A presença de bactérias patogênicas com capacidade de formar biofilme nos dispositivos de uso médico constitui um dos principais problemas na saúde pública. O biofilme confere proteção contra os mecanismos de defesa do hospedeiro e ação dos antimicrobianos, aumentando a virulência e resistência dos micro-organismos. A erradicação deste tipo de biofilmes é uma das principais estratégias no tratamento de doenças infecciosas associadas a bactérias patogênicas. A erradicação pode ser feita com o uso de biomoléculas produto do metabolismo secundário de diferentes micro-organismos. O objetivo deste estudo foi procurar novas moléculas com o potencial de erradicar biofilmes patogênicos associados a implantes médicos a partir de bactérias associadas ao género Drosera usando como bactérias alvo os patógenos Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus epidermidis. Para isto, foram crescidos 193 isolados bacterianos associados à planta Drosera que cresce na região litoral de Nova Tramandaí (RS) no sul do Brasil. Do total de isolados bacterianos foram usados os 36 que apresentaram atividade proteolítica para a produção de sobrenadantes bioativos. Os sobrenadantes bioativos foram usados para testes de erradicação de biofilme usando placas de 96 poços e a técnica de Cristal Violeta nas duas bactérias alvo. Nove isolados bacterianos associados à Drosera apresentaram atividade de erradicação de biofilme por acima de 40%, três deles para P. aeruginosa e seis para S. epidermidis. Destes isolados foi escolhido o isolado com melhor atividade de erradicação para P. aeruginosa e foram realizados testes para determinação da concentração mínima de erradicação de biofilme, antiformação de biofilme, viabilidade celular e microscopia eletrônica de varredura junto com a identificação da bactéria por médio de genes 16S, bem como o fracionamento bioguiado do sobrenadante. Adicionalmente, o sobrenadante bioativo foi testado in vitro em um modelo de dispositivo médico (cateter). A bactéria Gram-positiva que apresentou maior atividade de erradicação em seu sobrenadante possui 99% de similaridade com o Bacillus pumilus. Esta atividade de erradicação de biofilme de P. aeruginosa, pode ser atribuída à presença de uma molécula o composto de aproximadamente 34 kDa. Esta biomolécula o composto pode constituir uma alternativa complementária ao uso dos antibióticos convencionais. A perspectiva de purificar e caracterizar esta biomolécula ou composto para P. aeruginosa permitirá estudar seu mecanismo de ação e o uso no tratamento deste biofilme patogénico na clínica. / The presence of pathogenic bacteria with the ability to form biofilm on medical devices is one of the major problems in public health. The biofilm protects against the host defense mechanisms and the action of antibiotics, increasing the virulence and resistance of microorganisms. The elimination of this type of biofilms is a main strategy in the treatment of infectious diseases associated with pathogenic bacteria. This elimination can be done by using biomolecules from the secondary metabolism product of different micro-organisms. The objective of this study was to look for new molecules with the potential to eradicate pathogenic biofilms associated with medical implants from bacteria associated with gender Drosera using bacteria as targets Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus epidermidis pathogens. For this, were grown 193 bacterial isolates associated with Drosera plant that grows in the coastal region of New Tramandaí (RS) in southern Brazil. Of total bacterial isolates were used which had 36 proteolytic activity for the production of bioactive supernatants. The bioactive supernatants were used for biofilm eradication tests using 96- well plates and Crystal Violet technique in both target bacteria. Then the supernatant with the best eradication activity to P. aeruginosa was chosen to determine the minimum concentration to eradicate biofilm, biofilm inhibition, cell viability and scanning electron microscopy together with the identification of the bacteria by means of 16S and bioguided the fractionation of the supernatant. Additionally, the bioactive supernatant was tested in an in vitro model using the clinical device. Nine bacterial isolates associated with Drosera showed biofilm eradication activity by over 40%, three for P. aeruginosa and six for S. epidermidis. The Gram-positive bacterium with 99% similarity to the Bacillus pumilus showed the best biofilm eradication activity to P. aeruginosa capacity allocated to the presence of a molecule composed of approximately 34 kDa. These biomolecules can be an alternative to complement the use of conventional antibiotics or the direct use of antibiotic activity is presented as the case of bioactive found for P. aeruginosa supernatant. The prospect of purify and characterize this biomolecule or compound to P. aeruginosa will allow us to study this mechanism of action and the use in the treatment of this pathogenic biofilm in the clinic.

Small RNAs are important regulators for a variety of biological processes, including leaf development, flowering-time, embryogenesis and defense responses. Most ancient miRNAs are conserved among different plant species and well characterized, while young MIRNA genes are considered to be non-conserved, highly species-specific and less well-studied. miR163 is a non-conserved miRNA and its locus has evolved recently by inverted duplication events of its target gene. Previously, we have shown that miR163 acts as a negative regulator of defense response. However, it remains unclear how miR163 and its targets are being regulated in response to pathogen attacks. Here, we further elucidated the molecular controls and the involvement of miR163 and its targets in plant defense response. Elevated level of miR163 was observed by Pst treatment in Arabidopsis thaliana, and this upregulation was found to be important in controlling the accumulation of its targets (PXMT1 and FAMT), to which they were also inducible by Pst treatment. Transcript and protein level analyses in transgenic plants overexpressing miR163-resistant form of PXMT1 or FAMT provided evidence for miR163 in fine-tuning its targets, suggesting that the stress-inducible miR163 and its targets act in concert in affecting defense genes expression. Epigenetically, histone deacetylation was found to involve in the repression of miR163 targets before and after Pst infection. Our findings revealed additional mechanistic insights to the controls and the evolutionary significance of young miRNA in mediating plant defense pathways against biotic stresses.

Pathogenic host-microbe interactions can result from continuous evolution of a host's ability to resist infection and a pathogen's ability to survive and replicate. Pseudomonas aeruginosa is a versatile and opportunistic pathogen, ubiquitous in soil, and capable of damaging plants, vertebrates, and invertebrates. Previous studies in nematodes suggest that the pathogenic effects of P. aeruginosa can result from multiple distinct pathways: a toxin-based effect that kills within a few hours and a generalized virulence that kills over the course of multiple days. Using experimental evolution in the highly polymorphic nematode Caenorhabditis remanei, I show that nematode resistance to the two modes of pathogenesis in P. aeruginosa evolves through genetically independent pathways. These results demonstrate that multiple virulence factors in a pathogen can result in multiple responses in the host, and the genetic lines established here create resources for further exploration of the genetic basis for resistance to P. aeruginosa.

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / laboratório e dessa forma caracterizar a evolução filogenética do clone de P. aeruginosa produtor da MβL SPM-1; comparar o poder discriminatório e a reprodutibilidade desta técnica com as técnicas de PFGE e ribotipagem automatizada para tipagem molecular de P. aeruginosa e avaliar a capacidade do MLST de discriminar amostras que foram classificadas sob ribogrupos distintos, mas com padrões de PFGE idênticos. Métodos: Um total de 50 amostras de P. aeruginosa produtoras de SPM-1 foram coletadas de nove centros brasileiros. Três amostras de P. aeruginosa produtoras de IMP-1 e duas amostras de P. aeruginosa n„o produtoras de MβL foram incluídas no estudo. A técnica de MLST foi padronizada conforme descrito por Curran et al. As seq¸Íncias obtidas foram comparadas com as existentes no banco de dados mundial de MLST para P. aeruginosa (www.pubmlst.org/paeruginosa) para que dessa forma fosse determinado o perfil alélico e, subsequentemente, o tipo de sequência (ST). Para a análise filogenética foi utilizado o método de Jukes-Cantor e Neighbor-Joining. Um total de cinco STs foram identificadas entre as 55 amostras de P. aeruginosa estudadas. Todos os isolados de P. aeruginosa produtores de SPM-1 apresentaram perfil alélico idêntico e, dessa forma, receberam a mesma ST (ST277), com exceção de uma amostra proveniente de Belo Horizonte, a qual recebeu a ST235. As três amostras de P. aeruginosa produtoras de IMP-1 foram classificadas sob a mesma ST (ST593), enquanto que as amostras não produtoras de MβL apresentaram perfis alélico ainda não existentes no banco de dados, e assim, duas novas STs foram criadas para estas amostras (ST594 e ST595). O clone endêmico brasileiro de P. aeruginosa produtor de SPM-1 (ST277) mostrou perfil alélico idêntico ao de uma cepa isolada na Áustria (ID 275), em setembro de 2006. Variação em um ˙nico lócus da ST277 foi encontrada em uma amostra proveniente da Áustria (ID279), isolada em janeiro 2007. Similaridade entre cinco dos sete alelos foi encontrada entre as amostras deste estudo pertencentes a ST277 e uma amostra isolada no Canadá· (ID 148), em 1990. Conclusão: Nossos dados sugerem que as amostras de P. aeruginosa produtoras de SPM-1 descendem de um ancestral comum e que podem possuir relação ancestral com os isolados da Áustria e mais remotamente com a amostra do Canadá. / FAPESP: 2005/57496-1 / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Made available in DSpace on 2016-02-26T13:34:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 melise_silveira_ioc_mest_2014.pdf: 2936486 bytes, checksum: f73183e180b237b1d6dc63c0c0afa155 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / O surgimento de bactérias Gram-negativas resistentes à drogas tem sido progressivo e alarmante. Entre os patógenos de particular importância está Pseudomonas aeruginosa multirresistentes à drogas (MDR). Um clone epidêmico de P. aeruginosa MDR produtor da metalo-\03B2-lactamase SPM-1, chamado clone SP (ST277), tem sido encontrado em diferentes estados brasileiros. O gene blaSPM-1 foi descrito em uma estrutura genética chamada ISCR4, responsável pela sua mobilização e expressão. Além do gene blaSPM-1, tem sido descrito, neste clone, a presença de um integron de classe I carreando genes de resistência (In163) e um elemento genético ISCR14 carreando uma metilase de RNAr 16S (rmtD), que confere resistência a altas concentrações de aminoglicosídeos. Este tipo de associação resulta em um perfil de resistência extremamente preocupante. Assim, este estudo teve como objetivo investigar a contexto genético dos genes blaSPM-1 e rmtD, além de caracterizar mutações em genes cromossomais associados a multirresistência a antimicrobianos em amostras de P. aeruginosa pertencentes ao clone ST277, através de Sourthen blot e sequenciamento de nova geração. A partir de 50 amostras de P. aeruginosa MDR isoladas entre 2007 e 2010, foram selecionadas 13 amostras pertencentes ao ST277 (através de MLST) que apresentaram positividade para blaSPM-1 e/ou rmtD e In163 (através de PCR), sendo 12 do clone SP (A) e uma de um clone diferente, M, através de PFGE. Através de restrição do DNA com as enzimas de restrição SpeI e XbaI, e posterior hibridação com sondas dos genes alvos (blaSPM-1, rmtD e In163) foi possível observar que os genes alvos encontravam-se em fragmentos distintos e que a amostra do clone M apresentou um perfil de hibridação diferentes das demais amostras demonstrando a ocorrência de vários rearranjos na mesma, indicando uma maior distância evolutiva A partir destes resultados, selecionamos 6 amostras para sequenciamento total do genoma utilizando a plataforma de sequenciamento MiSeq da Illumina. Através de sucessivas análises - que incluíram os contigs gerados na montagem de novo, montagens por referência e alinhamentos par a par- chegamos a uma região de 239.648pb onde estavam contidos o In163 e o ISCR14 carreando rmtD, inseridos em uma ilha genômica incorporada ao cromossomo bacteriano. O gene blaSPM-1 inserido no ISCR4 foi encontrado em uma região de 13.959pb, que incluía genes relacionados a plasmídios e transposons, contudo ainda não sabemos se esse elemento está incorporado ao cromossomo, ou livre em forma de plasmídio. Através da análise das mutações em genes cromossômicos associados a resistência à antimicrobianos, encontramos mutações nos genes oprD, ampD, mexZ, mexS, mexT, gyrA e parC que foram comuns às 6 amostras sequenciadas do ST277. Isso explicaria o fenótipo MDR nas amostras negativas para rmtD e/ou blaSPM-1. Além disso, como estas amostras foram isoladas em estados e anos distintos, acreditamos que essas mutações sejam características do ST277, o que pode ser um dos fatores associados a distribuição epidêmica deste clone no Brasil / The development of antimicrobial resistance among Gram - negative pathogens has been progressive and relentless. A pathogen of particular concern is multidrug - resistant (MDR) Pseudomonas aeruginosa . An epidemic clone of MDR P. aeruginosa producing the metall o - β - lactamase SPM - 1, named SP clone (ST277), has been found in different Brazilian states. The bla SPM - 1 gene has been described in a genetic structure called ISCR4, responsible for its mobilization and expression. Besides the bla SPM - 1 gene, it has been des cribed in this clone, a classe I integron (In163) carrying resistance genes and the genetic element ISCR14 carrying a 16S rRNA metilase ( rmtD ), that confers resistance to high concentrations of aminoglycosides. This kind of association results in an extrem ely worrisome profile of resistance. Thus, this work aimed to investigate the genetic background of bla SPM - 1 and rmtD genes and to characterize mutations in chromosomal genes associated with multidrug resistance in P. aeruginosa isolates belonging to ST277 clone, using Sourthen blot and next - generation sequencing. From 50 MDR P. aeruginosa isolates recovered from 2007 to 2010,there were selected 13 bla SPM - 1 and /or rmtD - positive isolates (by PCR) belonging to ST277 (by MLST), 12 f rom SP (A) clone and one from a different PFGE clone (M). By DNA digestion with Spe I and Xba I restriction enzymes, and subsequent hybridization with probes for target genes ( bla SPM - 1 , rmtD and In163 ), it was observed that the target genes were in separate fragments, and that the M clone isolate showed a different profile compared with the other isolates, indicating various rearrangements, suggesting a greater evolutionary distance. With these results, 6 isolates were selected for whole genome sequencing by Illumina MiSeq platform. Through successive analyzes – which included de novo assembly contigs, map to reference assemblies and pairwise alignments - we came up to a 239648pb region containing the In163 and ISCR14 inserted into a genomic island incorporated into bacterial chromosome. The bla SPM - 1 gene was inserted into ISCR4, found in a 13950pb region, which included genes related to plasmids and transposons, however we do not know whether this element s chromosomal or plasmidial . Through analysis of chromoso mal genes mutations associated with multidrug resistance, we found mutations in oprD, ampD, mexZ, mexS, mexT, gyrA e parC genes, which were common to the 6 ST277 isolates sequenced. This would explain the MDR phenotype in bla SPM - 1 and/or rmtD negative isol ates. Furthermore, since these microorganisms were isolated in different years and states, we believe these mutations are ST277 characteristic, which may be one of the factors associated with the epidemic characteristics of this clone

CARVALHO, A. C. L. M.; Bioreduction of prochiral aromatic ketones using Pseudomonas sp. Nopalea cochenellifera isolated (L.) Salm Dyck. 2012. 118 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2014-10-15T19:34:40Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_aclmcarvalho 2012.pdf: 4626285 bytes, checksum: c2be4c1d49e2de0cd4ba70bd10a2158c (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2014-11-03T19:50:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_aclmcarvalho 2012.pdf: 4626285 bytes, checksum: c2be4c1d49e2de0cd4ba70bd10a2158c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-03T19:50:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_aclmcarvalho 2012.pdf: 4626285 bytes, checksum: c2be4c1d49e2de0cd4ba70bd10a2158c (MD5) Previous issue date: 2012 / Herein we describe the study biocatalytic potential of the whole cell of microorganisms isolated from a plant belonging to Cactacea family, Nopalea cochenillifera (L.) Salm- Dyck, popularly known as “palma doce” or “palma forrageira”. The microorganisms were isolated by induction technique using as acetophenone susbtrate. Among the microorganisms strains (I-1, I-2, I-3, I-4) only I-2, (Pseudomonas sp), was effective as biocatalyst in reducing the acetophenone. The best conditions for carrying out the bioreduction of acetophenone were as follows: 1g of resting cells of Pseudomonas sp, resuspended in buffer solution pH 7, at 28 ° C and rotation of 175 r.p.m for 4 days, obtaining the (S)-1-phenylethanol with conversion of 77% e.e. and 89%. The bioreduction study, using the Pseudomonas sp strain, was extended to the following derivatives of acetophenone, 4-methoxy-acetophenone (2a), 4-methyl acetophenone (3a), 4-nitro-acetophenone (4a), 4 -bromo-acetophenone (5a), 4-chloro-acetophenone (6a), 4-fluoro-acetophenone (7a), 3-methoxy-acetophenone (8a), 3-methyl acetophenone (9a), 3-nitro-acetophenone (10a) 2-methoxy-acetophenone (11a), 2-methyl acetophenone (12a), 2-nitro-acetophenone (13a), 2-bromo-acetophenone (14a), 2-chloro-acetophenone (15a), 2 - fluoro-acetophenone (16a). It is not worthy that all the alcohols were obtained with Prelog selectivity (S configuration). In general, the best results were obtained for the derivatives of acetophenone with substituent methoxyl, methyl, nitro and bromine in position - ortho (e.e. of 94 to > 99% conversion and 23-80%). With respect to the chlorine and fluorine substituents, the best results of selectivity and enzymatic activity were obtained for the – para substituted derivatives (e.e. 93% and 73% conversion, 83% e.e. and conversion of 51%, respectively). / Neste trabalho descrevemos o estudo do potencial biocatalítico de células íntegras de micro-organismos isolados de um vegetal da família das Cactaceas, Nopalea cochenillifera (L.) Salm-Dyck, popularmente conhecido como “palma doce” ou “palma forrageira”. Os micro-organismos foram isolados pela técnica de indução utilizando o substrato acetofenona. Dos quatro micro-organismo isolados (I-1, I-2, I-3, I-4) apenas o I-2, identificado como Pseudomonas sp, foi eficiente como biocatalisador na redução do substrato padrão acetofenona. As melhores condições para a realização da biorredução da acetofenona foram as seguintes: 1g de células em repouso de Pseudomonas sp, ressuspendidas em solução tampão de pH 7, temperatura de 28 °C e rotação de 175 r.p.m por 4 dias, com obtenção do (S)-1-feniletanol com conversão de 77% e e.e. de 89%. O estudo da biorredução, utilizando a cepa isolada de Pseudomonas sp, foi estendido para os seguintes derivados da acetofenona: 4-metóxi-acetofenona (2a), 4-metil-acetofenona (3a), 4-nitro-acetofenona (4a), 4-bromo-acetofenona (5a), 4-cloro-acetofenona (6a), 4-fluoro-acetofenona (7a), 3-metóxi-acetofenona (8a), 3-metil-acetofenona (9a), 3-nitro-acetofenona (10a), 2-metóxi-acetofenona (11a), 2-metil-acetofenona (12a), 2-nitro-acetofenona (13a), 2-bromo-acetofenona (14a), 2-cloro-acetofenona (15a), 2-fluoro-acetofenona (16a). Cabe ressaltar que todos os álcoois foram obtidos com seletividade Prelog (configuração S). Em geral, os melhores resultados foram obtidos para os derivados da acetofenona com substituintes metoxila, metila, nitro e bromo na posição – orto (e.e. de 94 a > 99% e conversão de 23 a 80%). Com relação aos substituintes cloro e flúor, os melhores resultados de seletividade e atividade enzimática foram obtidos para os derivados –para substituídos (e.e. 93% e conversão 73%; e.e. 83% e conversão de 51%, respectivamente).

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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-11-07T11:20:59Z No. of bitstreams: 1 2017_ElaineMariaGuaráLôbo.pdf: 3413466 bytes, checksum: 9abee0f883e0274e43b7f665a94c66b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva (patricia@bce.unb.br) on 2018-05-08T18:54:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ElaineMariaGuaráLôbo.pdf: 3413466 bytes, checksum: 9abee0f883e0274e43b7f665a94c66b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-08T18:54:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ElaineMariaGuaráLôbo.pdf: 3413466 bytes, checksum: 9abee0f883e0274e43b7f665a94c66b0 (MD5) Previous issue date: 2018-05-09 / As doenças periodontais (DPs) apresentam-se como as doenças infecciosas mais comuns da cavidade oral, associadas ao biofilme dento-bacteriano, podendo resultar na destruição dos tecidos de suporte dos dentes e perda dentária. A clorexidina, por sua vez, é o principal agente utilizado para o controle deste biofilme, por ser um antisséptico catiônico de amplo espectro. Entretanto, apresenta efeitos adversos como ardência bucal, manchamento de dentes, aumento do cálculo e perda do paladar em pacientes que fazem seu uso por períodos prolongados. Neste sentido, os peptídeos antimicrobianos (PAMs) têm sido propostos como uma abordagem alternativa ao tratamento de infecções e controle do biofilme dental, com o intuito de evitar a resistência microbiana e consequentemente, os efeitos colaterais do uso da clorexidina. Desta forma, o presente estudo teve por finalidade avaliar in vitro a capacidade antimicrobiana, citotóxica e imunomodulatória do peptídeo synoeca-MP e da clorexidina isolados e em sinergismo contra a bactéria Pseudomonas aeruginosa, além de avaliar a inibição da formação de biofilme e bactérias planctônicas de P. aeruginosa, em diferentes concentrações do peptídeo synoeca-MP e da clorexidina. De acordo com os resultados, infere-se uma comprovada ação antimicrobiana, imunomodulatória e antibiofilme do peptídeo synoeca-MP, assim como também quando combinado com o digluconato de clorexidina. Dessa forma, depreende-se que a atuação sinérgica entre clorexidina e synoeca-MP foi benéfica nos ensaios antimicrobianos in vitro envolvendo a bactéria oportunista P. aeruginosa. Neste contexto, espera-se que os agentes, em conjunto, possam ser capazes de controlar a infecção e sua disseminação, além de potencializar a resposta imune de macrófagos contra o microrganismo estudado. Em adição, a redução da concentração de clorexidina pela adição da synoeca-MP pode minimizar efeitos indesejáveis de ambos em ambiente clínico. / The periodontal diseases (PDs) are the most common oral cavity’s infectious diseases. When associated with the dento-bacterial biofilm, may result in tooth support tissues’ destruction and even, tooth loss. The chlorhexidine, in turn, is the main agent used to control this biofilm, as it is a wide-spectrum cationic antiseptic. However, it has adverse effects such as oral burning, teeth staining, increased calculus and loss of taste in patients who use it for prolonged periods. In this sense, the antimicrobial peptides (AMPs) have been proposed as an alternative approach to the infections’ treatment and control of dental biofilm, in order to avoid microbial resistance and consequently, the side effects of the use of chlorhexidine. Thus, the aim of the present study was to evaluate in vitro the antimicrobial and immunomodulatory capacity and cytotoxicity of synoeca-MP peptide and chlorhexidine isolated and both in synergism against Pseudomonas aeruginosa bacterium, besides evaluating the inhibition of the biofilm formation and planktonic bacteria of P. aeruginosa, in different concentrations of the synoeca-MP peptide and chlorhexidine. According to the results, a proven antimicrobial, immunomodulatory and anti-biofilm action of the synoeca-MP peptide is inferred, as well as, when combined with chlorhexidine digluconate. Therefore, it is concluded that the synergistic action between synoeca-MP and chlorhexidine was beneficial in the in vitro antimicrobial assays involving the opportunistic P. aeruginosa bacterium. In this context, it is expected that the agents, together, could be able to control the infection and its dissemination, besides potentiating the immune response of macrophages against the studied microorganism. In addition, reducing the concentration of chlorhexidine by the addition of synoeca-MP peptide may minimize the undesirable effects of both in a clinical setting.

Synonymous mutations have traditionally been thought to have no significant effect on fitness. However, a growing body of recent research has shown that this is not always the case. In an experimentally evolved population of Pseudomonas fluorescens grown in minimal glucose media, synonymous mutations arose in a glucose transport gene that resulted in beneficial fitness effects comparable to those of non-synonymous mutations. We found that the increase in fitness was a direct result of increased gene expression; however, the precise mechanism was unclear. Synonymous mutations have been shown to affect gene expression on transcriptional and translational levels through changes in mRNA secondary structure and codon usage. Our study investigates the underlying mechanisms in which these evolved synonymous mutations lead to increased gene expression. In addition to the evolved mutations, we have a library of 42 strains with single synonymous mutations within the glucose transport gene and found a positive correlation between fitness and gene expression. To determine whether these mutations affect transcript levels, translational efficiency or a combination of both, we systematically incorporated transcriptional and translational fusions of a yellow fluorescent protein within the glucose transport operon. We found that the evolved mutations predominantly act on the level of transcription and have strong polar downstream effects. Additionally, through manipulation of the local genetic sequence, we investigated the specific molecular requirements necessary for the increased expression. We found that for one of our evolved synonymous mutants, mRNA secondary structure does not play an essential role, but we speculate that the mutation may strengthen a weak internal promoter sequence to confer its increased expression. Our study provides evidence of the adaptive mechanisms of beneficial synonymous mutations in an experimentally evolved setting.

abstract: The viscous lung mucus of cystic fibrosis (CF) patients is characterized by oxygen gradients, which creates a unique niche for bacterial growth. Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus, two predominant microorganisms chronically infecting the airways of CF patients, typically localize in hypoxic regions of the mucus. While interspecies interactions between P. aeruginosa and S. aureus have been reported, little is known about the role of low oxygen in regulating these interactions. Studying interspecies interactions in CF lung disease is important as evidence suggests that microbial community composition governs disease progression. In this study, P. aeruginosa lab strain PAO1 and two primary clinical isolates from hypoxic tissues were cultured alone, or in combination, with methicillin resistant S. aureus (MRSA) strain N315 under hypoxic or normoxic conditions. Herein, it is shown for the first time that low oxygen conditions relevant to the CF lung affect the competitive behavior between P. aeruginosa and S. aureus. Specifically, S. aureus was able to better survive competition in hypoxic versus normoxic conditions. Competition data from different oxygen concentrations were consistent using PAO1 and clinical isolates even though differences in the level of competition were observed. PAO1 strains carrying mutations in virulence factors known to contribute to S. aureus competition (pyocyanin/phzS, elastase/lasA and lasI quorum sensing/lasI) were used to determine which genes play a role in the differential growth inhibition. The lasA and lasI mutants competed less effectively with S. aureus regardless of the oxygen level present in the culture compared to the isogenic wild type strain. These results are consistent with previous findings that elastase and lasI quorum sensing play a role in competitive behavior of P. aeruginosa and S. aureus. Interestingly, the phzS mutant competed less effectively in hypoxic conditions suggesting that pyocyanin may be important in microaerophilic conditions. This study demonstrates that oxygen plays a role in competition between P. aeruginosa and S. aureus and contributes to understanding CF environmental factors that may regulate microbial community dynamics important for disease progression with potential for development of therapeutic avenues. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Biology 2014