Sophie Rodrigues, Olivier Maillot, Nicole Orange, Gérard Brenner-Weiss, Eric Déziel, Emeline Bouffartigues, Alain Dufour, Pierre Cornelis, Rachel Duchesne, Marie-Christine Groleau, Laure Taupin, Marc G. J. Feuilloley, Julie Hardouin, Damien Tortuel, Sylvie Chevalier, Ali Tahrioui, Olivier Lesouhaitier, Vriendenkring VUB, Microbiology, Laboratoire de Microbiologie Signaux et Microenvironnement (LMSM), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU), Polymères Biopolymères Surfaces (PBS), Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M), Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Le Havre Normandie (ULH), Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH), Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines (LBCM), Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Armand Frappier (INRS-IAF), Institut National de la Recherche Scientifique [Québec] (INRS)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), The LMSM is supported by the Région Normandie (France), Evreux Portes de Normandie (France), European FEDER funds and the French Association 'Vaincre la Mucoviscidose'. A.T. is supported by a post-doctoral fellowship from European Union (FEDER) and Région Normandie (France). D.T. and R.D. were supported by doctoral fellowships from the Région Normandie (France)., Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), and Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biofilms are structured microbial communities that are the leading cause of numerous chronic infections which are difficult to eradicate. Within the lungs of individuals with cystic fibrosis (CF), Pseudomonas aeruginosa causes persistent biofilm infection that is commonly treated with aminoglycoside antibiotics such as tobramycin. However, sublethal concentrations of this aminoglycoside were previously shown to increase biofilm formation by P. aeruginosa, but the underlying adaptive mechanisms still remain elusive. Herein, we combined confocal laser scanning microscope analyses, proteomics profiling, gene expression assays and phenotypic studies to unravel P. aeruginosa potential adaptive mechanisms in response to tobramycin exposure during biofilm growth. Under this condition, we show that the modified biofilm architecture is related at least in part to increased extracellular DNA (eDNA) release, most likely as a result of biofilm cell death. Furthermore, the activity of quorum sensing (QS) systems was increased, leading to higher production of QS signaling molecules. We also demonstrate upon tobramycin exposure an increase in expression of the PrrF small regulatory RNAs, as well as expression of iron uptake systems. Remarkably, biofilm biovolumes and eDNA relative abundances in pqs and prrF mutant strains decrease in the presence of tobramycin. Overall, our findings offer experimental evidences for a potential adaptive mechanism linking PrrF sRNAs, QS signaling, biofilm cell death, eDNA release, and tobramycin-enhanced biofilm formation in P. aeruginosa. These specific adaptive mechanisms should be considered to improve treatment strategies against P. aeruginosa biofilm establishment in CF patients’ lungs.