УТВОРЕННЯ БІОПЛІВКИ ШТАМАМИ PSEUDOMONAS AERUGINOSA З РІЗНИМ РІВНЕМ БІОСИНТЕЗУ ЦИКЛІЧНОГО ДИГУАНОЗИНМОНОФОСФАТУ

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

Анотація


Мета роботи: встановлення особливостей утворення біоплівки та переміщення шляхом роїння клітин штаму P. aeruginosa PA01 pJN2133, що характеризується низьким рівнем синтезу цикло-ди-ГМФ. Матеріали та методи. Як тест-мікроорганізми використовували штами P. aeruginosa PA01 і P. aeruginosa PA01 pJN2133. Культивування проводили в 24-лункових плоскодонних планшетах Nuclon у середовищі LB при 37 оС впродовж 30–60 хв при визначенні адгезії клітин і впродовж 24 годин при дослідженні утворення біоплівки. Кількість планктонних клітин оцінювали спектрофотометрично, кількість прикріплених клітин і масу біоплівки – за методом забарвлення кристалічним фіолетовим, вміст полісахаридів у матриксі – за методом забарвлення конго червоним або алціановим синім. Роїння, гідрофобність клітин та дзета потенціал оцінювали за загальноприйнятими методами. Результати. Встановлено, що P. aeruginosa PA01 pJN2133 у порівнянні з P. aeruginosa PA01 утворює біоплівку з порушеною структурою, маса якої знижена у 3,7 рази. Вже на ранньому етапі формування біоплівки мутантний штам поступається батьківському за кількістю адгезованих клітин. У той же час, на всіх етапах утворення біоплівки P. aeruginosa PA01 pJN2133 кількість планктонних клітин достовірно перевищує рівень, характерний для штаму дикого типу. Діаметр зони розповсюдження клітин P. aeruginosa PA01 pJN2133 шляхом роїння становив 62 ± 5 мм і в 1,4 рази перевищував показник P. aeruginosa PA01 – 43 ± 3 мм. Морфологія зон роїння досліджуваних штамів суттєво різниться за рядом ознак. Показано, що клітини обох штамів при переході з логарифмічної до стаціонарної фази росту змінюють гідрофобність, але спрямованість змін носить протилежний характер: підвищення у разі мутантного штаму, і зниження у разі штаму дикого типу. Клітини обох штамів мають однаковий дзета потенціал. Висновки. На тлі низького вмісту у цитоплазмі цикло-ди-ГМФ гальмується адгезія клітин до твердої поверхні і утворення повноцінної біоплівки, що сприяє планктонному способу існування P. aeruginosa PA01 pJN2133. Одержані результати дозволяють припустити, що ці явища обумовлені низькою гідрофобністю клітин мутантного штаму та їх високою здатність до переміщення по поверхні шляхом роїння.


Ключові слова


цикло-ди-ГМФ; Pseudomonas aeruginosa; адгезія; біоплівка; роїння

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Borlee BR, Goldman AD, Murakami K, Samudrala R, Wozniak DJ, Parsek MR. Pseudomonas aeruginosa uses a cyclic-di-GMP-regulated adhesin to rein force 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

Friedman L, Kolter R. Genes involved in matrix formation in Pseudomonas aeruginosa PA14 biofilms. Mol. Microbiol. 2004; 51: 675–690. doi: 10.1046/j.1365-2958.2003.03877.x

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-di-GMP receptor required for bacterial exopolysaccharide production. Mol. Microbiol. 2007;65:1474–1484. doi: 10.1111/j.1365-2958.2007.05879.x

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

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


Пристатейна бібліографія ГОСТ


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 coagulasenegative 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.

Friedman L., Kolter R. Genes involved in matrix formation in Pseudomonas aeruginosa PA14 biofilms // Mol. Microbiol. – 2004. – V. 51. – P. 675–690.

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 cyclic-di-GMP receptor required for bacterial exopolysaccharide production // Mol. Microbiol.
– 2007. – V. 65. – P. 1474–1484.

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

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.





DOI: https://doi.org/10.18524/2307-4663.2016.1(33).65360

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)