The Analysis of Expression of Autoinducer Synthesis Genes Involved in Quorum Sensing among Catheter Associated Bacteria

The most biofilm forming bacteria in catheter, Esctherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus were isolated and identified from a patient's catheter occuring catheter-associated urinary tract infection (CA-UTI). We examined mRNA expression and its quantification of AIs synthetic genes encoding signal substance of quorum sensing from each bacterial species in order to elucidated quorum sensing mechanism. Both pure cultures for each bacterial strains and a mixed cultures with three were grown for 24 hr and 30 days. Initial densities to be able to detect mRNA expression oil single strains culture were shown at $2.4{\times}10^5$ CFU/ml, $5.4{\times}10^6$ CFU/ml of E. coli for ygaG and S. aureus for luxS, and at $6.9{\times}10^4$ CFU/ml of P. aeruginosa for rhlI and lasI. Also, in mixed culture of three, initial cell densities of mRNA expression were appear to at $7.3{\times}10^5$ CFU/ml, $1.6{\times}10^7$ CFU/ml of E. coli for ygaG and S. aureus for luxS, and at $2.1{\times}10^5$ CFU/ml of P. aeruginosa for rhlI and lasI. Each AIs synthetic gene was expressed in initial cell density and the mRNA expression of the genes were detected continously during 30 days. And then, the quantification of mRNA expression level of ygaG, rhlI, last, and luxS which were related AIs synthesis was done each time point by real-time RT-PCR. Interestingly, the mRNA levels of ygaG, rhlI, lasI, and luxS from the mixed culture was higher than those from each single strain culture. In the case of E. coli ygaG, the amount of transcript from the mixed culture was at least 30 times for that from single culture. In the case of P. aeruginosa rhlI and lasI, the amount of transcript from the mixed culture was at least 40 times and 250 times for that from single strain culture. In the case of S. aureus luxS, the amount of transcript from the mixed culture was at least 5 times for that from single strain culture. And specially, the mRNA expression of rhlI and lasI of P. aeruginosa showed the highest efficency among four AIs synthetic genes.

요로감염에 관여하는 카테터 내 박테리아의 Quorum Sensing 관련 autoinducer 합성 유전자의 발현분석

본 연구에서는 신경인성 방광으로 요도 카테터를 유치하고 있는 환자의 카테터로부터 카테터 내 요로감염(Catheter-Associate Urinary Tract Infection; CA-UTI)에 관여하는 박테리아인 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa 그리고 Staphylococcus aureus를 순수 분리, 동정하였다. 이 균주들을 대상으로 하여 quorum sensing mechanism을 규명하는 기초 연구로 각 균주의 quorum sensing 신호물질인 autoinducer (AIs)를 합성하는 유전자의 mRNA 발현을 확인하고, 정략분석 하였다. 각 세 균주를 단일과 세 균주의 혼합으로 24시간, 30일 동안 배양하며 일정 시간 간격으로 sample을 얻었다. 이 중 24시간 배양한 sample을 가지고 reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR)을 수행하여 각 AIs 합성 유전자가 발현되는 최초 박테리아 밀도를 확인하였다. 단일배양에서 E. coli와 S. aureus의 AIs 합성 유전자(ygaG와 luxS)의 mRNA가 발현되는 최초 박테리아 밀도는 $2.4{\times}20^5$ CFU/ml, $5.4{\times}10^6$ CFU/ml 이었으며 P. aeruginosa의 rhlI와 lasI의 경우 $6.9{\times}10^4$ CFU/ml로 나타났다. 세 균주의 혼합배양에서 ygaG와 luxS의 mRNA가 발현되는 최초 박테리아 밀도는$7.3{\times}10^5$ CFU/ml, $1.6{\times}10^7$ CFU/ml이었으며 rhlI와 lasI의 경우 $2.1{\times}10^5$ CFU/ml로 나타났다. 또한 30일 배양한 sample의 RT-PCR 결과, 배양초기부터 각 AIs 합성 유전자들의 mRNA가 30일 동안 일정한 양만큼 지속적으로 발현됨을 확인하였다. Real-time RT-PCR을 이용한 AIs 합성 유전자의 mRNA 발현을 정량 분석한 결과 각 균주에서 단일배양보다 혼합배양시 AIs 합성 유전자의 발현이 더 많았다. 가장 많은 발현량의 차이를 보인 경우 E. coli ygaG의 mRNA 발현량은 단일배양보다 세 균주의 혼합배양시 최고 약 30배 이상이 증가하였고, P. aeruginosa rhlI의 경우 단일배양보다 혼합배양시 최고 약 40배, P. aeruginosa lasI의 경우 최고 약 250배 그리고 S. aureus luxS의 경우는 단일배양보다 혼합배양시 최고 약 5배 이상 mRNA 발현량이 증가하였다. 또한 세 균주의 4가지 유전자 중 P. aeruginosa의 rhlI와 lasI의 mRNA가 가장 많은 양으로 발현됨을 확인하였다.