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Kinetic Analysis of S.aureus Biofilm Regulation by Using Combined Imaging and Genome-Wide Approaches

English title Kinetic Analysis of S.aureus Biofilm Regulation by Using Combined Imaging and Genome-Wide Approaches
Applicant Schrenzel Jacques
Number 152873
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Laboratoire de Recherche Génomique Service des Maladies Infectieuses Hôpital Cantonal - HUG
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.05.2014 - 30.09.2017
Approved amount 255'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Experimental Microbiology
Medical Microbiology

Keywords (5)

Staphylococcus aureus; extracellular DNA; biofilms; GdpS; fluorescence microscopy

Lay Summary (French)

Lead
Le staphylocoque doré est une bactérie capable de se développer aussi bien sur des surfaces inertes que sur la peau, dans le sang, sur les cellules épithéliales ou dans les os. Il est aussi capable sous certaines conditions de former du biofilm. Nous avons pu identifier le rôle de certains gènes impliqués dans la formation du biofilm comme cshA, codY ou gdpS. L’étude de ce dernier gène nous a révélé un nouvel aspect de plus en plus étudié qui est le rôle de l’ADN extracellulaire dans la formation du biofilm du staphylocoque doré. Nous avons choisi d’une part d’approfondir nos connaissances sur les voies de régulation de la protéine gdpS en identifiant ses partenaires protéiques et d’autre part d’étudier l’accumulation d’eDNA pour comprendre son rôle dans les biofilms précoces. Nous utiliserons des ADN de différentes provenances, tailles, concentrations et nous ferons nos observations en microscopie à fluorescence (et/ou confocale).
Lay summary

Le staphylocoque doré est une bactérie capable de se développer aussi bien sur des surfaces inertes que sur la peau, dans le sang, sur les cellules épithéliales ou dans les os. Il est aussi capable sous certaines conditions de former du biofilm qui est à l’origine de 65% des infections nosocomiales aux Etats Unis. Lors de nos précédents travaux de recherche, nous avons pu identifier le rôle de certains gènes impliqués dans la formation du biofilm comme cshA, codY ou gdpS. L’étude de ce dernier gène nous a révélé un nouvel aspect de plus en plus étudié qui est le rôle de l’ADN extracellulaire dans la formation du biofilm du staphylocoque doré. L’utilisation de DNase pour traiter les patients atteints de mucoviscidose ou bien la production de ‘filets’ d’ADN par les neutrophiles rend l’étude de cet ADN extracellulaire fort intéressante au niveau clinique. C’est pourquoi nous avons choisi d’une part d’approfondir nos connaissances sur les voies de régulation de la protéine gdpS en identifiant ses partenaires protéiques et d’autre part d’étudier l’accumulation d’eDNA dans les biofilms précoces de Staphylococcus aureus pour identifier et décrire son rôle structural et fonctionnel. Pour cette deuxième partie nous utiliserons des ADN de différentes provenances, tailles, concentrations et nous ferons nos observations en microscopie à fluorescence (et/ou confocale). Nous utiliserons aussi une banque de mutants de Staphylococcus aureus afin d’identifier d’autres régulateurs de DNA extracellulaire dans les biofilms. En résumé, nous utiliserons les outils génétiques et moléculaires développés durant nos précédentes recherches pour : i/ caractériser le mode d’action de gdpS et ii/ comprendre le rôle de l'ADN extracellulaire dans les biofilms précoces et caractériser les voies de régulations de cet ADN extracellulaire. 

Direct link to Lay Summary Last update: 31.03.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
GdpS contributes to Staphylococcus aureus biofilm formation by regulation of eDNA release
Fischer Adrien, Kambara Kumiko, Meyer Hanna, Stenz Ludwig, Bonetti Eve-Julie, Girard Myriam, Lalk Michael, François Patrice, Schrenzel Jacques (2014), GdpS contributes to Staphylococcus aureus biofilm formation by regulation of eDNA release, in International Journal of Medical Microbiology, (304), 284-299.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
PD Dr. med. Nina KHANNA GREMMELMAIER: Department of Biomedicine / University Hospital Basel Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Marc CHANSON: Dpt of Pediatrics / Geneva University Hospitals and University of Geneva Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Dr Alex SCHERL: Dpt Human Protein Sciences / University of Geneva Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Ken BAYLES: University of Nebraska USA United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
PD Dr. Eva MEDINA: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH Germany (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Dr. Daniel GYGAX: Hochschule für Life Sciences FHNW Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Dr Laurent FARINELLI: Fasteris SA, Plan-Les Ouates, Geneva Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
75th Annual Assembly of the SSM Talk given at a conference RpiRc is a regulator of Staphylococcus aureus biofilm susceptibility to antibiotics and virulence 14.06.2016 Bern, Switzerland Schrenzel Jacques;
26th ECCMID Talk given at a conference RpiRc is a regulator of Staphylococcus aureus biofilm susceptibility to antibiotics and virulence 09.04.2016 Amsterdam, Netherlands Schrenzel Jacques;
74th Annual Assembly of the SSM Poster S. aureus biofilms: regulators of eDNA production 17.06.2015 Lugano, Switzerland Schrenzel Jacques;
73th Annual Assembly of the Swiss Society for Microbiology Individual talk S. aureus biofilms: the emerging role of extracellular DNA 19.06.2014 Fribourg, Switzerland Schrenzel Jacques;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
164091 Identifying environmental controls over the transcriptional activity of single cells across organs and systems 01.12.2015 R'EQUIP
124717 Kinetic Analysis of S.aureus Biofilm Regulation by Using Combined Imaging and Genome-Wide Approaches 01.07.2009 Project funding (Div. I-III)

Abstract

S. aureus is a ubiquitous Gram-positive bacterium, able to exist on inanimate objects as well as in a variety of niches, such as the skin, mucous membranes, blood, or bones. During its lifetime, a single bacterium can travel from one location to another, exposing the bacteria to multiple environments. These transitions are very likely to require quick switches from a unicellular planktonic lifestyle to settle multicellular communities commonly referred to as biofilms.Our previous research permitted to identify 38 biofilm-deficient mutants by screening a transposition library. The characterization of a subset of such mutants revealed the role of (i) SA1885, a DEAD-box protein linking biofilms and virulence through mRNA degradation in the degradosome, (ii) codY regulating glucidic biofilm formation, and (iii) the contribution of SA0701, or gdpS, acting on biofilm biogenesis by controlling extracellular DNA (eDNA) deposition. Surprisingly this action is not mediated by c-di-GMP signaling but by a novel pathway. Our objectives are therefore to characterize eDNA accumulation that we have already shown to be cell-lysis independent and supposed to be independent from holin-mediated autolysis during the early stages of biofilm formation. This proposal aims therefore at analyzing the building up of eDNA in early biofilms, by describing its structural and functional roles and by focusing on the regulation of eDNA deposition. A better knowledge of such regulation would not only constitute a major achievement in the field but also provide potential targets for innovative antimicrobial strategies.In summary, molecular and genetic tools developed during previous grant applications will be applied to characterize in details the mechanism of action of one particular gene involved in S. aureus biofilm development. We will therefore address the general question whether biofilm formation represents a developmental program of coordinated gene expression and study the genetic diversification and selection shaping biofilm evolution.
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