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Role of the flagellar hook in the structural development and antibiotic tolerance of Pseudomonas aeruginosa biofilms

  • Pseudomonas aeruginosa biofilms exhibit an intrinsic resistance to antibiotics and constitute a considerable clinical threat. In cystic fibrosis, a common feature of biofilms formed by P. aeruginosa in the airway is the occurrence of mutants deficient in flagellar motility. This study investigates the impact of flagellum deletion on the structure and antibiotic tolerance of P. aeruginosa biofilms, and highlights a role for the flagellum in adaptation and cell survival during biofilm development. Mutations in the flagellar hook protein FlgE influence greatly P. aeruginosa biofilm structuring and antibiotic tolerance. Phenotypic analysis of the flgE knockout mutant compared to the wild type (WT) reveal increased fitness under planktonic conditions, reduced initial adhesion but enhanced formation of microcolony aggregates in a microfluidic environment, and decreased expression of genes involved in exopolysaccharide formation. Biofilm cells of the flgE knock-out mutant display enhancedPseudomonas aeruginosa biofilms exhibit an intrinsic resistance to antibiotics and constitute a considerable clinical threat. In cystic fibrosis, a common feature of biofilms formed by P. aeruginosa in the airway is the occurrence of mutants deficient in flagellar motility. This study investigates the impact of flagellum deletion on the structure and antibiotic tolerance of P. aeruginosa biofilms, and highlights a role for the flagellum in adaptation and cell survival during biofilm development. Mutations in the flagellar hook protein FlgE influence greatly P. aeruginosa biofilm structuring and antibiotic tolerance. Phenotypic analysis of the flgE knockout mutant compared to the wild type (WT) reveal increased fitness under planktonic conditions, reduced initial adhesion but enhanced formation of microcolony aggregates in a microfluidic environment, and decreased expression of genes involved in exopolysaccharide formation. Biofilm cells of the flgE knock-out mutant display enhanced tolerance towards multiple antibiotics, whereas its planktonic cells show similar resistance to the WT. Confocal microscopy of biofilms demonstrates that gentamicin does not affect the viability of cells located in the inner part of the flgE knock-out mutant biofilms due to reduced penetration. These findings suggest that deficiency in flagellar proteins like FlgE in biofilms and in cystic fibrosis infections represent phenotypic and evolutionary adaptations that alter the structure of P. aeruginosa biofilms conferring increased antibiotic tolerance.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:J. Valentin, H. Straub, Franziska Pietsch, M. Lemare, C. Ahrens, Frank SchreiberORCiD, J. Webb, H. van der Mei, Q. Ren
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ISME Journal
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer Nature
Jahrgang/Band:16
Ausgabe/Heft:4
Erste Seite:1176
Letzte Seite:1186
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Antimicrobial resistance; Bacteria; Biocides; Biofilms
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Umwelt
Umwelt / Umwelt-Material-Interaktionen
DOI:10.1038/s41396-021-01157-9
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-541113
ISSN:1751-7370
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:20.12.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:20.12.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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