Hypermutability bypasses genetic constraints in SCV phenotypic switching in Pseudomonas aeruginosa biofilms.
| Title: | Hypermutability bypasses genetic constraints in SCV phenotypic switching in Pseudomonas aeruginosa biofilms. |
|---|---|
| Authors: | Tobares RA; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; Martino RA; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; Colque CA; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; Castillo Moro GL; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; Moyano AJ; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; Albarracín Orio AG; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina.; IRNASUS, Universidad Católica de Córdoba, CONICET, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Córdoba, Argentina.; Smania AM; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica 'Ranwel Caputto', Córdoba, Argentina. asmania@unc.edu.ar.; CONICET. Universidad Nacional de Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina. asmania@unc.edu.ar. |
| Source: | NPJ biofilms and microbiomes [NPJ Biofilms Microbiomes] 2025 Jan 13; Vol. 11 (1), pp. 14. Date of Electronic Publication: 2025 Jan 13. |
| Publication Type: | Journal Article |
| Language: | English |
| Journal Info: | Publisher: Nature Publishing Group Country of Publication: United States NLM ID: 101666944 Publication Model: Electronic Cited Medium: Internet ISSN: 2055-5008 (Electronic) Linking ISSN: 20555008 NLM ISO Abbreviation: NPJ Biofilms Microbiomes Subsets: MEDLINE |
| Imprint Name(s): | Original Publication: [New York, NY ?] : Nature Publishing Group, [2015]- |
| MeSH Terms: | Pseudomonas aeruginosa*/genetics ; Pseudomonas aeruginosa*/physiology ; Pseudomonas aeruginosa*/growth & development ; Biofilms*/growth & development ; Mutation*; Cyclic GMP/analogs & derivatives ; Cyclic GMP/metabolism ; Bacterial Proteins/genetics ; Bacterial Proteins/metabolism ; Pseudomonas Infections/microbiology ; Cystic Fibrosis/microbiology ; Phenotype ; Humans ; Whole Genome Sequencing ; Gene Expression Regulation, Bacterial ; DNA Mismatch Repair |
| Abstract: | Biofilms are critical in the persistence of Pseudomonas aeruginosa infections, particularly in cystic fibrosis patients. This study explores the adaptive mechanisms behind the phenotypic switching between Small Colony Variants (SCVs) and revertant states in P. aeruginosa biofilms, emphasizing hypermutability due to Mismatch Repair System (MRS) deficiencies. Through experimental evolution and whole-genome sequencing, we show that both wild-type and mutator strains undergo parallel evolution by accumulating compensatory mutations in factors regulating intracellular c-di-GMP levels, particularly in the Wsp and Yfi systems. While wild-type strains face genetic constraints, mutator strains bypass these by accessing alternative genetic pathways regulating c-di-GMP and biofilm formation. This increased genetic accessibility, driven by higher mutation rates and specific mutational biases, supports sustained cycles of SCV conversion and reversion. Our findings underscore the crucial role of hypermutability in P. aeruginosa adaptation, with significant implications for managing persistent infections in clinical settings.; (© 2025. The Author(s).) |
| Competing Interests: | Competing interests: The authors declare no competing interests. |
| References: | Elife. 2019 Jan 08;8:. (PMID: 30616716); Future Microbiol. 2015;10(2):231-9. (PMID: 25689535); Antimicrob Agents Chemother. 2020 Apr 21;64(5):. (PMID: 32071060); PLoS Pathog. 2010 Mar 12;6(3):e1000804. (PMID: 20300602); PLoS Genet. 2013;9(9):e1003741. (PMID: 24039595); Nat Commun. 2021 Oct 7;12(1):5869. (PMID: 34620872); Zhonghua Xin Xue Guan Bing Za Zhi. 2011 Jun;39(6):560-1. (PMID: 21924086); Genetics. 2009 Nov;183(3):1041-53. (PMID: 19704015); Bioinformatics. 2009 Jul 15;25(14):1754-60. (PMID: 19451168); Microbiology (Reading). 2017 Nov;163(11):1613-1625. (PMID: 29034850); Microbiology (Reading). 2023 Jun;169(6):. (PMID: 37384391); Nature. 2016 Aug 11;536(7615):165-70. (PMID: 27479321); PLoS One. 2011;6(11):e27842. (PMID: 22114708); Antimicrob Agents Chemother. 2019 Mar 27;63(4):. (PMID: 30745381); Infect Drug Resist. 2015 Jul 29;8:237-47. (PMID: 26251621); Proc Biol Sci. 2013 Nov 06;280(1773):20131913. (PMID: 24197408); mBio. 2019 Aug 13;10(4):. (PMID: 31409682); Elife. 2015 Mar 25;4:. (PMID: 25806684); Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Feb 21;103(8):2833-8. (PMID: 16477005); J Bacteriol. 2008 Dec;190(24):7910-7. (PMID: 18849421); PLoS One. 2009 Dec 07;4(12):e8203. (PMID: 19997602); Nucleic Acids Res. 2012 Aug;40(15):7207-18. (PMID: 22581773); Genome Res. 2010 Sep;20(9):1297-303. (PMID: 20644199); Mutat Res. 2010 Oct;705(2):71-76. (PMID: 20471491); Bioinformatics. 2014 Aug 1;30(15):2114-20. (PMID: 24695404); G3 (Bethesda). 2020 Sep 2;10(9):3337-3346. (PMID: 32727923); J Bacteriol. 2004 Nov;186(21):7221-8. (PMID: 15489433); Microbiology (Reading). 2004 May;150(Pt 5):1327-1338. (PMID: 15133095); Nat Commun. 2022 May 31;13(1):3026. (PMID: 35641501); Microbiology (Reading). 2007 Jan;153(Pt 1):225-37. (PMID: 17185551); Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Jan 15;110(3):E250-9. (PMID: 23271804); PLoS Genet. 2013;9(9):e1003744. (PMID: 24039597); Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Oct 4;102(40):14422-7. (PMID: 16186483); J Bacteriol. 2009 Jun;191(11):3492-503. (PMID: 19329647); Mol Microbiol. 2013 Aug;89(3):450-63. (PMID: 23750818); PLoS One. 2013 Nov 21;8(11):e80514. (PMID: 24278287); Appl Environ Microbiol. 2014 Jun;80(11):3384-93. (PMID: 24657857); Clin Infect Dis. 1999 Sep;29(3):621-5. (PMID: 10530458); PLoS Genet. 2014 Oct 16;10(10):e1004651. (PMID: 25330091); Genomics. 2014 Dec;104(6 Pt A):447-52. (PMID: 25263109); J Vis Exp. 2011 Jan 30;(47):. (PMID: 21307833); Microbes Infect. 2000 Jul;2(9):1051-60. (PMID: 10967285); Curr Opin Microbiol. 2001 Oct;4(5):582-5. (PMID: 11587936); Environ Microbiol. 2004 Jun;6(6):546-51. (PMID: 15142242); PLoS One. 2009 Jun 23;4(6):e6018. (PMID: 19547710); Clin Microbiol Infect. 2010 Jul;16(7):798-808. (PMID: 20880409); Nature. 1997 Jun 12;387(6634):700-2. (PMID: 9192893); ISME J. 2017 Mar;11(3):589-600. (PMID: 27911438); Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Nov 23;101(47):16630-5. (PMID: 15546998); Mol Microbiol. 2004 Feb;51(3):675-90. (PMID: 14731271); Metab Eng. 2016 Jan;33:109-118. (PMID: 26620533); J Bacteriol. 1986 Jul;167(1):66-72. (PMID: 3013840); Fly (Austin). 2012 Apr-Jun;6(2):80-92. (PMID: 22728672); Front Microbiol. 2019 May 03;10:913. (PMID: 31130925); Nature. 2000 Aug 31;406(6799):959-64. (PMID: 10984043); J Clin Invest. 2002 Feb;109(3):317-25. (PMID: 11827991); Nat Protoc. 2006;1(1):153-61. (PMID: 17406227); Mol Microbiol. 2007 Apr;64(2):547-59. (PMID: 17493134); EMBO J. 2020 Mar 16;39(6):e103412. (PMID: 32090355); Dev Biol. 2009 Aug 1;332(1):36-47. (PMID: 19433086); Science. 2000 May 19;288(5469):1251-4. (PMID: 10818002); PLoS Pathog. 2012;8(6):e1002760. (PMID: 22719254); Pediatr Pulmonol. 2009 Jun;44(6):547-58. (PMID: 19418571); Mol Microbiol. 2002 Mar;43(6):1641-50. (PMID: 11952911); Genetics. 2007 May;176(1):441-53. (PMID: 17339222); Gene. 1999 Feb 18;227(2):197-203. (PMID: 10023058); Curr Top Microbiol Immunol. 2013;358:v-vii. (PMID: 23781553); J Med Microbiol. 2003 Apr;52(Pt 4):295-301. (PMID: 12676867); Microbiol Rev. 1996 Sep;60(3):539-74. (PMID: 8840786); Front Cell Infect Microbiol. 2017 Feb 15;7:39. (PMID: 28261568); Gene. 1995 Dec 1;166(1):175-6. (PMID: 8529885); Nucleic Acids Res. 2023 Jan 6;51(D1):D418-D427. (PMID: 36350672); BMC Genomics. 2016 Jan 05;17:27. (PMID: 26732503); J Bacteriol. 2022 Oct 18;204(10):e0018522. (PMID: 36102640); ACS Synth Biol. 2015 Dec 18;4(12):1341-51. (PMID: 26133359); Appl Environ Microbiol. 2005 Aug;71(8):4809-21. (PMID: 16085879); J Bacteriol. 2005 Nov;187(21):7351-61. (PMID: 16237018); Biochem J. 2002 Jan 1;361(Pt 1):87-95. (PMID: 11742532); ISME J. 2021 Apr;15(4):1165-1177. (PMID: 33273720); Nat Protoc. 2009;4(7):1073-81. (PMID: 19561590); Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Feb 21;103(8):2839-44. (PMID: 16477007) |
| Grant Information: | PIP 2022 PIP Nº 11220210100945CO Consejo Nacional de Investigaciones Científcas y Tecnológicas de la República Argentina (CONICET); PICT-2019-1590 Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (FONCYT); 33620180100413CB Secretaría de Ciencia y Técnica de la Universidad Nacional de Córdoba, Argentina (SECYT-UNC) |
| Substance Nomenclature: | H2D2X058MU (Cyclic GMP); 0 (Bacterial Proteins); 61093-23-0 (bis(3',5')-cyclic diguanylic acid) |
| Entry Date(s): | Date Created: 20250113 Date Completed: 20250501 Latest Revision: 20250521 |
| Update Code: | 20260130 |
| PubMed Central ID: | PMC11730322 |
| DOI: | 10.1038/s41522-024-00644-z |
| PMID: | 39805827 |
| Database: | MEDLINE |
Journal Article