Chronic wound management is extremely challenging because of the persistence of biofilm-forming pathogens, such as Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus, which are the prevailing bacterial species that co-infect chronic wounds. Phage therapy has gained an increased interest to treat biofilm-associated infections, namely when combined with antibiotics. Here, we tested the effect of gentamicin as a co-adjuvant of phages in a dual species-biofilm wound model formed on artificial dermis. The biofilm-killing capacity of the tested treatments was significantly increased when phages were combined with gentamicin and applied multiple times as multiple dose (three doses, every 8 h). Our results suggest that gentamycin is an effective adjuvant of phage therapy particularly when applied simultaneously with phages and in three consecutive doses. The multiple and simultaneous dose treatment seems to be essential to avoid bacterial resistance development to each of the antimicrobial agents.

ABSTRACT Background Cystic fibrosis (CF) is an inherited genetic disorder caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene, resulting in the production of sticky and thick mucosal fluids. This leads to an environment that facilitates the colonization of various microorganisms, some of which can cause acute and chronic lung infections, while others may have a positive influence on the disease process. Rothia mucilaginosa , an oral commensal, is relatively abundant in the lungs of CF patients. Recent studies have unveiled the anti-inflammatory properties of R. mucilaginosa using in vitro three-dimensional (3-D) lung epithelial cell cultures and in vivo mouse models relevant to chronic lung diseases. Apart from a potentially beneficial anti-inflammatory role in chronic lung diseases, R. mucilaginosa has been associated with severe infections. This dual nature highlights the bacterium’s complexity and diverse impact on health and disease. However, its metabolic capabilities and genotype-phenotype relationships remain largely unknown. Results To gain insights into the cellular metabolism and genetic content of R. mucilaginosa , we developed the first manually curated genome-scale metabolic model, i RM23NL. Through growth kinetic experiments and high-throughput phenotypic microarray testings, we defined its complete catabolic phenome. Subsequently, we assessed the model’s effectiveness in accurately predicting growth behaviors and utilizing multiple substrates. We used constraint-based modeling techniques to formulate novel hypotheses that could expedite the development of antimicrobial strategies. More specifically, we detected putative essential genes and assessed their effect on metabolism under varying nutritional conditions. These predictions could offer novel potential antimicrobial targets without laborious large-scale screening of knock-outs and mutant transposon libraries. Conclusion Overall, i RM23NL demonstrates a solid capability to predict cellular phenotypes and holds immense potential as a valuable resource for accurate predictions in advancing antimicrobial therapies. Moreover, it can guide metabolic engineering to tailor R. mucilaginosa ’s metabolism for desired performance.

Combining antibiotics with potentiators that increase their activity is a promising strategy to tackle infections caused by antibiotic-resistant and -tolerant bacteria. As these potentiators typically do not interfere with essential processes of bacteria, it has been hypothesized that they are less likely to induce resistance than conventional antibiotics. However, evidence supporting this hypothesis is lacking. In the present study, we investigated whether Burkholderia cenocepacia J2315 biofilms develop resistance towards one such adjuvant, baicalin hydrate (BH), a quorum sensing inhibitor known to increase antibiotic-induced oxidative stress. Biofilms were repeatedly and intermittently treated with tobramycin (TOB) alone or in combination with BH for 24 h. After each cycle of treatment, the remaining cells were quantified using plate counting. After 15 cycles, biofilm cells were less susceptible to treatments with TOB and TOB+BH, compared to the start population, and the potentiating effect of BH towards TOB was lost. Whole genome sequencing was performed to probe which changes were involved in the reduced effect of BH and mutations in 14 protein-coding genes were identified (including mutations in genes involved in central metabolism and in BCAL0296, encoding an ABC transporter), as well as a partial deletion of two larger regions. No changes in the minimal inhibitory or minimal bactericidal concentration of TOB or changes in the number of persister cells were observed in the evolved populations. However, basal intracellular levels of reactive oxygen species (ROS) and ROS levels found after treatment with TOB were markedly decreased in the evolved populations. In addition, in evolved cultures with mutations in BCAL0296, a significantly reduced uptake of TOB was observed. Our results indicate that resistance towards antibiotic-potentiating activity can develop rapidly in B. cenocepacia J2315 biofilms and point to changes in central metabolism, reduced ROS production, and reduced TOB uptake as potential mechanisms.

The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa is a leading cause of airway infection in cystic fibrosis (CF) patients. P. aeruginosa employs several hierarchically arranged and interconnected quorum sensing (QS) regulatory circuits to produce a battery of virulence factors such as elastase, phenazines, and rhamnolipids. The QS transcription factor LasR sits atop this hierarchy, and activates the transcription of dozens of genes, including that encoding the QS regulator RhlR. Paradoxically, inactivating lasR mutations are frequently observed in isolates from CF patients with chronic P. aeruginosa infections. In contrast, mutations in rhlR are rare. We have recently shown that in CF isolates, the QS circuitry is often “rewired” such that RhlR acts in a LasR-independent manner. To begin understanding how QS activity differs in this “rewired” background, we characterized QS activation and RhlR-regulated gene expression in P. aeruginosa E90, a LasR-null, RhlR-active chronic infection isolate. In this isolate, RhlR activates the expression of 53 genes in response to increasing cell density. The genes regulated by RhlR include several that encode virulence factors. Some, but not all, of these genes are present in the QS regulon described in the well-studied laboratory strain PAO1. We also demonstrate that E90 produces virulence factors at similar concentrations to that of PAO1. Unlike PAO1, cytotoxicity by E90 in a three-dimensional lung epithelium cell model is also RhlR-regulated. These data illuminate a “rewired” LasR-independent RhlR regulon in chronic infection isolates and suggest that RhlR may be a target for therapeutic development in chronic infections.

It is increasingly recognized that interspecies interactions may modulate the pathogenicity of

Abstract Cyclic diguanylate (c-di-GMP) is a central biofilm regulator, where increased intracellular levels promote biofilm formation and antibiotic tolerance. Targeting the c-di-GMP network is a promising anti-biofilm approach. Most agents reported previously decreased c-di-GMP to eliminate surface-attached biofilms, which did not recapitulate in vivo biofilms well and may thus impede their clinical impact. Here, the expression profile of genes encoding proteins associated with c-di-GMP metabolism was analysed among 32 Pseudomonas aeruginosa strains grown as suspended aggregates in synthetic sputum or planktonic cells. A diguanylate cyclase, SiaD, proved essential for auto-aggregation under in vivo -like conditions. Virtual screening against SiaD identified echinacoside as an inhibitor, which reduced intracellular c-di-GMP levels and aggregate sizes and potentiated the efficacy of tobramycin against aggregates established by >80% of tested strains. This synergistic effect was also observed for in vivo -like 3-D alveolar cells infected by cytotoxic P. aeruginosa , demonstrating its high potential as an adjunctive therapy for recalcitrant P. aeruginosa infections.