Candida albicans Ethanol Stimulates Pseudomonas aeruginosa WspR-Controlled Biofilm Formation as Part of a Cyclic Relationship Involving Phenazines

In chronic infections, pathogens are often in the presence of other microbial species. For example, Pseudomonas aeruginosa is a common and detrimental lung pathogen in individuals with cystic fibrosis (CF) and co-infections with Candida albicans are common. Here, we show that P. aeruginosa biofilm formation and phenazine production were strongly influenced by ethanol produced by the fungus C. albicans. Ethanol stimulated phenotypes that are indicative of increased levels of cyclic- di-GMP (c-di-GMP), and levels of c-di-GMP were 2-fold higher in the presence of ethanol. Through a genetic screen, we found that the diguanylate cyclase WspR was required for ethanol stimulation of c-di-GMP. Multiple lines of evidence indicate that ethanol stimulates WspR signaling through its cognate sensor WspA, and promotes WspR-dependent activation of Pel exopolysaccharide production, which contributes to biofilm maturation. We also found that ethanol stimulation of WspR promoted P. aeruginosa colonization of CF airway epithelial cells. P. aeruginosa production of phenazines occurs both in the CF lung and in culture, and phenazines enhance ethanol production by C. albicans. Using a C.albicans adh1/adh1 mutant with decreased ethanol production, we found that fungal ethanol strongly altered the spectrum of P. aeruginosa phenazines in favor of those that are most effective against fungi. Thus, a feedback cycle comprised of ethanol and phenazines drives this polymicrobial interaction, and these relationships may provide insight into why co-infection with both P. aeruginosa and C. albicans has been associated with worse outcomes in cystic fibrosis

Математичне моделювання процесу одержання біогазу з післяспиртової барди на першій стадії

Background. The development of a mathematical model for methane production by the distillery spent wash anaerobic fermentation method in the process of its co-fermentation under conditions of variable pH value is an urgent task. since existing models mainly don’t consider the effect the replacement of a fermented substrate part with a fresh low pH on the methane yield. Such models don’t consider the methane production mechanism under variable environmental conditions, which is the result of the non-constant correlation of the cosubstrates.Objective. The purpose of the paper is to create a model of biogas formation process in the conditions of a constant supply of one of the cosubstrates, which leads to a decrease in the pH value of the medium.Methods. Distillery spent wash (DSW) processing was performed by its co-fermentation with poultry manure at cosubstrates manure/DSW ratio 1.7:1 for dry organic matter (DOM). In order to ensure the DSW utilization, the sixth part of the reactor volume was replaced daily with raw distillery spent wash (pH 3.7), without adding new batches of manure. To create a mathematical model, the initial ratio of components was taken into account and it was considered that the manure concentration doesn’t lead to methanogenesis process inhibition. To create a mathematical description of the process of obtaining methane from DSW the Bernard model was used as the base model.Results. The initial DOM manure/DSW ratio less than 1:1 leads to a change in the pH of the environment, reducing the biogas yield and methane content in it. Periodic daily replacement of fermented substrate part with fresh DSW without disturbing the stabilization of the process is possible when the pH value is not below 6.5. Manure disposal leads to the establishment of a steady state after the 20th day, which is maintained for at least 10 days. A mathematical model is proposed for the biogas formation process from acidic solutions of grain distillery spent wash depending on the daily replacement of 1/6 of the fermented substrate.Conclusions. It has been established that in the process of distillery spent wash disposing in the anaerobic process, co-fermenting with the rational manure is a daily replacement of 1/6 of the volume of fermented raw materials with fresh distillery spent wash. A mathematical model of biogas formation process was proposed by replacing part of one of the low pH co-substrates. This mathematical model will allow managing the biogas production process at a variable pH value and a part of a substituted substrate in the process of periodical replacement of the part of the reactor working volume into one of the co-substrates, which has a low pH value, without changing the process parameters.Проблематика. Разработка математической модели получения метана методом анаэробного сбраживания послеспиртовой барды в процессе ее коферментации в условиях переменного значения показателя рН является актуальной задачей, поскольку существующие модели в основном не рассматривают влияние на выход метана замещения части сброженного субстрата на свежий с низким значением рН. Подобные модели не рассматривают механизм выработки метана в изменяющихся условиях среды, что является результатом непостоянности соотношения косубстратов.Цель. Создание модели процесса образования биогаза в условиях постоянного поступления одного из косубстратов, которое приводит к снижению значения рН среды.Методика. Переработку послеспиртовой барды (ПСБ) проводили путем ее коферментации с птичьим пометом при соотношении косубстратов помет/ПСБ по сухому органическому веществу (СОР) 1,7:1. Для обеспечения утилизации ПСБ в полном объеме осуществляли ежедневное замещение шестой части объема сырья на сырую барду (рН 3,7) без добавления новых порций помета. Для создания математической модели учитывали исходное соотношение компонентов и считали, что концентрация помета не приводит к ингибированию процесса метаногенеза. Для создания математического описания процесса получения метана из ПСБ как базовая была использована модель Бернарда.Результаты. Исходное соотношение по СОР помет/ПСБ меньше чем 1:1 приводит к изменению рН среды, снижению выхода биогаза и содержания в нем метана. Периодическое ежедневное замещение части сброженного субстрата на свежую барду без нарушения стабилизации процесса происходит при условии, что значение рН не ниже 6,5. Утилизация помета приводит к установлению после 20-го дня стационарного режима, который поддерживается не менее 10 суток. Предложена математичес­кая модель процесса образования биогаза из кислых растворов послеспиртовой зерновой барды в зависимости от ежесуточной замены 1/6 сброженного субстрата.Выводы. Установлено, что в процессе утилизации послеспиртовой барды в анаэробном процессе при коферментации с пометом рациональным является ежедневное замещение 1/6 объема сброженного сырья на сырую барду. Предложена математическая модель процесса образования биогаза при замещении части одного из косубстратов с низким значением рН. Данная математическая модель позволит управлять процессом получения биогаза при переменном значении рН и части замещенного субстрата в процессе периодического замещения части рабочего объема реактора на один из косубстратов, который имеет низкое значение рН, без изменения параметров процесса.Проблематика. Розробка математичної моделі одержання метану методом анаеробного зброджування післяспиртової барди за її коферментації в умовах змінного значення показника рН є актуальним завданням, оскільки існуючі моделі переважно не розглядають вплив на вихід метану заміщення частини збродженого субстрату на свіжий із низьким значенням рН. Подібні моделі не розглядають механізм продукування метану в змінних умовах середовища, що є результатом непостійності співвідношення косубстратів.Мета. Створення моделі процесу утворення біогазу в умовах постійного надходження одного з косубстратів, яка сприяє зниженню значення рН середовища.Методи. Переробку післяспиртової барди (ПСБ) проводили її коферментацією з пташиним послідом за співвідношення косубстратів послід/ПСБ за сухою органічною речовиною (СОР) 1,7:1. Для забезпечення утилізації ПСБ у повному обсязі здійснювали щодобове заміщення шостої частини об’єму сировини на сиру барду (рН 3,7) без додавання нових порцій посліду. Для створення математичної моделі враховували початкове співвідношення компонентів і вважали, що концентрація посліду не призводить до інгібіювання процесу метаногенезу. Для створення математичного опису процесу одержання метану з ПСБ як базова була використана модель Бернарда.Результати. Початкове співвідношення за СОР послід/ПСБ менше ніж 1:1 призводить до зміни рН середовища і зниження виходу біогазу та вмісту в ньому метану. Періодичне щодобове заміщення частини збродженого субстрату на свіжу барду без порушення стабілізації процесу відбувається за умови, що значення рН не нижче 6,5. Утилізація посліду приводить до встановлення після 20-ї доби стаціонарного режиму, який підтримується не менше 10 діб. Запропоновано математичну модель процесу утворення біогазу з кислих розчинів післяспиртової зернової барди залежно від щодобової заміни 1/6 збродженого субстрату.Висновки. Встановлено, що при утилізації післяспиртової барди в анаеробному процесі при коферментації з послідом раціональним є щодобове заміщення 1/6 об’єму збродженої сировини на сиру барду. Запропоновано математичну модель процесу утворення біогазу за умови заміщення частини одного з косубстратів із низьким значенням рН. Ця математична модель дасть змогу керувати процесом одержання біогазу за змінного значення рН і частини заміщеного субстрату в процесі періодичного заміщення частини робочого об’єму реактора на один із косубстратів, який має низьке значення рН, без зміни параметрів процесу

Scientific Experience of Socio-Geographical Research of Population Life Quality and Vital Functions as Key Categories of Social Regional Policy

Розкрито сутність категорій «якість життя населення» та «життєдіяльність населення» регіону як об’єктів суспільно-географічних досліджень. Визначено головні напрями соціальної регіональної політики в площині забезпечення якісного рівня процесів суспільного життя й діяльності населення. Cхарактеризовано спосіб та рівень життя. Вивчено науковий досвід вітчизняних і західних фахівців у дослідженні якості життя та життєдіяльності населення. Проаналізовано методологічні основи й механізми багатомірного порівняльного аналізу якості життя та життєдіяльності населення. Розглянуто показники, що характеризують умови життя населення на конкретній території. The essence of categories regional «quality of life» and «vital functions» as objects of social and geographical research are studied. The basic directions of social regional policy in order to ensure quality level of social life process and vital functions of the population are revealed. Method and standard of living are studied. Scientific experience of local and western experts in the research of quality of life and vital functions of the population are observed. Methodological framework and mechanisms of multidimensional comparative analysis and quality of life and vital functions of the population are analyzed. Indicators describing the living conditions in a particular area are studied

<i>Candida albicans</i> Ethanol Stimulates <i>Pseudomonas aeruginosa</i> WspR-Controlled Biofilm Formation as Part of a Cyclic Relationship Involving Phenazines

<div><p>In chronic infections, pathogens are often in the presence of other microbial species. For example, <i>Pseudomonas aeruginosa</i> is a common and detrimental lung pathogen in individuals with cystic fibrosis (CF) and co-infections with <i>Candida albicans</i> are common. Here, we show that <i>P. aeruginosa</i> biofilm formation and phenazine production were strongly influenced by ethanol produced by the fungus <i>C. albicans</i>. Ethanol stimulated phenotypes that are indicative of increased levels of cyclic-di-GMP (c-di-GMP), and levels of c-di-GMP were 2-fold higher in the presence of ethanol. Through a genetic screen, we found that the diguanylate cyclase WspR was required for ethanol stimulation of c-di-GMP. Multiple lines of evidence indicate that ethanol stimulates WspR signaling through its cognate sensor WspA, and promotes WspR-dependent activation of Pel exopolysaccharide production, which contributes to biofilm maturation. We also found that ethanol stimulation of WspR promoted <i>P. aeruginosa</i> colonization of CF airway epithelial cells. <i>P. aeruginosa</i> production of phenazines occurs both in the CF lung and in culture, and phenazines enhance ethanol production by <i>C. albicans</i>. Using a <i>C. albicans adh1</i>/<i>adh1</i> mutant with decreased ethanol production, we found that fungal ethanol strongly altered the spectrum of <i>P. aeruginosa</i> phenazines in favor of those that are most effective against fungi. Thus, a feedback cycle comprised of ethanol and phenazines drives this polymicrobial interaction, and these relationships may provide insight into why co-infection with both <i>P. aeruginosa</i> and <i>C. albicans</i> has been associated with worse outcomes in cystic fibrosis.</p></div

<i>P. aeruginosa</i> Δ<i>wspR</i> shows loss of swarm repression in the presence of ethanol.

<p><i>P. aeruginosa</i> strain PA14 WT, Δ<i>wspR</i>, and Δ<i>wspR</i> strains containing either plasmid-borne <i>wspR</i> or the empty vector were analyzed on swarm medium with and without 1% ethanol (EtOH) and with 0.02% arabinose (to induce <i>wspR</i> expression in the complemented strain). Images are representative of at least 5 experiments for each strain.</p

<i>C. albicans</i> promotes <i>P. aeruginosa</i> strain PAO1 WT biofilm formation on airway epithelial cells in part through ethanol production.

<p><i>P. aeruginosa</i> PAO1 WT was cultured with a monolayer of ΔF508 CFTR-CFBE cells alone or with <i>C. albicans</i> CAF2 (reference strain), the <i>C. albicans adh1/adh1</i> mutant (<i>adh1</i>), and its complemented derivative, <i>adh1/adh1+ADH1</i> (<i>adh1-R</i>). Data are combined from three independent experiments with 3–5 technical replicates per experiment, (* represents a statistically significant difference (p<0.05) between indicated strains). Error bars represent one standard deviation.</p

Ethanol significantly increases <i>P. aeruginosa</i> strain PAO1 WT biofilm formation on airway cells.

<p><b>A</b>. PAO1 WT, Δ<i>wspR</i> or Δ<i>wspA</i> were co-cultured with a monolayer of ΔF508 CFTR-CFBE cells at an MOI of 30∶1 in medium with or without 1% ethanol and imaged after 6 h. Pictures are representative of at least 3 separate experiments with similar results. <b>B</b>. The number of CFUs from cultures determined as described above. Significance determination was based on an ordinary one-way ANOVA followed by Sidak's multiple comparisons test for each intrastrain comparison; ***, <i>P</i><0.001. Error bars represent one standard deviation.</p

Ethanol represses swarming and stimulates biofilm formation by <i>P. aeruginosa</i>.

<p><b>A</b>. <i>P. aeruginosa</i> strain PAO1 attachment to the bottom of a polystyrene plastic well after 6 hours in medium with and without 1% ethanol (EtOH). <b>B</b>. <i>P. aeruginosa</i> strain PA14 attachment to plastic as assessed by quantification of microcolonies per field in wells containing medium with or without ethanol for 7 h. Error bars represent the standard deviation (p<0.01 as determined by a student's t-test, N = 12). <b>C</b>. <i>P. aeruginosa</i> strain PA14 swarming in the absence and presence of 1% ethanol. Images are representative of results in more than ten independent experiments.</p

Our proposed model for the impacts of fungally-produced ethanol on <i>P. aeruginosa</i> behaviors.

<p>Our previous work has shown that <i>P. aeruginosa</i> phenazines increase fungal ethanol production. Here, we show that ethanol stimulates the Wsp system, leading to a WspR-dependent increase in c-di-GMP levels and a concomitant increase in Pel production and biofilm formation on plastic and on airway epithelial cells. In addition, ethanol altered phenazine production by promoting 5MPCA release and the accumulation of PCN.</p

Ethanol leads to higher levels of PCN crystal formation and 5MPCA derivatives.

<p><b>A</b>. <i>P. aeruginosa</i> strain PA14 wild type (WT) was grown on medium without and with 1% ethanol. With ethanol, PCN crystals form and the colony has a yellowish color likely attributed to reduced PCN. <b>B</b>. <i>P. aeruginosa</i> strain PA14 WT was cultured on lawns of <i>C. albicans</i> CAF2 (WT reference strain), the <i>C. albicans adh1/adh1</i> mutant, and its complemented derivative (<i>adh1/adh1+ADH1</i>); the PA14 Δ<i>phz</i> mutant defective in phenazine production was plated on the <i>C. albicans</i> CAF2 for comparison.</p