Abstract While extracellular DNA (eDNA) is recognized as a critical biofilm matrix component, it is not understood how it contributes to biofilm function. Here we isolate eDNA from Pseudomonas biofilms using ionic liquids, and discover that its key biophysical signatures, i.e. fluid viscoelasticity, nucleic acid conformation, and temperature and pH dependencies of gel to solution transitions, are maintained. Solid-state analysis of isolated eDNA, as a proxy for eDNA structure in biofilms, revealed non-canonical Hoogsteen base pairs, triads or tetrads involving guanine and thymine or uracil. These were less abundant in chromosomal DNA and undetected as eDNA underwent gel-sol transition. Purine-rich RNA was present in the eDNA network, which potentially enables eDNA to be the main cross-linking exopolymer in the matrix through non-canonical nucleobase interactions. Our study suggests that Pseudomonas assemble extracellular DNA and RNA into a network with viscoelastic properties, which underpin their persistence and spreading, and may aid the development of more effective controls for biofilm-associated infections.

Abstract Healing and treatment of chronic wounds are often complicated due to biofilm formation by pathogens. Here, the efficacy of Plasma Activated Water (PAW) as a pre-treatment strategy has been investigated prior to the application of topical antiseptics polyhexamethylene biguanide, povidone iodine, and MediHoney, which are routinely used to treat chronic wounds. The efficacy of this treatment strategy was determined against biofilms of Escherichia coli formed on a plastic substratum and on a human keratinocyte monolayer substratum used as an in vitro biofilm-skin epithelial cell model. PAW pre-treatment greatly increased the killing efficacy of all the three antiseptics to eradicate the E. coli biofilms formed on the plastic and keratinocyte substrates. However, the efficacy of the combined PAW-antiseptic treatment and single treatments using PAW or antiseptic alone was lower for biofilms formed in the in vitro biofilm-skin epithelial cell model compared to the plastic substratum. Scavenging assays demonstrated that reactive species present within the PAW were largely responsible for its anti-biofilm activity. PAW treatment resulted in significant intracellular RONS accumulation within the E. coli biofilms, while also rapidly acting on the microbial membrane leading to outer membrane permeabilisation and depolarisation. Together, these factors contribute to significant cell death, potentiating the antibacterial effect of the assessed antiseptics.

Abstract The critical role of bacterial biofilms in chronic human infections calls for novel anti-biofilm strategies targeting the regulation of biofilm development. However, the regulation of biofilm development is very complex and can include multiple, highly interconnected signal transduction/response pathways, which are incompletely understood. We demonstrated previously that in the opportunistic, human pathogen P. aeruginosa , the PP2C-like protein phosphatase SiaA and the di-guanylate cyclase SiaD control the formation of macroscopic cellular aggregates, a type of suspended biofilms, in response to surfactant stress. In this study, we demonstrate that the SiaABC proteins represent a signal response pathway that functions through a partner switch mechanism to control biofilm formation. We also demonstrate that SiaABCD functionality is dependent on carbon substrate availability for a variety of substrates, and that upon carbon starvation, SiaB mutants show impaired dispersal, in particular with the primary fermentation product ethanol. This suggests that carbon availability is at least one of the key environmental cues integrated by the SiaABCD system. Further, our biochemical, physiological and crystallographic data reveals that the phosphatase SiaA and its kinase counterpart SiaB balance the phosphorylation status of their target protein SiaC at threonine 68 (T68). Crystallographic analysis of the SiaA-PP2C domain shows that SiaA is present as a dimer. Dynamic modelling of SiaA with SiaC suggested that SiaA interacts strongly with phosphorylated SiaC and dissociates rapidly upon dephosphorylation of SiaC. Further, we show that the known phosphatase inhibitor fumonisin inhibits SiaA mediated phosphatase activity in vitro . In conclusion, the present work improves our understanding of how P. aeuruginosa integrates specific environmental conditions, such as carbon availability and surfactant stress, to regulate cellular aggregation and biofilm formation. With the biochemical and structural characterization of SiaA, initial data on the catalytic inhibition of SiaA, and the interaction between SiaA and SiaC, our study identifies promising targets for the development of biofilm-interference drugs to combat infections of this aggressive opportunistic pathogen. Author Summary Pseudomonas aeruginosa is a Gram-negative bacterium that is feared within clinical environments due to its potential to cause life-threatening acute and chronic infections. One cornerstone of its success is the ability to form and disperse from biofilms, which are self-made, multicellular structures that protect the individual cell from the human immune system and antibiotic treatment. As such, therapies that combine a biofilm-interference strategy and the use of antimicrobial drugs represent one of the promising strategies to tackle infections of this organism. With the current study, we gain a deeper understanding of the SiaABCD mediated biofilm formation in response to clinically relevant environmental conditions. Further, our structural and biochemical characterization of the PP2C-type protein-phosphatase SiaA and the partner switch protein SiaC suggest that both represent promising novel targets for the development of future anti-biofilms drugs based on a signal interference strategy.

Bacteria can acquire an accessory genome through the horizontal transfer of genetic elements from non-parental lineages. This leads to rapid genetic evolution allowing traits such as antibiotic resistance and virulence to spread through bacterial communities. The study of complete genomes of bacterial strains helps to understand the genomic traits associated with virulence and antibiotic resistance. We aimed to investigate the complete accessory genome of an ocular isolate of P. aeruginosa. We obtained the complete genome of the ocular isolate strain PA34 of P. aeruginosa utilising genome sequence reads from Illumina and Oxford Nanopore Technology followed by PCR to close any identified gaps. In-depth genomic analysis was performed using various bioinformatics tools. The phenotypic properties of susceptibility to heavy metals and cytotoxicity were determined to confirm expression of certain traits. The complete genome of PA34 includes a chromosome of 6.8 Mbp and two plasmids of 95.4 Kbp (pMKPA34-1) and 26.8 Kbp (pMKPA34-2). PA34 had a large accessory genome of 1,213 genes and had 543 unique genes not present in other strains. These exclusive genes encoded features related to metal and antibiotic resistance, phage integrase and transposons. At least 24 GIs were predicated in the complete chromosome, of which two were integrated into novel sites. Eleven GIs carried virulence factors or replaced pathogenic genes. A bacteriophage carried the aminoglycoside resistance gene (aac(3)-IId). The two plasmids carried other six antibiotic resistance genes. The large accessory genome of this ocular isolate plays a large role in shaping its virulence and antibiotic resistance.

Objectives: This study compared the resistomes of isolates of Pseudomonas aeruginosa clone ST308 from 2018 and 1997 from India. Methods: Two ocular clonal type ST308 isolates of Pseudomonas aeruginosa (198 and 219) isolated in 2018 and five historical isolates (31, 32, 33, 35 and 37) isolated in 1997 at the LV Prasad Eye Institute in India were analysed for their susceptibilities to ciprofloxacin, levofloxacin, gentamicin, tobramycin, piperacillin, imipenem, ceftazidime and polymyxin B. DNA was extracted using the DNeasy® Blood and Tissue. Paired-end library was prepared using Nextera XT DNA library preparation kit. Libraries were sequenced on Illumina® MiSeq bench top sequencer generating 300 bp paired-end reads. Spades v3.12.0 was used for assembly, Resfinder v3.1. for acquired resistance genes and Snippy V2 for variants calling. Integron finder v1.5.1 was used to identify the integrons present in the genomes. Results: The recent isolate 219 was resistant to all tested antibiotics except polymyxin while isolate 198 was resistant to ciprofloxacin, levofloxacin, gentamicin and tobramycin. Among historical isolates five were resistant to gentamicin, tobramycin and ciprofloxacin, four were resistant to levofloxacin while two were resistant to polymyxin. Twenty-four acquired resistance genes were present in the 2018 isolates compared to 11 in the historical isolates. All isolates contained the following genes encoding for aminoglycoside aph(6)-Id, aph(3')-lIb, aph(3')-Ib), beta-lactam (blaPAO), tetracycline (tet(G)), fosfomycin (fosA), chloramphenicol (catB7), sulphonamide (sul1), quaternary ammonium (qacEdelta1) and fluoroquinolone (crpP) resistance. Isolate 198 possessed aph(3')-VI, rmtD2, qnrVC1, blaOXA-488, blaPME-1, while 219 possessed aadA1, rmtB, aac(6')-Ib-cr, blaTEM-1B, blaVIM-2, mph(E), mph(A), msr(E). In the isolate 219 genes blaTEM-1b, blaVIM-2, sul1, qnrvc1, rmtB and aadA1 were carried on class 1 integron. While an incomplete class 1 integron was also found in isolate 198 which was located on the genome where gene rmtB, blaPME-1, qnrVC1 and sul1 genes were positioned. There were no notable differences in the number of single nucleotide polymorphisms, but recent isolates carried more insertions and deletions in their genes. Conclusion: P. aeruginosa ocular clonal isolates have changed over time, with strains acquiring genes and having more insertions and deletions in their chromosomal genes that confirm resistance to antibiotics### Competing Interest Statement

A balanced scalp microbiome is crucial for scalp health, yet the mechanisms governing this balance and the etiology of dysbiosis in scalp disorders remain elusive. We conducted a detailed investigation of the scalp and hair follicles, in healthy individuals and those with dandruff/seborrheic dermatitis (D/SD). It was demonstrated that the microbiome inhabiting hair follicles serves as a reservoir for the scalp microbiome, thereby integrating the scalp, follicle, and the hair into one functional unit. Using in vitro models, we further elucidated mechanisms governing the assembly and interactions of the follicular microbiome under healthy and D/SD conditions. We show that propionic acid, produced by C. acnes, plays a pivotal role in maintaining microbiome balance, with implications for scalp health, which was validated through a clinical study.

Interspecies interactions in bacterial biofilms have important impacts on the composition and function of communities in natural and engineered systems. To investigate these interactions, synthetic communities provide experimentally tractable systems. Colony biofilms are one such system that have been used for understanding the eco-evolutionary and biophysical forces that determine community composition and spatial distribution in biofilms. Prior work has focused on intraspecies interactions, using differently fluorescent tagged but identical or genetically modified strains of the same species. Here, we investigated how physiological differences determine the community composition and spatial distribution in synthetic biofilm communities of Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas protegens and Klebsiella pneumoniae. Visualizing this biofilm 'community morphology' microscopically revealed that the outcomes of interspecies interactions in multispecies biofilms are influenced by type IV pilus mediated motility, extracellular matrix secretion, environmental parameters and the specific species involved. These results indicate that the patterns observable in mixed species colony biofilms can be used to understand the mechanisms that drive interspecies interactions, which are dependent on the interplay between specific species' physiology and environmental conditions.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The opportunistic pathogen, Pseudomonas aeruginosa, is ubiquitous in the environment, and in humans is capable of causing acute and chronic infections. P. aeruginosa, when co-incubated with the bacterivorous amoeba, Acanthamoeba castellanii, for extended periods, produced genetic and phenotypic variants. Sequencing of late-stage amoeba-adapted P. aeruginosa isolates demonstrated single nucleotide polymorphisms within genes that encode known virulence factors, and this correlated with a reduction in expression of virulence traits. Virulence towards the nematode, Caenorhabditis elegans, was attenuated in late-stage amoeba-adapted P. aeruginosa compared to early stage amoeba-adapted and non-adapted counterparts. Late-stage amoeba-adapted P. aeruginosa lost competitive fitness compared to non-adapted counterparts when grown in nutrient rich media. However, non-adapted P. aeruginosa were rapidly cleared by amoeba predation, whereas late-stage amoeba-adapted isolates remained in higher numbers 24 h after ingestion by amoeba. In addition, there was reduced uptake by macrophage of amoeba-adapted isolates and reduced uptake by human neutrophils as well as increased survival in the presence of neutrophils. Our findings indicate that the selection imposed by amoeba on P. aeruginosa resulted in reduced virulence over time. Importantly, the genetic and phenotypic traits possessed by late-stage amoeba-adapted P. aeruginosa are similar to what is observed for isolates obtained from chronic cystic fibrosis infections. This notable overlap in adaptation to different host types suggests similar selection pressures among host cell types.

Biofilms are extremely tolerant toward antimicrobial treatment and host immune clearance due to their distinct physiology and protection by extracellular polymeric substances. Bis-(3'-5')-cyclic dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP) is an essential messenger that regulates biofilm formation by a wide range of bacteria. However, there is a lack of physiological characterization of biofilms in vivo as well as the roles of c-di-GMP signaling in mediating host-biofilm interactions. Here, we employed dual RNA-Seq to characterize the host and pathogen transcriptomes during Pseudomonas aeruginosa infection using a mouse keratitis model. In vivo P. aeruginosa biofilms maintained a distinct physiology compared with in vitro P. aeruginosa biofilms, with enhanced virulence and iron uptake capacity. C-di-GMP synthesis was enhanced in P. aeruginosa cells in vivo, potentially due to down-regulation of the expression of several phosphodiesterases (e.g., DipA, NbdA). Increased intracellular c-di-GMP levels were required for long-term ocular colonization of P. aeruginosa and impaired host innate immunity.