Published November 30, 2012
| Version v1
Publication
Open
Polyphosphate Degradation in Stationary Phase Triggers Biofilm Formation via LuxS Quorum Sensing System in Escherichia coli
- 1. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. National University of Tucumán
Description
In most natural environments, association with a surface in a structure known as biofilm is the prevailing microbial life-style of bacteria. Polyphosphate (polyP), an ubiquitous linear polymer of hundreds of orthophosphate residues, has a crucial role in stress responses, stationary-phase survival, and it was associated to bacterial biofilm formation and production of virulence factors. In previous work, we have shown that Escherichia coli cells grown in media containing a critical phosphate concentration >37 mM maintained an unusual high polyP level in stationary phase. The aim of the present work was to analyze if fluctuations in polyP levels in stationary phase affect biofilm formation capacity in E. coli. Polymer levels were modulated by the media phosphate concentration or using mutant strains in polyP metabolism. Cells grown in media containing phosphate concentrations higher than 25 mM were defective in biofilm formation. Besides, there was a disassembly of 24 h preformed biofilm by the addition of high phosphate concentration to the medium. These phenotypes were related to the maintenance or re-synthesis of polyP in stationary phase in static conditions. No biofilm formation was observed in ppk−ppx− or ppk−ppx−/ppk+ strains, deficient in polyP synthesis and hydrolysis, respectively. luxS and lsrK mutants, impaired in autoinducer-2 quorum sensing signal metabolism, were unable to form biofilm unless conditioned media from stationary phase wild type cells grown in low phosphate were used. We conclude that polyP degradation is required for biofilm formation in sufficient phosphate media, activating or triggering the production of autoinducer-2. According to our results, phosphate concentration of the culture media should be carefully considered in bacterial adhesion and virulence studies.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في معظم البيئات الطبيعية، يكون الارتباط بسطح في بنية تعرف باسم الغشاء الحيوي هو نمط الحياة الميكروبي السائد للبكتيريا. البولي فوسفات (PolyP)، وهو بوليمر خطي في كل مكان يضم مئات من بقايا أورثوفوسفات، له دور حاسم في استجابات الإجهاد، والبقاء على قيد الحياة في الطور الثابت، وكان مرتبطًا بتكوين الأغشية الحيوية البكتيرية وإنتاج عوامل الفوعة. في العمل السابق، أظهرنا أن خلايا الإشريكية القولونية المزروعة في الوسائط التي تحتوي على تركيز فوسفات حرج >37 ملليمتر حافظت على مستوى عالٍ غير عادي من البوليبات في المرحلة الثابتة. كان الهدف من العمل الحالي هو تحليل ما إذا كانت التقلبات في مستويات البولي بروبلين في المرحلة الثابتة تؤثر على قدرة تكوين الغشاء الحيوي في الإشريكية القولونية. تم تعديل مستويات البوليمر من خلال تركيز الفوسفات في الوسائط أو باستخدام سلالات متحولة في استقلاب البوليبات. كانت الخلايا المزروعة في الوسائط التي تحتوي على تركيزات فوسفاتية أعلى من 25 مللي مولار معيبة في تكوين الغشاء الحيوي. إلى جانب ذلك، كان هناك تفكيك للغشاء الحيوي المشكل على مدار 24 ساعة عن طريق إضافة تركيز فوسفات عالي إلى الوسط. كانت هذه الأنماط الظاهرية مرتبطة بصيانة أو إعادة تخليق البولي بروبلين في المرحلة الثابتة في ظروف ثابتة. لم يلاحظ أي تكوين بيولوجي في سلالات ppk− ppx − أو ppk − ppx −/ppk +، التي تعاني من نقص في تخليق البوليبات والتحلل المائي، على التوالي. لم تتمكن طفرات لوكس و lsrK، التي تعاني من ضعف في استقلاب إشارة استشعار النصاب 2، من تكوين غشاء حيوي ما لم يتم استخدام وسائط مشروطة من خلايا من النوع البري ذات المرحلة الثابتة المزروعة في الفوسفات المنخفض. نستنتج أن تحلل البولي بروبلين مطلوب لتكوين الغشاء الحيوي في وسائط فوسفات كافية، مما يؤدي إلى تنشيط أو تحفيز إنتاج المحفز الذاتي-2. وفقًا لنتائجنا، يجب مراعاة تركيز الفوسفات في وسط الاستنبات بعناية في دراسات الالتصاق والفوعة البكتيرية.Translated Description (French)
Dans la plupart des environnements naturels, l'association avec une surface dans une structure connue sous le nom de biofilm est le mode de vie microbien dominant des bactéries. Le polyphosphate (polyP), un polymère linéaire omniprésent de centaines de résidus orthophosphate, joue un rôle crucial dans les réponses au stress, la survie en phase stationnaire et il a été associé à la formation de biofilms bactériens et à la production de facteurs de virulence. Dans des travaux antérieurs, nous avons montré que les cellules d'Escherichia coli cultivées dans des milieux contenant une concentration critique en phosphate >37 mM maintenaient un niveau élevé inhabituel de polyP en phase stationnaire. Le but du présent travail était d'analyser si les fluctuations des niveaux de polyP en phase stationnaire affectent la capacité de formation de biofilm chez E. coli. Les niveaux de polymères ont été modulés par la concentration de phosphate dans les milieux ou en utilisant des souches mutantes dans le métabolisme du polyP. Les cellules cultivées dans des milieux contenant des concentrations de phosphate supérieures à 25 mM étaient défectueuses dans la formation du biofilm. En outre, il y a eu un démontage du biofilm préformé de 24 h par l'ajout d'une concentration élevée en phosphate dans le milieu. Ces phénotypes étaient liés au maintien ou à la resynthèse du polyP en phase stationnaire en conditions statiques. Aucune formation de biofilm n'a été observée dans les souches ppk−ppx− ou ppk−ppx−/ppk+, déficientes en synthèse de polyP et en hydrolyse, respectivement. Les mutants luxS et lsrK, altérés dans le métabolisme du signal de détection du quorum de l'autoinducteur-2, étaient incapables de former un biofilm à moins d'utiliser des milieux conditionnés à partir de cellules de type sauvage en phase stationnaire cultivées dans un faible taux de phosphate. Nous concluons que la dégradation du polyP est nécessaire à la formation du biofilm dans des milieux phosphatés suffisants, activant ou déclenchant la production d'autoinducteur-2. Selon nos résultats, la concentration en phosphate des milieux de culture doit être soigneusement prise en compte dans les études d'adhérence et de virulence bactériennes.Translated Description (Spanish)
En la mayoría de los entornos naturales, la asociación con una superficie en una estructura conocida como biopelícula es el estilo de vida microbiano predominante de las bacterias. El polifosfato (poliP), un polímero lineal ubicuo de cientos de residuos de ortofosfato, tiene un papel crucial en las respuestas al estrés, la supervivencia en fase estacionaria y se asoció a la formación de biopelículas bacterianas y la producción de factores de virulencia. En trabajos anteriores, hemos demostrado que las células de Escherichia coli cultivadas en medios que contienen una concentración crítica de fosfato >37 mM mantuvieron un nivel de poliP inusualmente alto en fase estacionaria. El objetivo del presente trabajo fue analizar si las fluctuaciones en los niveles de poliP en fase estacionaria afectan la capacidad de formación de biopelículas en E. coli. Los niveles de polímero se modularon mediante la concentración de fosfato en el medio o utilizando cepas mutantes en el metabolismo de poliP. Las células cultivadas en medios que contenían concentraciones de fosfato superiores a 25 mM fueron defectuosas en la formación de biopelículas. Además, hubo un desmontaje de biopelícula preformada de 24 h mediante la adición de alta concentración de fosfato al medio. Estos fenotipos estaban relacionados con el mantenimiento o resíntesis de poliP en fase estacionaria en condiciones estáticas. No se observó formación de biopelícula en cepas ppk−ppx− o ppk−ppx−/ppk+, deficientes en síntesis e hidrólisis de poliP, respectivamente. Los mutantes luxS e lsrK, deteriorados en el metabolismo de la señal de detección de quórum del autoinductor-2, no pudieron formar biopelícula a menos que se usaran medios acondicionados de células de tipo salvaje en fase estacionaria cultivadas en bajo contenido de fosfato. Concluimos que se requiere la degradación de poliP para la formación de biopelículas en suficientes medios de fosfato, activando o desencadenando la producción del autoinductor-2. De acuerdo con nuestros resultados, la concentración de fosfato de los medios de cultivo debe considerarse cuidadosamente en los estudios de adhesión bacteriana y virulencia.Files
journal.pone.0050368&type=printable.pdf
Files
(341.3 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:186ed629f6eba7dfe741ea9892f0d41e
|
341.3 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحلل البولي فوسفات في المرحلة الثابتة يؤدي إلى تكوين بيوفيلم عبر نظام استشعار النصاب LUXS في الإشريكية القولونية
- Translated title (French)
- La dégradation des polyphosphates en phase stationnaire déclenche la formation de biofilms via le système de détection LuxS Quorum chez Escherichia coli
- Translated title (Spanish)
- La degradación del polifosfato en la fase estacionaria desencadena la formación de biopelículas a través del sistema de detección de quórum LuxS en Escherichia coli
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2046146036
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0050368
References
- https://openalex.org/W1492326072
- https://openalex.org/W1514986543
- https://openalex.org/W1532785796
- https://openalex.org/W1607687225
- https://openalex.org/W1639192928
- https://openalex.org/W1895819679
- https://openalex.org/W1965831928
- https://openalex.org/W1984484522
- https://openalex.org/W1993616876
- https://openalex.org/W2004280279
- https://openalex.org/W2005978096
- https://openalex.org/W2009143964
- https://openalex.org/W2014914088
- https://openalex.org/W2032092088
- https://openalex.org/W2037547181
- https://openalex.org/W2041110655
- https://openalex.org/W2048240292
- https://openalex.org/W2055942491
- https://openalex.org/W2060779329
- https://openalex.org/W2062244827
- https://openalex.org/W2063195137
- https://openalex.org/W2067477145
- https://openalex.org/W2067940483
- https://openalex.org/W2082806854
- https://openalex.org/W2095721618
- https://openalex.org/W2097545182
- https://openalex.org/W2098414392
- https://openalex.org/W2098626852
- https://openalex.org/W2098646342
- https://openalex.org/W2102321085
- https://openalex.org/W2110704657
- https://openalex.org/W2117535040
- https://openalex.org/W2119633818
- https://openalex.org/W2122560605
- https://openalex.org/W2126922170
- https://openalex.org/W2127131582
- https://openalex.org/W2133972092
- https://openalex.org/W2136294927
- https://openalex.org/W2138025597
- https://openalex.org/W2144440398
- https://openalex.org/W2147889247
- https://openalex.org/W2148358470
- https://openalex.org/W2149332722
- https://openalex.org/W2149886824
- https://openalex.org/W2154936481
- https://openalex.org/W2158836491
- https://openalex.org/W3129911986
- https://openalex.org/W4213354399