Novel molecular tools have been constructed which allow for in situ detection of N-acyl homoserine lactone (AHL)-mediated quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilms. The reporter responds to AHL activation of LasR by expression of an unstable version of the green-fluorescent protein (Gfp). Gfp-based reporter technology has been applied for non-destructive, single-cell-level detection of quorum sensing in laboratory-based P. aeruginosa biofilms. It is reported that a synthetic halogenated furanone compound, which is a derivative of the secondary metabolites produced by the Australian macroalga Delisea pulchra, is capable of interfering with AHL-mediated quorum sensing in P. aeruginosa. It is demonstrated that the furanone compound specifically represses expression of a PlasB-gfp reporter fusion without affecting growth or protein synthesis. In addition, it reduces the production of important virulence factors, indicating a general effect on target genes of the las quorum sensing circuit. The furanone was applied to P. aeruginosa biofilms established in biofilm flow chambers. The Gfp-based analysis reveals that the compound penetrates microcolonies and blocks cell signalling and quorum sensing in most biofilm cells. The compound did not affect initial attachment to the abiotic substratum. It does, however, affect the architecture of the biofilm and enhances the process of bacterial detachment, leading to a loss of bacterial biomass from the substratum.

Abstract The term ‘quorum sensing’ (QS) is generally used to describe the phenomenon that bacteria release and perceive signal molecules to coordinate cooperative behaviour in response to their population size. QS-based communication has therefore been considered a social trait. Here we show that QS signals ( N -acyl-homoserine lactones, AHLs) are stochastically produced in young biofilms of Pseudomonas putida and act mainly as self-regulatory signals rather than inducing neighbouring cells. We demonstrate that QS induces the expression of putisolvin biosurfactants that are not public goods, thereby triggering asocial motility of induced cells out of microcolonies. Phenotypic heterogeneity is most prominent in the early stages of biofilm development, whereas at later stages behaviour patterns across cells become more synchronized. Our findings broaden our perspective on QS by showing that AHLs can control the expression of asocial (self-directed) traits, and that heterogeneity in QS can serve as a mechanism to drive phenotypic heterogeneity in self-directed behaviour.

Acylated homoserine lactones (AHLs) play a widespread role in intercellular communication among bacteria. The Australian macroalga Delisea pulchra produces secondary metabolites which have structural similarities to AHL molecules. We report here that these metabolites inhibited AHL-controlled processes in prokaryotes. Our results suggest that the interaction between higher organisms and their surface-associated bacteria may be mediated by interference with bacterial regulatory systems.

Abstract Leaf-litter decomposition is a central process in carbon cycling; however, our knowledge about the microbial regulation of this process is still scarce. Metaproteomics allows us to link the abundance and activity of enzymes during nutrient cycling to their phylogenetic origin based on proteins, the ‘active building blocks’ in the system. Moreover, we employed metaproteomics to investigate the influence of environmental factors and nutrients on the decomposer structure and function during beech litter decomposition. Litter was collected at forest sites in Austria with different litter nutrient content. Proteins were analyzed by 1-D-SDS-PAGE followed by liquid-chromatography and tandem mass-spectrometry. Mass spectra were assigned to phylogenetic and functional groups by a newly developed bioinformatics workflow, assignments being validated by complementary approaches. We provide evidence that the litter nutrient content and the stoichiometry of C:N:P affect the decomposer community structure and activity. Fungi were found to be the main producers of extracellular hydrolytic enzymes, with no bacterial hydrolases being detected by our metaproteomics approach. Detailed investigation of microbial succession suggests that it is influenced by litter nutrient content. Microbial activity was stimulated at higher litter nutrient contents via a higher abundance and activity of extracellular enzymes.

ABSTRACT With the widespread appearance of antibiotic-resistant bacteria, there is an increasing demand for novel strategies to control infectious diseases. Furthermore, it has become apparent that the bacterial life style also contributes significantly to this problem. Bacteria living in the biofilm mode of growth tolerate conventional antimicrobial treatments. The discovery that many bacteria use quorum-sensing (QS) systems to coordinate virulence and biofilm development has pointed out a new, promising target for antimicrobial drugs. We constructed a collection of screening systems, QS inhibitor (QSI) selectors, which enabled us to identify a number of novel QSIs among natural and synthetic compound libraries. The two most active were garlic extract and 4-nitro-pyridine- N -oxide (4-NPO). GeneChip-based transcriptome analysis revealed that garlic extract and 4-NPO had specificity for QS-controlled virulence genes in Pseudomonas aeruginosa . These two QSIs also significantly reduced P. aeruginosa biofilm tolerance to tobramycin treatment as well as virulence in a Caenorhabditis elegans pathogenesis model.

Abstract Many bacteria produce extracellular and surface-associated components such as membrane vesicles (MVs), extracellular DNA and moonlighting cytosolic proteins for which the biogenesis and export pathways are not fully understood. Here we show that the explosive cell lysis of a sub-population of cells accounts for the liberation of cytosolic content in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Super-resolution microscopy reveals that explosive cell lysis also produces shattered membrane fragments that rapidly form MVs. A prophage endolysin encoded within the R- and F-pyocin gene cluster is essential for explosive cell lysis. Endolysin-deficient mutants are defective in MV production and biofilm development, consistent with a crucial role in the biogenesis of MVs and liberation of extracellular DNA and other biofilm matrix components. Our findings reveal that explosive cell lysis, mediated through the activity of a cryptic prophage endolysin, acts as a mechanism for the production of bacterial MVs.

Killing Pseudomonas Gram-negative Pseudomonas bacteria are opportunistic pathogens, and drug-resistant strains present a serious health problem. Srinivas et al. (p. 1010 ) synthesized a family of peptidomimetic antibiotics that is active only against Pseudomonas . These antibiotics do not lyse the cell membrane, but instead target an essential outer membrane protein, LptD, which plays a role in the assembly of lipopolysaccharide in the outer cell membrane. Activity in a mouse infection model suggests that the antibiotics might have therapeutic potential. In addition, LptD is widely distributed in gram-negative bacteria and so its validation as a target has the potential to drive development of antibiotics with a broader spectrum of activity against gram-negative pathogens.

Burkholderia cepacia and Pseudomonas aeruginosa often co-exist as mixed biofilms in the lungs of patients suffering from cystic fibrosis (CF). Here, the isolation of random mini-Tn5 insertion mutants of B. cepacia H111 defective in biofilm formation on an abiotic surface is reported. It is demonstrated that one of these mutants no longer produces N-acylhomoserine lactones (AHLs) due to an inactivation of the cepR gene. cepR and the cepI AHL synthase gene together constitute the cep quorum-sensing system of B. cepacia. By using a gene replacement method, two defined mutants, H111-I and H111-R, were constructed in which cepI and cepR, respectively, had been inactivated. These mutants were used to demonstrate that biofilm formation by B. cepacia H111 requires a functional cep quorum-sensing system. A detailed quantitative analysis of the biofilm structures formed by wild-type and mutant strains suggested that the quorum-sensing system is not involved in the regulation of initial cell attachment, but rather controls the maturation of the biofilm. Furthermore, it is shown that B. cepacia is capable of swarming motility, a form of surface translocation utilized by various bacteria to rapidly colonize appropriate substrata. Evidence is provided that swarming motility of B. cepacia is quorum-sensing-regulated, possibly through the control of biosurfactant production. Complementation of the cepR mutant H111-R with different biosurfactants restored swarming motility while biofilm formation was not significantly increased. This result suggests that swarming motility per se is not essential for biofilm formation on abiotic surfaces.

Quorum sensing (QS) communication systems are thought to afford bacteria with a mechanism to strategically cause disease. One example is Pseudomonas aeruginosa , which infects immunocompromised individuals such as cystic fibrosis patients. The authors have previously documented that blockage of the QS systems not only attenuates Ps. aeruginosa but also renders biofilms highly susceptible to treatment with conventional antibiotics. Filamentous fungi produce a battery of secondary metabolites, some of which are already in clinical use as antimicrobial drugs. Fungi coexist with bacteria but lack active immune systems, so instead rely on chemical defence mechanisms. It was speculated that some of these secondary metabolites could interfere with bacterial QS communication. During a screening of 100 extracts from 50 Penicillium species, 33 were found to produce QS inhibitory (QSI) compounds. In two cases, patulin and penicillic acid were identified as being biologically active QSI compounds. Their effect on QS-controlled gene expression in Ps. aeruginosa was verified by DNA microarray transcriptomics. Similar to previously investigated QSI compounds, patulin was found to enhance biofilm susceptibility to tobramycin treatment. Ps. aeruginosa has developed QS-dependent mechanisms that block development of the oxidative burst in PMN neutrophils. Accordingly, when the bacteria were treated with either patulin or penicillic acid, the neutrophils became activated. In a mouse pulmonary infection model, Ps. aeruginosa was more rapidly cleared from the mice that were treated with patulin compared with the placebo group.

ABSTRACT N ‐acyl‐L‐homoserine lactone (AHL) signal molecules are utilized by Gram‐negative bacteria to monitor their population density (quorum sensing) and to regulate gene expression in a density‐dependent manner. We show that Serratia liquefaciens MG1 and Pseudomonas putida IsoF colonize tomato roots, produce AHL in the rhizosphere and increase systemic resistance of tomato plants against the fungal leaf pathogen, Alternaria alternata . The AHL‐negative mutant S. liquefaciens MG44 was less effective in reducing symptoms and A. alternata growth as compared to the wild type. Salicylic acid (SA) levels were increased in leaves when AHL‐producing bacteria colonized the rhizosphere. No effects were observed when isogenic AHL‐negative mutant derivatives were used in these experiments. Furthermore, macroarray and Northern blot analysis revealed that AHL molecules systemically induce SA‐ and ethylene‐dependent defence genes (i.e. PR1a, 26 kDa acidic and 30 kDa basic chitinase). Together, these data support the view that AHL molecules play a role in the biocontrol activity of rhizobacteria through the induction of systemic resistance to pathogens.