KY
Kaitlin Yarrington
Author with expertise in Bacterial Biofilms and Quorum Sensing Mechanisms
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
2
(100% Open Access)
Cited by:
7
h-index:
4
/
i10-index:
1
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
12

Twitching cells use a chemoreceptor to detect bacterial competitors

Kaitlin Yarrington et al.Nov 28, 2022
D
T
K
Abstract Bacteria live in cosmopolitan communities, where the ability to sense and respond to interspecies and environmental signals is critical for survival. We previously showed the pathogen Pseudomonas aeruginosa detects secreted peptides from bacterial competitors and navigates interspecies signal gradients using pilus-based motility. Yet, it remained unknown whether P. aeruginosa utilizes a designated chemosensory system for this behavior. Here, we performed a comprehensive genetic analysis of a putative pilus chemosensory system to reveal behaviors of mutants that retain motility, but are blind to interspecies signals. The enzymes predicted to methylate (PilK) and demethylate (ChpB) the putative pilus chemoreceptor, PilJ, are necessary for cells to control the direction of migration. While these findings implicate PilJ as a bona fide chemoreceptor, such function had yet to be experimentally defined, as PilJ is essential for motility. Thus, we constructed systematic genetic modifications of PilJ and found that without the predicted ligand binding domains or methylation sites cells lose the ability to detect competitor gradients, despite retaining pilus-mediated motility. Collectively, this work uncovers the chemosensory nature of PilJ, providing insight into chemotactic interactions necessary for bacterial survival in polymicrobial communities and revealing putative pathways where therapeutic intervention might disrupt bacterial communication.
12
Citation7
0
Save
1

Pseudomonas aeruginosasenses and responds to epithelial potassium flux via Kdp operon to promote biofilm biogenesis

Glenn Rapsinski et al.Jun 6, 2023
+6
K
M
G
Abstract Mucosa-associated biofilms are associated with many human disease states, but the mechanisms by which the host promotes biofilm biogenesis remain unclear. In chronic respiratory diseases like cystic fibrosis (CF), Pseudomonas aeruginosa establishes chronic infection through biofilm formation. P. aeruginosa can be attracted to interspecies biofilms through potassium currents emanating from the biofilms. We hypothesized that P. aeruginosa could, similarly, sense and respond to the potassium efflux from human airway epithelial cells (AECs) to promote biofilm biogenesis. Using respiratory epithelial co-culture biofilm imaging assays of P. aeruginosa grown in association with CF bronchial epithelial cells (CFBE41o - ), we found that P. aeruginosa biofilm biogenesis was increased by potassium efflux from AECs, as examined by potentiating large conductance potassium channel, BK Ca (NS19504) potassium efflux. This phenotype is driven by increased bacterial attachment and increased coalescence of bacteria into aggregates. Conversely, biofilm formation was reduced when AECs were treated with a BK Ca blocker (paxilline). Using an agar-based macroscopic chemotaxis assay, we determined that P. aeruginosa chemotaxes toward potassium and screened transposon mutants to discover that disruption of the high-sensitivity potassium transporter, KdpFABC, and the two-component potassium sensing system, KdpDE, reduces P. aeruginosa potassium chemotaxis. In respiratory epithelial co-culture biofilm imaging assays, a KdpFABCDE deficient P. aeruginosa strain demonstrated reduced biofilm growth in association with AECs while maintaining biofilm formation on abiotic surfaces. Collectively, these data suggest that P. aeruginosa biofilm formation can be increased by attracting bacteria to the mucosal surface via a potassium gradient and enhancing coalescence of single bacteria into microcolonies through aberrant AEC potassium efflux sensed through the bacterial KdpFABCDE system. These findings suggest that electrochemical signaling from the host can amplify biofilm biogenesis, a novel host-pathogen interaction, and that potassium flux could be a potential target for therapeutic intervention to prevent chronic bacterial infections in diseases with mucosa-associated biofilms, like CF. Author Summary Biofilm formation is important for Pseudomonas aeruginosa to cause chronic infections on epithelial surfaces during respiratory diseases, like cystic fibrosis (CF). The host factors that promote biofilm formation on host surfaces are not yet fully understood. Potassium signals from biofilms can attract P. aeruginosa , but it is unknown if potassium from the human cells can influence P. aeruginosa biofilm formation on a host surface. We found that P. aeruginosa biofilm formation on human airway cells can be increased by the potassium currents from airway cells, and determined bacterial genes related to potassium uptake and sensing that contribute to biofilm formation on airway cells. These findings suggest that P. aeruginosa can respond to host potassium signals by forming increased biofilm and that reducing chronic infections may be accomplished by reducing potassium coming from airway cells or blocking the bacterial proteins responsible for the biofilm enhancement by potassium currents.