Characterization of the metabolome of P. aeruginosa in biofilms as a lung infection model
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes wurde ein in vitro Modell für die Kultivierung von Biofilmen des Bakteriums P. aeruginosa unter CF-ähnlichen Bedingungen sowie eine Beprobungs- und Analysenmethode für extrazelluläre volatile Metabolite aus diesem Modellsystem entwickelt. Damit eine Beprobung der extrazellulären volatilen Metabolite erfolgen konnte, wurde eine Dünnfilmmikroextraktionstechnik angewendet sowie die suspected target Analyse der mVOCs aus dem in vitro Modell optimiert. Die Auswahl des Sorptionsmaterials erfolgte auf Basis der zu erwartenden Substanzklassen. Ein deutlicher Einfluss auf das Metabolom konnte für das Nährmedium sowie die Atmosphäre während der Kultivierung (aerob bzw. anaerob) nachgewiesen werden. Des Weiteren hat der gewählte mukoide Phänotyp des Bakteriums auf molekularer Ebene einen Einfluss. Basierend auf der Erkenntnis, dass das Nährmedium einen Einfluss auf das Metabolom hat, wurde ein festes Nährmedium entwickelt, welches die Nährstoffbedingungen in der Lunge eines CF- Patienten simuliert. Nach Optimierung der experimentellen Parameter wurde das extrazelluläre volatile Metabolom des Bakterienstämme P. aeruginosa ATCC10145, PAO1 und FRD1 unter CF-ähnlichen Bedingungen im in vitro Biofilmmodell charakterisiert. In dieser Studie konnten Bakterienstamm-selektive Metabolite ermittelt werden. Außerdem wiesen bei einem Vergleich der klinischen Isolate P. aeruginosa PAO1 und FRD1 Signale von 36 Metaboliten signifikante Abweichungen der Intensitäten auf. Bei einem Vergleich der klinischen Isolate mit dem Referenzstamm konnten 28 Metabolite (P. aeruginosa PAO1) bzw. 70 Metabolite (P. aeruginosa FRD1) ermittelt werden, deren Peaks eine signifikante Abweichung (p >95%) in der Intensität aufweisen.
Publications
- Analysis of volatile metabolites from in vitro biofilms of Pseudomonas aeruginosa with thin-film microextraction by thermal desorption gas chromatography mass spectrometry, Anal Bioanal Chem, 2020, 412:2881–2892
Koehler T., Ackermann I., Brecht D., Uteschil F., Wingender J., Telgheder U., Schmitz O. J.
(See online at https://doi.org/10.1007/s00216-020-02529-4)
