Abstract When eukaryotic cells are killed by pathogenic microorganisms, damage-associated and pathogen-associated signals are generated that alert other cells of nearby danger. Bacteria can detect the death of their kin; however, how bacteria make threat assessments of cellular injury is largely unexplored. Here we show that polyamines released by lysed bacteria serve as damage-associated molecules in Pseudomonas aeruginosa . In response to exogenous polyamines, Gac/Rsm and cyclic-di-GMP signaling is activated and intracellular polyamine levels increase. In the absence of a threat, polyamines are catabolized, and intracellular polyamines return to basal levels, but cells infected by bacteriophage increase and maintain intracellular polyamine levels, which inhibits phage replication. Phage species not inhibited by polyamines did not trigger polyamine accumulation by P. aeruginosa , suggesting polyamine accumulation and metabolism are targets in the phage-host arms-race. Our results suggest that like eukaryotic cells, bacteria can differentiate damage-associated and pathogen-associated signals to make threat assessments of cellular injury. Abstract Figure

Quorum sensing, a bacterial signaling system that coordinates group behaviors as a function of cell density, plays an important role in regulating viral (phage) defense mechanisms in bacteria. The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa is a model system for the study of quorum sensing. P. aeruginosa is also frequently infected by Pf prophages that integrate into the host chromosome. Upon induction, Pf phages suppress host quorum sensing systems; however, the physiological relevance and mechanism of suppression are unknown. Here, we identify the Pf phage protein PfsE as an inhibitor of Pseudomonas Quinolone Signal (PQS) quorum sensing. PfsE binds to the host protein PqsA, which is essential for the biosynthesis of the PQS signaling molecule. Inhibition of PqsA increases the replication efficiency of Pf virions when infecting a new host and when the Pf prophage switches from lysogenic replication to active virion replication. In addition to inhibiting PQS signaling, our prior work demonstrates that PfsE also binds to PilC and inhibits type IV pili extension, protecting P. aeruginosa from infection by type IV pili-dependent phages. Overall, this work suggests that the simultaneous inhibition of PQS signaling and type IV pili by PfsE may be a viral strategy to suppress host defenses to promote Pf replication while at the same time protecting the susceptible host from competing phages.Quorum sensing regulates phage defense in Pseudomonas aeruginosa . The Pf phage protein PfsE inhibits PQS-mediated quorum sensing by binding to the host enzyme PqsA, while also protecting against type IV pili-dependent phage infection. This dual inhibition strategy promotes Pf replication and safeguards the host from competing phages.

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic bacterial pathogen that commonly causes medical hardware, wound, and respiratory infections. Temperate filamentous Pf phages that infect P. aeruginosa impact numerous bacterial virulence phenotypes. Most work on Pf phages has focused on strain Pf4 and its host P. aeruginosa PAO1. Expanding from Pf4 and PAO1, this study explores diverse Pf strains infecting P. aeruginosa clinical isolates. We describe a simple technique targeting the Pf lysogeny maintenance gene, pflM (PA0718), that enables the effective elimination of Pf prophages from diverse P. aeruginosa hosts. This study also assesses the effects different Pf phages have on host quorum sensing, biofilm formation, virulence factor production, and virulence. Collectively, this research not only introduces a valuable tool for Pf prophage elimination from diverse P. aeruginosa isolates, but also advances our understanding of the complex relationship between P. aeruginosa and filamentous Pf phages.

Abstract The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa PAO1 is infected by the filamentous bacteriophage Pf4. Pf4 virions promote biofilm formation, protect bacteria from antibiotics, and modulate animal immune responses in ways that promote infection. Furthermore, strains cured of their Pf4 infection (ΔPf4) are less virulent in animal models of infection. Consistently, we find that strain ΔPf4 is less virulent in a Caenorhabditis elegans nematode infection model. However, our data indicate that PQS quorum sensing is activated and production of the pigment pyocyanin, a potent virulence factor, is enhanced in strain ΔPf4. The reduced virulence of ΔPf4 despite high levels of pyocyanin production may be explained by our finding that C. elegans mutants unable to sense bacterial pigments through the aryl hydrocarbon receptor are more susceptible to ΔPf4 infection compared to wild-type C. elegans . Collectively, our data support a model where suppression of quorum-regulated virulence factors by Pf4 allows P. aeruginosa to evade detection by innate host immune responses. Author Summary Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic bacterial pathogen that infects wounds, lungs, and medical hardware. P. aeruginosa strains are often themselves infected by a filamentous virus (phage) called Pf. At sites of infection, filamentous Pf virions are produced that promote bacterial colonization and virulence. Here, we report that strains of P. aeruginosa cured of their Pf infection are less virulent in a Caenorhabditis elegans nematode infection model. We also report that PQS quorum sensing and production of the virulence factor pyocyanin are enhanced in P. aeruginosa strains cured of their Pf infection. Compared to wild-type C. elegans , nematodes unable to detect bacterial pigments via the aryl hydrocarbon receptor AhR were more susceptible to infection by Pf-free P. aeruginosa strains that over-produce pyocyanin. Collectively, this study supports a model where Pf phage suppress P. aeruginosa PQS quorum sensing and reduce pyocyanin production, allowing P. aeruginosa to evade AhR-mediated immune responses in C. elegans .