Cellular arrangement impacts metabolic activity and antibiotic tolerance in Pseudomonas aeruginosa biofilms

生物膜 多细胞生物 生物 铜绿假单胞菌 菌毛 突变体 表型 微生物学 细胞生物学 细菌 大肠杆菌 细胞 遗传学 基因
作者
Hannah Dayton,Julie Kiss,Mian Wei,Shradha Chauhan,Emily LaMarre,William Cole Cornell,Chase J. Morgan,Anuradha Janakiraman,Wei Min,Raju Tomer,Alexa Price‐Whelan,Jasmine A. Nirody,Lars E. P. Dietrich
出处
期刊:PLOS Biology [Public Library of Science]
卷期号:22 (2): e3002205-e3002205 被引量:9
标识
DOI:10.1371/journal.pbio.3002205
摘要

Cells must access resources to survive, and the anatomy of multicellular structures influences this access. In diverse multicellular eukaryotes, resources are provided by internal conduits that allow substances to travel more readily through tissue than they would via diffusion. Microbes growing in multicellular structures, called biofilms, are also affected by differential access to resources and we hypothesized that this is influenced by the physical arrangement of the cells. In this study, we examined the microanatomy of biofilms formed by the pathogenic bacterium Pseudomonas aeruginosa and discovered that clonal cells form striations that are packed lengthwise across most of a mature biofilm’s depth. We identified mutants, including those defective in pilus function and in O-antigen attachment, that show alterations to this lengthwise packing phenotype. Consistent with the notion that cellular arrangement affects access to resources within the biofilm, we found that while the wild type shows even distribution of tested substrates across depth, the mutants show accumulation of substrates at the biofilm boundaries. Furthermore, we found that altered cellular arrangement within biofilms affects the localization of metabolic activity, the survival of resident cells, and the susceptibility of subpopulations to antibiotic treatment. Our observations provide insight into cellular features that determine biofilm microanatomy, with consequences for physiological differentiation and drug sensitivity.

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