Effects of radiation on the molecular dynamics of Pseudomonas aeruginosa

Abstract

Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic pathogen known to cause a variety of nosocomial infections, is a rod-shaped gram-negative bacterium known for its metabolic versatility and ability to thrive in extreme conditions. This ability is due to an array of systems and molecular tools that allow it to respond to different kinds of stress by active modulation of antibiotic resistance, metabolic and secretory related systems among others. As such, P. aeruginosa can be considered an example of cellular molecular dynamism. In this study, the effect of radiation in the form of visible light on the molecular dynamics of this organism will be studied by means of a quantitative proteomics approach using twodimension electrophoresis. For this effect two conditions were established namely Light, where cells were grown in a constant presence/intensity of visible light, and Dark, where cells were grown in total absence of light. Posteriorly, cytosolic protein extracts were obtained, subjected to twodimension electrophoresis and intensity of separated proteins compared using appropriate software. With the objective of identifying proteins with significant differences in expression between the two conditions, comparison of spot spatial distribution and local/global patterns of obtained gels with a collection of published two-dimension gels of organisms from the Pseudomonas genus was carried out to obtain a proteome reference map with identity attributed to several spots at an acceptable degree of confidence. A total of 56 unique spots were identified using this methodology. Immediately at the cell harvesting stage some differences were observed, mainly more accentuated pigmentation observed in the Light condition. Regarding the proteomic analysis, a total of 31 spots, with 9 having been identified base on the proteome reference map built, were shown to have statistically significant expression changes. Furthermore, 7 of the 9 spots have been reported to be directly or indirectly involved in response to oxidative stress, which light exposition has been known to cause in some bacteria (e.g. Staphylococcus aureus, Escherichia coli, P. aeruginosa). However, the role of light in the difference of pigmentation observed is still unknown and requires further investigation. In the future, additional molecular biology approaches complemented with phenotypic studies may lead to further insight into the role of light as a regulator/stimulus in P. aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa, um agente patogénico oportunista conhecido por causar uma variedade de infeções nosocomiais, é uma bactéria gram-negativa metabolicamente versátil com a habilidade de prosperar em condições extremas. Esta habilidade é devida a uma matriz de sistemas e ferramentas moleculares que permitem resposta a vários tipos de stress por modulação ativa de sistemas relacionados com resistência a antibióticos, metabolismo e secreção e outros. P. aeruginosa pode então ser considerada um exemplo de dinamismo molecular a nível celular. Neste trabalho, o efeito de radiação sob a forma de luz visível na dinâmica molecular deste organismo será estudado recorrendo a uma abordagem de proteómica quantitativa usando eletroforese bidimensional. Para este efeito duas condições foram estabelecidas nomeadamente Luz, onde as células foram crescidas em presença/intensidade de luz constante, e Escuro, onde as células foram crescidas em ausência total de luz. Posteriormente extratos proteicos citosólicos foram obtidos, sujeitos a eletroforese bidimensional e a intensidade das proteínas separadas comparada entre as duas condições usando software apropriado. Com o objetivo de identificar diferenças significativas e expressão proteica entre as duas condições foi comparada a distribuição espacial de spots e padrões locais/globais dos géis obtidos contra uma coleção de géis de eletroforese bidimensional publicados de organismos do gênero Pseudomonas de forma a obter um mapa de referência do proteoma com identidade atribuída a várias spots com um grau de confiança aceitável. Um total de 56 spots únicas foram identificadas usando esta metodologia. Já na fase de colheita celular diferenças foram observadas, principalmente pigmentação mais acentuada na condição Luz. Na analise de proteómica, um total de 31 spots mostram ter mudanças de expressão estatisticamente significativas, sendo que destas 9 foram identificadas com base no mapa de referencia do proteoma construído. Além disso, 7 das 9 spots foram reportadas como estando envolvidas direta ou indiretamente em resposta a stress oxidativo, o qual é sabido ser induzido por exposição a luz em algumas bactérias (e.g. Staphylococcus aureus, Escherichia coli, P. aeruginosa). No entanto, o papel da luz na diferença de pigmentação observada é ainda desconhecido e requer investigação mais aprofundada. No futuro, abordagens adicionais de biologia molecular complementadas com estudos fenotípicos poderão resultar em maior conhecimento sobre o papel da luz como um regulador/estímulo em P. aeruginosa.