms, strain dependant differential susceptibilitiesare not noticed.Fil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Mamone, Leandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Dotto, Cristian Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Buzzola, Fernanda Roxana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Casas, Adriana Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin

Enhancement of photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus biofilms by disruptive strategies

Photodynamic inactivation (PDI) has been used to inactivate microorganisms through the use of photosensitizers and visible light. On the one hand, near-infrared treatment (NIRT) has also bactericidal and dispersal effects on biofilms. In addition, dispersal biological tools such as enzymes have also been employed in antibiotic combination treatments. The aim of this work was to use alternative approaches to increase the PDI efficacy, employing combination therapies aimed at the partial disruption of the biofilms, thus potentially increasing photosensitizer or oxygen penetration and interaction with bacteria. To that end, we applied toluidine blue (TB)-PDI treatment to Staphylococcus aureus biofilms previously treated with NIRT or enzymes and investigated the outcome of the combined therapies. TB employed at 0.5 mM induced per se 2-log drop in S. aureus RN6390 biofilm viability. Each NIRT (980-nm laser) and PDI (635-nm laser) treatment induced a further reduction of 1-log of viable counts. The combination of successive 980- and 635-nm laser treatments on TB-treated biofilms induced additive effects, leading to a 4.5-log viable count decrease. Proteinase K treatment applied to S. aureus of the Newman strain induced an additive effect on PDI mortality, leading to an overall 4-log decrease in S. aureus viability. Confocal scanning laser microscopy after biofilm staining with a fluorescent viability test and scanning electron microscopy observations were correlated with colony counts. The NIRT dose employed (227 J/cm2) led to an increase from 21 to 47 °C in the buffer temperature of the biofilm system, and this NIRT dose also induced 100% keratinocyte death. Further work is needed to establish conditions under which biofilm dispersal occurs at lower NIRT doses.Fil: Gándara, Lautaro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Mamone, Leandro Ariel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Cervini Bohm, Gabriela Marta . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Buzzola, Fernanda Roxana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Casas, Adriana Gabriela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin