Friederike Ewald, Cathy Nguyen, Marie-Odile Fauvarque, Ina Attree, Virginie Calderon, Katy Jeannot, Sophie de Bentzmann, Christophe Bordi, Christophe S. Bernard, Didier Grunwald, Patrick Plésiat, Caroline Giraud, Laboratoire d'ingénierie des systèmes macromoléculaires (LISM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Aix Marseille Université (AMU), Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM), Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de bactériologie, Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Technologies avancées pour le génôme et la clinique (TAGC), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANTE-INSERM U836, équipe 4, Muscles et pathologies, Biologie du Cancer et de l'Infection (BCI ), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Biologie à Grande Échelle (BGE - UMR S1038), French cystic fibrosis foundation, French Ministry of Research and Technology, Region Rhône-Alpes, European Project, Roux-Buisson, Nathalie, ERA-NET ADHRES 27481, INCOMING, Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires - UMR5100 (LMGM), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Theories and Approaches of Genomic Complexity (TAGC), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Pathogénie bactérienne et réponses cellulaires, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant (IRTSV), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Bacterial biofilm is considered as a particular lifestyle helping cells to survive hostile environments triggered by a variety of signals sensed and integrated through adequate regulatory pathways. Pseudomonas aeruginosa, a Gram-negative bacterium causing severe infections in humans, forms biofilms and is a fantastic example for fine-tuning of the transition between planktonic and community lifestyles through two-component systems (TCS). Here we decipher the regulon of the P. aeruginosa response regulator PprB of the TCS PprAB. We identified genes under the control of this TCS and once this pathway is activated, analyzed and dissected at the molecular level the PprB-dependent phenotypes in various models. The TCS PprAB triggers a hyper-biofilm phenotype with a unique adhesive signature made of BapA adhesin, a Type 1 secretion system (T1SS) substrate, CupE CU fimbriae, Flp Type IVb pili and eDNA without EPS involvement. This unique signature is associated with drug hyper-susceptibility, decreased virulence in acutely infected flies and cytotoxicity toward various cell types linked to decreased Type III secretion (T3SS). Moreover, once the PprB pathway is activated, decreased virulence in orally infected flies associated with enhanced biofilm formation and dissemination defect from the intestinal lumen toward the hemolymph compartment is reported. PprB may thus represent a key bacterial adaptation checkpoint of multicellular and aggregative behavior triggering the production of a unique matrix associated with peculiar antibiotic susceptibility and attenuated virulence, a particular interesting breach for therapeutic intervention to consider in view of possible eradication of P. aeruginosa biofilm-associated infections., Author Summary We unraveled that once the two-component system PprAB regulatory pathway is activated, Pseudomonas aeruginosa displays a unique hyper-biofilm phenotype due to a molecular signature combining a T1SS high molecular weight substrate, BapA, fimbriae of the chaperone-usher pathway, Type IVb pili and eDNA. Originally, this particular hyper-biofilm that is not strictly dependent on Psl or Pel exopolysaccharide (EPS) synthesis displays increased drug susceptibility, in contrary to previously reported biofilm lifestyle associated with increased resistance to antibiotics. PprB-dependent hyper-biofilm was also observed on intestinal mucosa of orally infected Drosophila flies in which it also displays a reduced capacity to cross the epithelial barrier from the intestinal lumen toward the hemolymph that consequently resulted in a reduced capacity to kill flies. Furthermore, constitutive activation of this PprB regulatory pathway triggers a reduced secretion of T3SS effectors which may account for the decreased virulence observed in epithelial and macrophage lineages and in acute Drosophila infections induced by septic injury. We appended in this study pieces of regulatory and molecular data that highlight the possibility to combat infections due to P. aeruginosa-biofilm with particular matrix.