Esplorare i meccanismi biologici e molecolari alla base della patogenicità e della resilienza di Pseudomonas aeruginosa esaminando il suo comportamento in co-coltura con Serratia marcescens

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen with significant implications for human health, particularly in nosocomial infections. Its interactions in polymicrobial environments, such as the gut microbiome, remain poorly understood, especially in relation to environmental factors like zinc availability and temperature. This study investigates its growth dynamics in monoculture and co-culture with Serratia marcescens, focusing on the influence of zinc and temperature on their competitive behavior. For this aim Bacterial strains were cultured under controlled conditions using various growth media (LB, TSB, BHIA, TSA, LBA, CLED). The effect of zinc (0.25 mM ZnCl₂) and temperature (37°C and 42°C) on growth patterns, colony morphology, and plaque formation was assessed. Competitive interactions were examined using co-culture experiments, and viable cell counts were determined using the Miles-Misra method. We saw that P. aeruginosa exhibited robust growth and consistently outcompeted S. marcescens in co-culture, particularly in zinc-supplemented conditions. At 42°C, P. aeruginosa formed plaques, which were inhibited by zinc, suggesting a temperature-dependent regulatory mechanism. S. marcescens demonstrated tolerance to zinc, potentially linked to metalloprotease activity, and did not form plaques in monoculture samples. In co-culture with the two bacterial strains, zinc enhanced initial plaque formation at 24 hours, but this effect diminished by 48 hours, likely due to nutrient depletion or accumulation of inhibitory byproducts. The results indicate that zinc modulates interspecies interactions between P. aeruginosa and S. marcescens, potentially by influencing plaque formation and bacterial competition. A hypothesized bacteriophage-mediated mechanism may contribute to P. aeruginosa’s dominance. Future research should explore molecular pathways, test varying zinc concentrations, and examine biofilm models to further elucidate these microbial dynamics.

Pseudomonas aeruginosa è un patogeno opportunista con importanti implicazioni per la salute umana, in particolare nelle infezioni nosocomiali. Le sue interazioni in ambienti polimicrobici, come il microbioma intestinale, rimangono poco comprese, soprattutto in relazione a fattori ambientali come la disponibilità di zinco e la temperatura. Questo studio indaga le sue dinamiche di crescita in monocultura e co-coltura con Serratia marcescens, concentrandosi sull'influenza dello zinco e della temperatura sul comportamento competitivo. A tal fine, i ceppi batterici sono stati coltivati in condizioni controllate utilizzando diversi terreni di crescita (LB, TSB, BHIA, TSA, LBA, CLED). È stato valutato l'effetto dello zinco (0,25 mM ZnCl₂) e della temperatura (37°C e 42°C) sui modelli di crescita, sulla morfologia delle colonie e sulla formazione di placche. Le interazioni competitive sono state esaminate attraverso esperimenti di co-coltura e il conteggio delle cellule vitali è stato determinato con il metodo Miles-Misra. P. aeruginosa ha mostrato una crescita robusta e ha costantemente prevalso su S. marcescens in co-coltura, in particolare in condizioni con supplementazione di zinco. A 42°C, P. aeruginosa ha formato placche, che sono state inibite dalla presenza di zinco, suggerendo un meccanismo regolatorio dipendente dalla temperatura. S. marcescens ha dimostrato tolleranza allo zinco, potenzialmente legata all'attività delle metalloproteasi, e non ha formato placche nei campioni in monocultura. Nella co-coltura con entrambi i ceppi batterici, lo zinco ha favorito la formazione iniziale di placche a 24 ore, ma questo effetto è diminuito dopo 48 ore, probabilmente a causa dell'esaurimento dei nutrienti o dell'accumulo di sottoprodotti inibitori. I risultati indicano che lo zinco modula le interazioni tra P. aeruginosa e S. marcescens, influenzando potenzialmente la formazione di placche e la competizione batterica. Si ipotizza che un meccanismo mediato da batteriofagi possa contribuire alla dominanza di P. aeruginosa. Le ricerche future dovrebbero esplorare i percorsi molecolari coinvolti, testare diverse concentrazioni di zinco ed esaminare modelli di biofilm per chiarire ulteriormente queste dinamiche microbiche.