20 research outputs found
Molekulare Mechanismen wĂ€hrend der Anheftung und Biofilmbildung in Shewanella oneidensis MR-1 - Die TĂŒcken des Besiedelns -
GrenzflĂ€chenbesiedlung durch robuste Bakteriengemeinschaften â sogenannten Biofilmen
â stellt die ubiquitĂ€r verbreitete Lebensform von Mikroorganismen dar, um einer Vielzahl von
Stressfaktoren zu widerstehen. Das Entwicklungsprogramm solcher Biofilme lÀsst sich in mehrere
distinkte Schritte unterteilen, wobei zu Anfang eine zunÀchst transiente Anheftung OberflÀchen-
assoziierter Zellen steht, auf die eine irreversible Interaktion mit dem Substratum folgt. Nach der
Bildung von Mikrokolonien entstehen im weiteren Verlauf drei-dimensionale Strukturen, die als
charakteristisches Merkmal fĂŒr Biofilme gelten.
Das dissimilatorisch Metallionen-reduzierende Bakterium Shewanella oneidensis MR-1 bildet
Biofilme unter statischen wie hydrodynamischen Bedingungen aus. Die AusprÀgungsformen des
Biofilms unterscheiden sich jedoch stark in AbgÀngigkeit von den vorherrschenden Bedingungen.
So bildet S. oneidensis MR-1 unter statischen Bedingungen eine eher lockere netzartige
Biofilmstruktur, durch die sich Zellen bewegen können. Hydrodynamische Bedingungen haben zur
Folge, dass sich turmartige Strukturen, welche vornehmlich durch klonales Wachstum entstehen,
ausbilden, die von einer dichtgepackten, widerstandsfÀhigen Matrix zusammengehalten werden.
Um zellulÀre Prozesse wÀhrend der OberflÀchen-Anheftung in AbhÀngigkeit der
vorherrschenden Bedingung mit Hilfe von Transkriptom-Analysen zu identifizieren, wurde ein
System zur Isolierung von OberflÀchen-assoziierten Zellen in einem hydrodynamischen Umfeld
etabliert. Die Transkriptom-Analysen adhÀrierter Zellen unter statischen und hydrodynamischen
Bedingungen zeigten, dass die initiale Anheftung dieses Organismus, als erster Schritt in die
Richtung eines sessilen Lebensstils im Biofilm, weitreichende VerÀnderungen des Transkriptoms
nach sich zieht. Dabei lÀsst sich zwischen einer allgemeinen, jedoch umweltabhÀngigen Anpassung,
die vor allem eine Reduzierung der MotilitĂ€t und â unter statischen Bedingungen â eine rapide wie
effiziente Umstellung auf anaeroben Stoffwechsel beinhaltet, und einer Substrat-spezifischen
Adaption unterscheiden. So hat beispielsweise eine Anheftung an eine Eisen(hydr)oxid-OberflÀche
zur Folge, dass â wahrscheinlich aufgrund des Ăberangebots an Elektronenakzeptoren â besonders
Transportsysteme und Cytochrome reprimiert, dagegen stressabhÀngige Sigmafaktoren induziert
werden.
Im weiteren Verlauf der Anheftung und Biofilmentwicklung produzieren die S. oneidensis
MR-1 Zellen eine Biofilm-Matrix, die zu einem entscheidenden Teil aus extrazellulÀrer DNA
(eDNA) besteht. Als strukturgebendes Element spielt die eDNA in Biofilmen sowohl unter
statischen, als auch unter hydrodynamischen Bedingungen eine wichtige Rolle. Die Herkunft dieser
eDNA konnte auf zelllytische Prozesse â ausgelöst durch Phagen-induzierte Lyse einer
Subpopulation von Zellen â zurĂŒckgefĂŒhrt werden. Die durch die lytische AktivitĂ€t der drei
Shewanella-eigenen Prophagen (MuSo1, MuSo2 und LambdaSo) freigesetzte DNA ist bereits in den
ersten Schritten der Anheftung essenziell. Eine Mutante, in der alle drei Prophagen deletiert
wurden, wies massive Defekte in allen Stadien der Biofilmbildung auf. Mutanten-Analysen und
Infektionsstudien zeigten des Weiteren, dass nur die Prophagen MuSo2 und LambdaSo in den
lytischen Lebenszyklus konvertieren und infektiöse Viruspartikel assemblieren können.
Um die dynamische Besiedelung einer OberflÀche zu gewÀhrleisten, gehen einige Zellen
wÀhrend aller Entwicklungsstufen der Biofilmbildung zu einem erneut planktonischen Lebensstil
ĂŒber. Dieser kontrollierte Ăbergang scheint unter anderem auch die FĂ€higkeit zur Degradierung
von Komponenten der Biofilm-Matrix â insbesondere eDNA â vorauszusetzen. Zwei Kandidaten
fĂŒr solche DNA-degradierenden Prozesse stellen die extrazellulĂ€ren Endonukleasen ExeM und
ExeS dar, die vermutlich sowohl die Akkumulation, als auch das Ablösen von Biofilm-Biomasse
aktiv mitgestalten, und zusĂ€tzlich â zumindest bei ExeM â in der Verwertbarkeit von DNA als
Phosphatquelle eine Rolle spielen
Crenarchaeal Biofilm Formation under Extreme Conditions
Background: Biofilm formation has been studied in much detail for a variety of bacterial species, as it plays a major role in the pathogenicity of bacteria. However, only limited information is available for the development of archaeal communities that are frequently found in many natural environments. Methodology: We have analyzed biofilm formation in three closely related hyperthermophilic crenarchaeotes: Sulfolobus acidocaldarius, S. solfataricus and S. tokodaii. We established a microtitre plate assay adapted to high temperatures to determine how pH and temperature influence biofilm formation in these organisms. Biofilm analysis by confocal laser scanning microscopy demonstrated that the three strains form very different communities ranging from simple carpet-like structures in S. solfataricus to high density tower-like structures in S. acidocaldarius in static systems. Lectin staining indicated that all three strains produced extracellular polysaccharides containing glucose, galactose, mannose and N-acetylglucosamine once biofilm formation was initiated. While flagella mutants had no phenotype in two days old static biofilms of S. solfataricus, a UV-induced pili deletion mutant showed decreased attachment of cells. Conclusion: The study gives first insights into formation and development of crenarchaeal biofilms in extrem
Percutaneous Anorectoplasty (PARP)-An Adaptable, Minimal-Invasive Technique for Anorectal Malformation Repair
Background: Anorectal malformations comprise a broad spectrum of disease. We developed a percutaneous anorectoplasty (PARP) technique as a minimal-invasive option for repair of amenable types of lesions. Methods: Patients who underwent PARP at five institutions from 2008 through 2021 were retrospectively analyzed. Demographic information, details of the operative procedure, and perioperative complications and outcomes were collected. Results: A total of 10 patients underwent the PARP procedure during the study interval. Patients either had low perineal malformations or no appreciable fistula. Most procedures were guided by ultrasound, fluoroscopy, or endoscopy. Median age at PARP was 3 days (range 1 to 311) days;eight patients were male. Only one intraoperative complication occurred, prompting conversion to posterior sagittal anorectoplasty. Functional outcomes in most children were highly satisfactory in terms of continence and functionality. Conclusions: The PARP technique is an excellent minimal-invasive alternative for boys born with perineal fistulae, as well as patients of both sexes without fistulae. The optimal type of guidance (ultrasound, fluoroscopy, or endoscopy) depends on the anatomy of the lesion and the presence of a colostomy at the time of repair
Recycling of Peptidyl-tRNAs by Peptidyl-tRNA Hydrolase Counteracts Azithromycin-Mediated Effects on Pseudomonas aeruginosa.
Acute and chronic infections caused by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa pose a serious threat to human health worldwide, and its increasing resistance to antibiotics requires alternative treatments that are more effective than available strategies. Clinical studies have clearly demonstrated that cystic fibrosis (CF) patients with chronic P. aeruginosa infections benefit from long-term low-dose azithromycin (AZM) treatment. Immunomodulating activity, the impact of AZM on the expression of quorum-sensing-dependent virulence factors, type three secretion, and motility in P. aeruginosa seem to contribute to the therapeutic response. However, to date, the molecular mechanisms underlying these AZM effects have remained elusive. Our data indicate that the AZM-mediated phenotype is caused by a depletion of the intracellular pools of tRNAs available for protein synthesis. Overexpression of the P. aeruginosa peptidyl-tRNA hydrolase, which recycles the tRNA from peptidyl-tRNA drop-off during translation, counteracted the effects of AZM on stationary-phase cell killing, cytotoxicity, and the production of rhamnolipids and partially restored swarming motility. Intriguingly, the exchange of a rare for a frequent codon in rhlR also explicitly diminished the AZM-mediated decreased production of rhamnolipids. These results indicate that depletion of the tRNA pools by AZM seems to affect the translation of genes that use rare aminoacyl-tRNA isoacceptors to a great extent and might explain the selective activity of AZM on the P. aeruginosa proteome and possibly also on the protein expression profiles of other bacterial pathogens.Acute and chronic infections caused by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa pose a serious threat to human health worldwide, and its increasing resistance to antibiotics requires alternative treatments that are more effective than available strategies. Clinical studies have clearly demonstrated that cystic fibrosis (CF) patients with chronic P. aeruginosa infections benefit from long-term low-dose azithromycin (AZM) treatment. Immunomodulating activity, the impact of AZM on the expression of quorum-sensing-dependent virulence factors, type three secretion, and motility in P. aeruginosa seem to contribute to the therapeutic response. However, to date, the molecular mechanisms underlying these AZM effects have remained elusive. Our data indicate that the AZM-mediated phenotype is caused by a depletion of the intracellular pools of tRNAs available for protein synthesis. Overexpression of the P. aeruginosa peptidyl-tRNA hydrolase, which recycles the tRNA from peptidyl-tRNA drop-off during translation, counteracted the effects of AZM on stationary-phase cell killing, cytotoxicity, and the production of rhamnolipids and partially restored swarming motility. Intriguingly, the exchange of a rare for a frequent codon in rhlR also explicitly diminished the AZM-mediated decreased production of rhamnolipids. These results indicate that depletion of the tRNA pools by AZM seems to affect the translation of genes that use rare aminoacyl-tRNA isoacceptors to a great extent and might explain the selective activity of AZM on the P. aeruginosa proteome and possibly also on the protein expression profiles of other bacterial pathogens
Molekulare Mechanismen wĂ€hrend der Anheftung und Biofilmbildung in Shewanella oneidensis MR-1 - Die TĂŒcken des Besiedelns -
GrenzflĂ€chenbesiedlung durch robuste Bakteriengemeinschaften â sogenannten Biofilmen
â stellt die ubiquitĂ€r verbreitete Lebensform von Mikroorganismen dar, um einer Vielzahl von
Stressfaktoren zu widerstehen. Das Entwicklungsprogramm solcher Biofilme lÀsst sich in mehrere
distinkte Schritte unterteilen, wobei zu Anfang eine zunÀchst transiente Anheftung OberflÀchen-
assoziierter Zellen steht, auf die eine irreversible Interaktion mit dem Substratum folgt. Nach der
Bildung von Mikrokolonien entstehen im weiteren Verlauf drei-dimensionale Strukturen, die als
charakteristisches Merkmal fĂŒr Biofilme gelten.
Das dissimilatorisch Metallionen-reduzierende Bakterium Shewanella oneidensis MR-1 bildet
Biofilme unter statischen wie hydrodynamischen Bedingungen aus. Die AusprÀgungsformen des
Biofilms unterscheiden sich jedoch stark in AbgÀngigkeit von den vorherrschenden Bedingungen.
So bildet S. oneidensis MR-1 unter statischen Bedingungen eine eher lockere netzartige
Biofilmstruktur, durch die sich Zellen bewegen können. Hydrodynamische Bedingungen haben zur
Folge, dass sich turmartige Strukturen, welche vornehmlich durch klonales Wachstum entstehen,
ausbilden, die von einer dichtgepackten, widerstandsfÀhigen Matrix zusammengehalten werden.
Um zellulÀre Prozesse wÀhrend der OberflÀchen-Anheftung in AbhÀngigkeit der
vorherrschenden Bedingung mit Hilfe von Transkriptom-Analysen zu identifizieren, wurde ein
System zur Isolierung von OberflÀchen-assoziierten Zellen in einem hydrodynamischen Umfeld
etabliert. Die Transkriptom-Analysen adhÀrierter Zellen unter statischen und hydrodynamischen
Bedingungen zeigten, dass die initiale Anheftung dieses Organismus, als erster Schritt in die
Richtung eines sessilen Lebensstils im Biofilm, weitreichende VerÀnderungen des Transkriptoms
nach sich zieht. Dabei lÀsst sich zwischen einer allgemeinen, jedoch umweltabhÀngigen Anpassung,
die vor allem eine Reduzierung der MotilitĂ€t und â unter statischen Bedingungen â eine rapide wie
effiziente Umstellung auf anaeroben Stoffwechsel beinhaltet, und einer Substrat-spezifischen
Adaption unterscheiden. So hat beispielsweise eine Anheftung an eine Eisen(hydr)oxid-OberflÀche
zur Folge, dass â wahrscheinlich aufgrund des Ăberangebots an Elektronenakzeptoren â besonders
Transportsysteme und Cytochrome reprimiert, dagegen stressabhÀngige Sigmafaktoren induziert
werden.
Im weiteren Verlauf der Anheftung und Biofilmentwicklung produzieren die S. oneidensis
MR-1 Zellen eine Biofilm-Matrix, die zu einem entscheidenden Teil aus extrazellulÀrer DNA
(eDNA) besteht. Als strukturgebendes Element spielt die eDNA in Biofilmen sowohl unter
statischen, als auch unter hydrodynamischen Bedingungen eine wichtige Rolle. Die Herkunft dieser
eDNA konnte auf zelllytische Prozesse â ausgelöst durch Phagen-induzierte Lyse einer
Subpopulation von Zellen â zurĂŒckgefĂŒhrt werden. Die durch die lytische AktivitĂ€t der drei
Shewanella-eigenen Prophagen (MuSo1, MuSo2 und LambdaSo) freigesetzte DNA ist bereits in den
ersten Schritten der Anheftung essenziell. Eine Mutante, in der alle drei Prophagen deletiert
wurden, wies massive Defekte in allen Stadien der Biofilmbildung auf. Mutanten-Analysen und
Infektionsstudien zeigten des Weiteren, dass nur die Prophagen MuSo2 und LambdaSo in den
lytischen Lebenszyklus konvertieren und infektiöse Viruspartikel assemblieren können.
Um die dynamische Besiedelung einer OberflÀche zu gewÀhrleisten, gehen einige Zellen
wÀhrend aller Entwicklungsstufen der Biofilmbildung zu einem erneut planktonischen Lebensstil
ĂŒber. Dieser kontrollierte Ăbergang scheint unter anderem auch die FĂ€higkeit zur Degradierung
von Komponenten der Biofilm-Matrix â insbesondere eDNA â vorauszusetzen. Zwei Kandidaten
fĂŒr solche DNA-degradierenden Prozesse stellen die extrazellulĂ€ren Endonukleasen ExeM und
ExeS dar, die vermutlich sowohl die Akkumulation, als auch das Ablösen von Biofilm-Biomasse
aktiv mitgestalten, und zusĂ€tzlich â zumindest bei ExeM â in der Verwertbarkeit von DNA als
Phosphatquelle eine Rolle spielen
Transcriptome analysis of early surface-associated growth of Shewanella oneidensis MR-1.
Bacterial biofilm formation starts with single cells attaching to a surface, however, little is known about the initial attachment steps and the adaptation to the surface-associated life style. Here, we describe a hydrodynamic system that allows easy harvest of cells at very early biofilm stages. Using the metal ion-reducing gammaproteobacterium Shewanella oneidensis MR-1 as a model organism, we analyzed the transcriptional changes occurring during surface-associated growth between 15 and 60 minutes after attachment. 230 genes were significantly upregulated and 333 were downregulated by a factor of â„ 2. Main functional categories of the corresponding gene products comprise metabolism, uptake and transport, regulation, and hypothetical proteins. Among the genes highly upregulated those implicated in iron uptake are highly overrepresented, strongly indicating that S. oneidensis MR-1 has a high demand for iron during surface attachment and initial biofilm stages. Subsequent microscopic analysis of biofilm formation under hydrodynamic conditions revealed that addition of Fe(II) significantly stimulated biofilm formation of S. oneidensis MR-1 while planktonic growth was not affected. Our approach to harvest cells for transcriptional analysis of early biofilm stages is expected to be easily adapted to other bacterial species
Phage-induced lysis enhances biofilm formation in Shewanella oneidensis MR-1
Shewanella oneidensis MR-1 is capable of forming highly structured surface-attached communities. By DNase I treatment, we demonstrated that extracellular DNA (eDNA) serves as a structural component in all stages of biofilm formation under static and hydrodynamic conditions. We determined whether eDNA is released through cell lysis mediated by the three prophages LambdaSo, MuSo1 and MuSo2 that are harbored in the genome of S. oneidensis MR-1. Mutant analyses and infection studies revealed that all three prophages may individually lead to cell lysis. However, only LambdaSo and MuSo2 form infectious phage particles. Phage release and cell lysis already occur during early stages of static incubation. A mutant devoid of the prophages was significantly less prone to lysis in pure culture. In addition, the phage-less mutant was severely impaired in biofilm formation through all stages of development, and three-dimensional growth occurred independently of eDNA as a structural component. Thus, we suggest that in S. oneidensis MR-1 prophage-mediated lysis results in the release of crucial biofilm-promoting factors, in particular eDNA
Differentially regulated genes potentially related to iron homeostasis.
<p>Differentially regulated genes potentially related to iron homeostasis.</p
Coverage of a glass surface after inoculation and medium flow for 15 (upper image) and 60 minutes (lower image).
<p>Displayed are images taken by confocal laser scanning microscopy in flow chambers at the indicated time points. The lateral edge of each image equals 250 ”m. The values given represent the average and standard deviation of surface coverage in percent of 6 randomly selected spots in three different channels of a flow chamber.</p
Differentially regulated genes related to âmetabolic adaptationâ â amino acid transport and metabolism.
<p>Differentially regulated genes related to âmetabolic adaptationâ â amino acid transport and metabolism.</p