Effect of Staphylococcus aureus Cell-Free Culture Liquid on the Structure and Biochemical Composition of Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa Biofilms

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Recently acquired data suggest that many infections are associated with formation of multispecies biofilms, in which both antibiotic sensitivity and the permeability of the extracellular matrix differ from those of monocultures. In this work, we show that addition of cell-free culture liquid of Staphylococcus aureus to the biofilms of Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa increased the content of α- and β-polysaccharides in the matrix up to twofold, which in turn probably affected the biofilm structure. Increased content of the polysaccharide component was also confirmed by a significantly increased expression of the K. pneumoniae pgaA gene and of the P. aeruginosa pelA and pslA genes in the presence of S. aureus culture liquid.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

A. Mironova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

M. Fedorova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

N. Zakarova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

A. Salikhova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

E. Trizna

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

A. Kayumov

Kazan (Volga Region) Federal University

Autor responsável pela correspondência
Email: kairatr@yandex.ru
Rússia, Kazan

Bibliografia

  1. Baidamshina D., Trizna E., Holyavka M. Targeting microbial biofilms using Ficin, a nonspecific plant protease // Sci. Rep. 2017. V. 7. Art. 46068.
  2. Bogachev M., Volkov V., Markelov O., Trizna E., Baydamshina D., Melnikov V., Zelenikhin P., Murtazina R., Sharafutdinov I., Kayumov A. Fast and simple tool for the quantification of biofilm-embedded cells sub-populations from fluorescent microscopic images // PLoS One. 2018. V. 13. Art. e0193267.
  3. Bottery M. J., Pitchford J. W., Friman V. P. Ecology and evolution of antimicrobial resistance in bacterial communities // ISME J. 2021. V. 15. P. 939‒948.
  4. Chen K. M., Chiang M. K., Wang M., Ho H. C., Lu M. C., Lai Y. C. The role of pgaC in Klebsiella pneumoniae virulence and biofilm formation // Microb. Pathog. 2014. V. 10. P. 89‒99.
  5. Chew S. C., Kundukad B., Seviour T., Van der Maarel J. R.C., Yang L., Rice S. A., Doyle P., Kjelleberg S. Dynamic remodeling of microbial biofilms by functionally distinct exopolysaccharides // mBio. 2014. V. 5. Art. e01536–14.
  6. Ciofu O., Moser C., Jensen P. Ø., Høiby N. Tolerance and resistance of microbial biofilms // Nature Rev. Microbiol. 2022. V. 20. P. 621‒635.
  7. Colvin K. M., Gordon V. D., Murakami K., Borlee B. R., Wozniak D. J., Wong G. C. L. The pel polysaccharide can serve a structural and protective role in the biofilm matrix of Pseudomonas aeruginosa // PLoS Pathog. 2011. V. 7. Art. e1001264.
  8. Dalton T., Dowd S. E., Wolcott R. D., Sun Y., Watters C., Griswold J. A., Rumbaugh K. P. An in vivo polymicrobial biofilm wound infection model to study interspecies interactions // PLoS One. 2011. V. 6. Art. e27317.
  9. Eick S. Biofilms. Oral Biofilms, 2020. 232 p. https://doi.org/10.1159/000510184
  10. Fedorova M. S., Mironova A. V., Kayumov A. R. Cell-free supernatant of Staphylococcus aureus culture increases antimicrobials susceptibility of Pseudomonas aeruginosa // Opera Medica et Physiologica. 2022. V. 9. P. 113‒120.
  11. Hobley L., Harkins C., MacPhee C., Stanley-Wall N. R. Giving structure to the biofilm matrix: an overview of individual strategies and emerging common themes // FEMS Microbiol. Revs. 2015. V. 39. P. 649‒669.
  12. Itoh Y., Rice J. D., Goller C., Pannuri A., Taylor J., Meisner J., Beveridge T. J., Preston J. F., Romeo T. Roles of pgaABCD genes in synthesis, modification, and export of the Escherichia coli biofilm adhesin poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamine // J. Bacteriol. 2008. V. 190. P. 3670‒3680.
  13. Kayumov A., Khakimullina E., Sharafutdinov I., Trizna E., Latypova L., Lien H., Margulis A., Bogachev M., Kurbangalieva A. Inhibition of biofilm formation in Bacillus subtilis by new halogenated furanones // J. Antibiot. (Tokyo). 2015. V. 68. P. 297‒301.
  14. Kot B., Sytykiewicz H., Sprawka I. Expression of the biofilm-associated genes in methicillin-resistant Staphylococcus aureus in biofilm and planktonic conditions // Int. J. Mol. Sci. 2018. V. 19. Art. 3487.
  15. Kranjec C., Morales Angeles D., Torrissen Mårli M., Fernández L., García P., Kjos M., Diep D. B. Staphylococcal biofilms: Challenges and novel therapeutic perspectives // Antibiotics. 2021. V. 10. Art. 131.
  16. Mironova A. V., Karimova A. V., Bogachev M. I., Kayumov A. R., Trizna E. Y. Alterations in antibiotic susceptibility of Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae in dual species biofilms // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. Art. 8475.
  17. Orazi G., O’Toole G.A. “It takes a village”: mechanisms underlying antimicrobial recalcitrance of polymicrobial biofilms // J. Bacteriol. 2019. V. 202. Art. e00530–19.
  18. Otto M. Staphylococcal biofilms // Microbiol. Spectr. 2018. V. 6. P. 1–26. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.GPP3-0023-2018
  19. Radlinski L. C., Rowe S. E., Brzozowski R., Wilkinson A. D., Huang R., Eswara P., Conlon B. P. Chemical induction of aminoglycoside uptake overcomes antibiotic tolerance and resistance in Staphylococcus aureus // Cell. Chem. Biol. 2019. V. 26. P. 1355‒1364.
  20. Ryder C., Byrd M., Wozniak D. J. Role of polysaccharides in Pseudomonas aeruginosa biofilm development // Curr. Opin. Microbiol. 2007. V. 10. P. 644‒648.
  21. Sambrook J., Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Habor Laboratory press, 1989.
  22. Sharma D., Misba L., Khan A. U. Antibiotics versus biofilm: an emerging battleground in microbial communities // Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2019. V. 8. P. 1‒10. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0533-3
  23. Trizna E. Y., Yarullina M. N., Baidamshina D. R., Mironova A. V., Akhatova F. S., Rozhina E., Fakhrullin R. F., Khabibrakhmanova A. M., Kurbangalieva A. R., Bogachev M. I., Kayumo, A. R. Bidirectional alterations in antibiotics susceptibility in Staphylococcus aureus‒Pseudomonas aeruginosa dual-species biofilm // Sci. Rep. 2018. V. 10. Art. 14849.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Effect of cell-free culture fluid of S. aureus on the structure and matrix composition of K. pneumoniae (a, b, c) and P. aeruginosa (d, e, f) biofilms. Residual biofilm was assessed by crystal violet staining (a, d), biochemical composition (b, e), biofilm matrix distribution and structure (c, f) were evaluated using fluorescent dyes ConA-TMR, Calcofluor White M2R (CFW), Sypro Orange. Quantitative analysis of micrographs was performed using BioFilmAnalyzer software, the content of components as a percentage of control is indicated. Labelling corresponds to 50 µm

Baixar (502KB)
Metadados
3. Fig. 2. Relative expression of genes encoding extracellular polysaccharides of K. pneumoniae (a) and P. aeruginosa (b, c) biofilms without treatment (control) and in the presence of culture fluid of Staphylococcus aureus (+12% CJ)

Baixar (142KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».