УТВОРЕННЯ БІОПЛІВКИ ТА РУХЛИВІСТЬ БАКТЕРІЙ PSEUDOMONAS AERUGINOSA З РІЗНИМИ РІВНЯМИ ВМІСТУ ЦИКЛІЧНОГО ДИГУАНОЗИНМОНОФОСФАТУ

М. Б. Галкін, А. С. Семенець, М. О. Фіногенова, Б. М. Галкін, Т. О. Філіпова

Анотація


Мета роботи: встановлення особливостей утворення біоплівки штамами Pseudomonas aeruginosa з різними рівнями вмісту циклічного дигуанозинмонофосфату(цикло-ди-ГМФ) та переміщення їх клітин шляхом плавання, роїння і смикання. Матеріали та методи. У дослідженні були використані штам дикого типу P. aeruginosa PA01 і штами P. aeruginosa з низьким (PAO1 pJN2133) та підвищеним (PA01 ΔwspF1) рівнями цикло-ди-ГМФ. Культивування проводили в 24-лункових плоскодонних планшетах Nuclon у середовищі LB при 37 оС впродовж 24 годин. Кількість планктонних клітин оцінювали спектрофотометрично, масу біоплівки – за методом забарвлення кристалічним фіолетовим. Рухливість клітин визначали на чашках Петрі з використанням середовищ з різним вмістом агару: плавання 0,3%, роїння 0,6% та смикання 1,5%. Структуру біоплівок оцінювали за допомогою світлової та лазерної конфокальної мікроскопії. Результати. Встановлено, що P. aeruginosa PA01 pJN2133 порівняно з P. aeruginosa PA01 і PA01 ΔwspF1 утворює біоплівку з порушеною структурою, маса якої знижена у 3,7 і 5 разів, відповідно. У той же час, кількість планктонних клітин над біоплівкою P. aeruginosa PA01 pJN2133 була вищою ніж у двох інших штамів. За морфологією біоплівки штамів P. aeruginosa PA01 і PA01 ΔwspF1 виявилися подібними: містили 3D структури, які у разі штаму дикого типу були за розміром більшими і чітко відокремленими одна від одної. Біоплівка P. aeruginosa PA01 pJN2133 рівномірно покривала поверхню, була дуже тонкою і не містила тривимірних компонентів. Встановлено, що найбільш рухливими при здійснені усіх типів переміщення по поверхні є клітини штаму P. aeruginosa PA01 pJN2133. Штами P. aeruginosa PA01 і PA01 ΔwspF1 мали однакову активність при переміщенні шляхом плавання і смикання, але різнилися за здатністю до роїння – у P. aeruginosa PA01 ΔwspF1 цей процес блокований. Діаметр зони розповсюдження клітин P. aeruginosa PA01 pJN2133 шляхом роїння становив 62 мм і в 1,4 рази перевищував показник P. aeruginosa PA01 – 43 мм. Морфологія зон роїння цих штамів суттєво різнилася за низкою ознак. Висновки. Низький внутрішньоклітинний вміст цикло-ди-ГМФ перешкоджає утворенню повноцінної біоплівки і сприяє планктонному способу існування P. aeruginosa PA01 pJN2133 та активному переміщенню клітин різними поверхнями. Підвищений рівень цикло-ди-ГМФ забезпечує формування біоплівки з більшою у порівнянні з контрольним штамом масою, і гальмує процес роїння у P. aeruginosa PA01 ΔwspF1.


Ключові слова


циклічний дигуанозинмонофосфат; Pseudomonas aeruginosa PA01; Pseudomonas aeruginosa PA01 pJN2133; Pseudomonas aeruginosa PA01 ΔwspF1; структура біоплівки; рухливість; типи переміщення

Повний текст:

PDF

Посилання


Lapach CN, Chubenko AV, Babich PN. Statisticheskie metodi vedikobiologicheskich issledovaniyach s ispolsovaniem Excel. – К.: Моrion. – 2001. – 260p. (in Russian).

Borlee BR, Goldman AD, Murakami K, Samudrala R, Wozniak DJ, Parsek MR. Pseudomonas aeruginosa uses a cyclic-di-GMP-regulated adhesin to reinforce the biofilm extracellular matrix. Mol. Microbiol. 2010;75:827–842. doi: 10.1111/j.1365-2958.2009.06991.x.

Caiazza NC, Merritt JH, Brothers KM, O’Toole GA. Inverse regulation of biofilm formation and swarming motility by Pseudomonas aeruginosa PA14. J. Bacteriol. 2007;189:3603–3612. doi:10.1128/JB.01685-06.

Christensen GD, Simpson WA, Younger JJ, et al. Adherence of coagulasenegative Staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of Staphylococci to medical devices. J. clin. microbiol. 1985;22(6):996–1006.

Cotter PA, Stibitz S. C-di-GMP-mediated regulation of virulence and biofilm formation. Curr. Opin. Microbiol. 2007;10:17–23. doi:10.1016/j.mib.2006.12.006.

Galkin M. Pseudomonas aeruginosa PA01 biofilm fomation dynamic in presence of the meso-tetra(4-N-methylpiridyl)porphyrine bismuth complex. Visnyk of L’viv University. Biological series. 2016;71:206-214.

Habimana O, Semiгo AJC, Casey E. The role of cell-surface interactions in bacterial initial adhesion and consequent biofilm formation of Nanofiltration/ Reverse Osmosis membranes. Journal of Membrane Science. 2014;454:82–96. doi:10.1016/j.memsci.2013.11.043

Hickman JW, Tifrea DF, Harwood CS A chemosensory system that regulates biofilm formation through modulation of cyclic diguanylate levels. PNAS.2005;102:14422–14427. doi: 10.1073/pnas.0507170102

Jones JC, Newsom D, Kelly B, et al. ChIP-Seq and RNA-Seq Reveal an AmrZ-Mediated Mechanism for Cyclic di-GMP Synthesis and Biofilm Development by Pseudomonas aeruginosa. PloS Pathog. 2014;10(3):e1003984. doi:10.1371/journal.ppat.1003984

Lee VT, Matewish JM, Kessler JL, Hyodo M, Hayakawa YA. Сyclic-diGMP receptor required for bacterial exopolysaccharide production. Mol. Microbiol. 2007;65:1474–1484. doi: 10.1111/j.1365-2958.2007.05879.x

Moradali M.F., Ghods S., Rehm B.H.A. Pseudomonas aeruginosa Lifestyle: A Paradigm for Adaptation, Survival, and Persistence // Front. Cell. Infect. Microbiol. – 2017. – doi: 10.3389/fcimb.2017.00039.

Parsek MR, Greenberg EP. Sociomicrobiology: the connections between quorum sensing and biofilms. Trends in Microbiol. 2005;13:27-33. doi: 10.1016/j.tim.2004.11.007.

Rashid MH, Kornberg А. Inorganic polyphosphate is needed for swimming, swarming, and twitching motilities of Pseudomonas aeruginosa. PNAS. 2000;97:4885-4890. doi: 10.1073/pnas.060030097.

Römling U, Galperin MY, Gomelsky M. Cyclic di-GMP: the First 25 Years of a Universal Bacterial Second Messenger. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2013;77(1):1–52. doi: 10.1128/MMBR.00043-12.

Römling U, Gomelsky M, Galperin MY. C-di-GMP: the dawning of a novel bacterial signaling system. Mol. Microbiol. 2005; 53:629-639. doi: 10.1111/j.1365-2958.2005.04697.x

Rosenberg M, Gutnick D, Rosenberg E. Adherence of bacteria to hydrocarbons: a simple method for measuring cell-surface hydrophobicity. FEMS Microbiol. Lett. 1980; 9:29–34. doi: 10.1111/j.1574-6968.1980.tb05599.x

Semenets АS, Galkin MB, Filipova ТО. Biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa PA01 PJN2133 strain with low c-di-GMP level. Microbiology & Biotechnology. 2016;33:19-28. http://mbt.onu.edu.ua/article/view/65360/60613.

Winstanley C, O'Brien S, Brockhurst MA. Pseudomonas aeruginosa evolutionary adaptation and diversification in cystic fibrosis chronic lung infections. Trends Microbiol. 2016;24:327–337. doi: 10.1016/j.tim.2016.01.008.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel. – К.: Морион. – 2001. – 260 с.

Borlee B.R., Goldman A.D., Murakami K., Samudrala R., Wozniak D.J., Parsek M.R. Pseudomonas aeruginosa uses a cyclic-di-GMP-regulated adhesin to reinforce the biofilm extracellular matrix // Mol. Microbiol. – 2010. –V. 75. – P.
827–842.

Caiazza, N. C., Merritt J. H., Brothers K. M., O’Toole G. A. Inverse regulation of biofilm formation and swarming motility by Pseudomonas aeruginosa PA14 // J. Bacteriol. – 2007. – V. 189. – P. 3603–3612.

Christensen G.D., W.A. Simpson, J.J. Younger et al. Adherence of coagulase-negative Staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of Staphylococci to medical devices // J. clin. microbiol. – 1985. –V. 22. – № 6. – P. 996–1006.

Cotter P.A., Stibitz. S. C-di-GMP-mediated regulation of virulence and biofilm formation // Curr. Opin. Microbiol. – 2007. – V. 10. – P. 17–23.

Galkin M. Pseudomonas aeruginosa PA01 biofilm fomation dynamic in presence of the meso-tetra(4-N-methylpiridyl)porphyrine bismuth complex // Visnyk of L’viv University. Biological series. – 2016. – V. 71. – Р. 206–214.

Habimana O., Semiгo A.J.C., Casey E.The role of cell-surface interactions in bacterial initial adhesion and consequent biofilm formation of Nanofiltration/Reverse Osmosis membranes // Journal of Membrane Science. – 2014. – V. 454. – P. 82–96.

Hickman J.W., Tifrea D.F., Harwood C.S. A chemosensory system that regulates biofilm formation through modulation of cyclic diguanylate levels // PNAS. – 2005. – V. 102. – P. 14422–14427.

Jones J.C., Newsom D., Kelly B. et al. ChIP-Seq and RNA-Seq Reveal an AmrZ-Mediated Mechanism for Cyclic di-GMP Synthesis and Biofilm Development by Pseudomonas aeruginosa // PLoS Pathog. – 2014. – V. 10(3): e1003984. doi:10.1371/journal.ppat.1003984

Lee V.T., Matewish J.M., Kessler J.L., Hyodo M., Hayakawa Y. A cyclicdi-GMP receptor required for bacterial exopolysaccharide production // Mol. Microbiol. – 2007. – V. 65. – P. 1474–1484.

Moradali M.F., Ghods S., Rehm B.H.A. Pseudomonas aeruginosa Lifestyle: A Paradigm for Adaptation, Survival, and Persistence // Front. Cell. Infect. Microbiol. – 2017. – doi: 10.3389/fcimb.2017.00039.

Parsek M.R., Greenberg E.P. Sociomicrobiology: the connections between quorum sensing and biofilms // Trends in Microbiol. – 2005. – V. 13. – P. 27–33.

Rashid M.H., Kornberg А. Inorganic polyphosphate is needed for swimming, swarming, and twitching motilities of Pseudomonas aeruginosa // PNAS. – 2000. – V. 97. – P. 4885–4890.

Römling U., Galperin M.Y., Gomelsky M. Cyclic di-GMP: the First 25 Years of a Universal Bacterial Second Messenger // Microbiology and Molecular Biology Reviews. – 2013. – V. 77, № 1. – P. 1–52.

Römling U., Gomelsky M., Galperin M.Y. C-di-GMP: the dawning of a novel bacterial signaling system // Mol. Microbiol. – 2005. – V. 53. – P. 629–639.

Rosenberg M., Gutnick D., Rosenberg E. Adherence of bacteria to hydrocarbons: a simple method for measuring cell-surface hydrophobicity // FEMS Microbiol. Lett. – 1980. – V. 9. – P. 29–34.

SemenetsА.S., Galkin M.B., FilipovaТ.О. Biofilm formation of Pseudomonas aeruginosaPA01 PJN2133 strain with low c-di-GMP level // Microbiology & Biotechnology. – 2016 – Т. 33, № 1. – Р. 19–28.

Winstanley C., O'Brien S., Brockhurst M.A. Pseudomonas aeruginosa evolutionary adaptation and diversification in cystic fibrosis chronic lung infections // Trends Microbiol. – 2016. – V. 24. – P. 327–337.





DOI: https://doi.org/10.18524/2307-4663.2017.2(38).105020

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2076-0558 (Print); 2307-4663 (Online)