Physiologie von Pseudomonas aeruginosa unter Harnwegs-ähnlichen Bedingungen

Rosin, Nathalie, Yvonne

doi:10.24355/dbbs.084-201105041104-0

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Physiologie von Pseudomonas aeruginosa unter Harnwegs-ähnlichen Bedingungen

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Als opportunistisches Pathogen und typischer nosokomialer Erreger ist P. aeruginosa der dritthäufigste Auslöser von Harnwegsinfektionen. Aufgrund seiner physiologischen Vielseitigkeit, Anpassungsfähigkeit und hohen intrinsischen Antibiotikatoleranz ist P. aeruginosa oftmals schwer zu bekämpfen. 31 P. aeruginosa Isolate aus Harnwegsinfektionen wurden physiologisch charakterisiert. Zudem wurde die Physiologie von P. aeruginosa PAO1 unter Harnwegs-ähnlichen Bedingungen untersucht. Hierzu wurde ein Koloniebiofilm-Anzuchtsystem etabliert, um das für den Harnweg typische Biofilmwachstum zu simulieren. Als Nährstoffquelle diente artifizielles Urinmedium (AUM). Als Referenz wurde 1:10 verdünntes LB Medium verwendet, welches für P. aeruginosa PAO1 in Bezug auf Wuchsrate und maximal erreichte Zellzahl vergleichbare Bedingungen lieferte. Physiologische Daten kombiniert mit Transkriptomanalysen zeigten, dass P. aeruginosa PAO1 beim Wachstum auf AUM, sowohl aerob als auch anaerob im Vergleich zu 1:10 LB unter Eisenmangel leidet. Dieser führt über ein komplexes regulatorisches Netzwerk zur Erhöhung der Virulenz von P. aeruginosa. Weiterhin erfolgt eine massive Anpassung des Stoffwechsels an die Mangelbedingungen im Harnweg. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde der Einfuß des Transkriptionsfaktors SlyA auf die Genexpression von P. aeruginosa untersucht. In Cytotoxizitätstests wurde deutlich, dass SlyA die Aktivität der Effektorproteine ExoS und ExoU steigert und zu verringerter Schwimm- und Schwärmaktivität führt. Eine SlyA Bindebox wurde für den Promotor des Gens des Eisenstoffwechsel-Repressors Fur vorhergesagt. Die Transkriptomanalysen zeigten, dass SlyA über Fur die Expression der Gene zur Eisenaufnahme induziert. Ein reprimierender Effekt von SlyA auf die Zielgene des Redoxregulators Anr wurde festgestellt. Dies legt die Vermutung nahe, dass es sich bei SlyA um einen Repressor des anaeroben Metabolismus handelt.

As an opportunistic pathogen and a typical nosocomial agent, P. aeruginosa represents the third most common pathogen causing urinary tract infections. Due to its physiological diversity, adaptability and its high intrinsic antibiotic tolerance, P. aeruginosa is difficult to eradicate. To study its physiological adaptations to the urinary tract, 31 uropathogenic isolates were characterized. Moreover, the physiologic characteristics of P. aeruginosa PAO1 were investigated under urinary tract simulating conditions. For that purpose, a colony biofilm growth system was established, mimicking the dominant growth behavior in the urinary tract. The colony biofilms were cultivated with an artificial urine medium as nutrient source. 10-fold diluted LB medium was used as a reference, leading to comparable growth rates and maximum cell density. Physiological data in combination with transcriptome analyses demonstrated an iron limitation for P. aeruginosa growing in colony biofilms under aerobic as well as anaerobic conditions with AUM, compared to 10-fold diluted LB. This iron limitation induced enormous changes in the regulatory network of P. aeruginosa, leading to an increased virulence. Furthermore, a huge adaptation of the metabolism to these limited conditions was observed. In a second part of this work, the impact of the transcriptional regulator SlyA on the gene expression of P. aeruginosa PAO1 was investigated. Performing cytotoxicity assays, it became clear that SlyA increases the activity of the effector proteins ExoS and ExoU. Moreover, SlyA decreased the ability of P. aeruginosa to swim and swarm. A SlyA binding box was predicted for the gene encoding the iron metabolism repressor Fur. Transcriptome analyses showed a Fur dependent increase of expression of genes involved in iron uptake. A repressing effect of SlyA to the target genes of the redoxregulator Anr was determined. This leads to the assumption that SlyA might be a repressor of the anaerobic metabolism.