Během infekčního procesu využívá lidský oportunní patogen Pseudomonas aeruginosa systémy quorum sensing (QS) ke koordinaci chování celé mikrobiální populace. Systém QS je zpravidla zprostředkován N‑acyl‑homoserinovými laktony (AHLs). Následná detekce těchto signálních molekul buňkami způsobuje změny v expresi genů kódujících faktory virulence, jako je např. tvorba biofilmu. Tvorba biofilmu hraje důležitou roli během vzniku nosokomiálních infekcí a při rezistenci bakterií vůči antibiotikům, proto je nutné vyvíjet takové postupy a nástroje, které umožní interferenci s QS sytémy. Tato práce se zabývá schopností netermálního plazmatu (NTP) zasahovat do QS systému P. aeruginosa. Druhým cílem bylo stanovení takové koncentrace antibiotika, která podpoří jejich společný anti‑biofilmový účinek. K detekci signálních molekul v supernatantech bakterií, po aplikaci NTP, byl použit biosenzor Agrobacterium tumefaciens NTL4 (pZLR4). A. tumefaciens NTL4 (pZLR4) neprodukuje vlastní AHL, ale v přítomnosti exogenních signálních molekul u něj dochází k indukci exprese reportérového genu (kódujícího enzym β‑galaktosidasu). Produkce β‑galaktosidasy může být měřena spektrofotometricky za použití X‑Gal. Pomocí této metody jsme prokázali, že kombinace NTP a polymyxinu vykazuje aditivní účinek při QS atenuaci a eradikaci vzniklého biofilmu. Vzájemná kombinace polymyxinu (7,5 mg/l) a NTP (30 minut) byla o 30 % účinnější během atenuace QS systému bakterie P. aeruginosa ATCC 15442 než použití samotného polymyxinu (7,5 mg/l).

During the infection process, human opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa uses quorum sensing system (QS) to coordinate the behavior of the whole microbial population. QS is mainly mediated by N‑acyl‑homoserine lactones (AHLs). Subsequent detection of these signal molecules by cells causes changes in virulence factors expression such as biofilm formation. Because biofilm formation plays an important role in nosocomial infection and antibiotic resistance, tools which are able to interfere with QS are required. In the current study, we evaluated the ability of non‑thermal plasma (NTP) to interfere with the QS system of P. aeruginosa. Our second aim was to determine the mutual combination of antibiotics to support their anti‑biofilm effect. We applied Agrobacterium tumefaciens NTL4 (pZLR4) biosensor to detect signal molecules, from spent bacterial culture supernatants, after the treatment. A. tumefaciens NTL4 (pZLR4) does not produce its own AHLs, but the reporter gene is induced when exogenous signal molecules are present. Induction of reporter gene leads to the production of β‑galactosidase, which can be measured spectrophotometrically by X‑Gal usage. This method demonstrated that combined treatment with NTP and polymyxin has an additive effect in P. aeruginosa QS attenuation and associated biofilm formation. Mutual combination of polymyxin (7.5 mg/l) with NTP (30 minutes) was by 30 % more effective in P. aeruginosa ATCC 15442 QS attenuation than the use of polymyxin (7.5 mg/l) alone.

Department of Biotechnology UCT Prague

Department of Physics and Measurements UCT Prague

Netermální plazma v kombinaci s antibiotiky interferuje s quorum sensing systémem Pseudomonas aeruginosa

Literatura