Evaluation of the Pseudomonas aeruginosa Quorum Sensing proteins PqsD, PqsBC and MvfR as novel anti-virulence targets

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is a Gram-negative pathogen which causes severe infections in patients with compromised defense barriers. Because of the development of more and more resistant strains to multiple antibiotics, a new strategy for treating these bacterial infections is highly required. Targeting a type of cell-to-cell communication, called Quorum Sensing (QS), seems to be the ideal approach. This system is needed for coordinating Pseudomonas virulence and its blockage efficiently suppresses the bacterial pathogenicity without affecting growth. Among the different cell-to-cell communication systems, the pqs system was chosen as target because of its unique presence in P. aeruginosa. Three proteins were selected as potential targets for blocking this system, such as the two biosynthetic proteins PqsD and PqsBC, necessary for signal molecule production, and the transcriptional regulator MvfR (PqsR). Two different strategies were employed for designing and synthesizing novel PqsD inhibitors which revealed to be active both in cell-free and whole cell assays. Furthermore, the production of all main compounds produced during signal molecule biosynthesis after incubation with PqsBC inhibitors or MvfR antagonists was investigated. Interestingly, a unique profile for each class of QS inhibitor was observed. In the end, this study helps in understanding that MvfR would be the best target to inhibit for blocking the pqs system and having the most efficient result.

Pseudomonas aeruginosa ist ein Gram-negatives Pathogen, das bei Patienten mit defekten Abwehrbarrieren schwere Infektionen verursacht. Wegen der Entwicklung von Stämmen, die gegen mehrere Antibiotika resistent sind, ist eine neue antiinfektive Strategie dringend nötig. Das Target die intrabakterielle kommunication, genannt Quorum Sensing (QS), scheint der ideale Ansatz. Dieses System koordiniert die Pseudomonas-Virulenz und seine Blockade unterdrückt effizient die bakterielle Pathogenität, ohne das Wachstum zu beeinflussen. Unter den verschiedenen QS Systemen wurde das pqs System aufgrund seiner einzigartigen Präsenz in P. aeruginosa als Ziel ausgewählt. Die zwei biosynthetischen Proteine PqsD und PqsBC, die für die Signalmolekülproduktion notwendig sind, und der Transkriptionsregulator MvfR (PqsR) wurden als potentielle Target für die Blockierung dieses Systems ausgewählt. Zwei verschiedene Strategien wurden verwendet, um neue PqsD-Inhibitoren zu entwerfen und zu synthetisieren, die sowohl in zellfreien als auch ganzen Zelltests aktiv waren. Weiterhin wurden alle bei der Signalmoleküle-Biosynthese produzierten Substanzen nach der Inkubation mit PqsBC-Inhibitoren oder MvfR-Antagonisten untersucht. Interessanterweise wurde ein einzigartiges Profil für jede Klasse von QS-Inhibitoren beobachtet. Am Ende half diese Studie beim Verstehen, dass MvfR das beste Target ist, um das pqs-System zu blockieren und ein effizienteste Ergebnis zu erzielen.