Metabolic reshaping drives novel melanin production from tryptophan in a cystic fibrosis Pseudomonas aeruginosa clinical isolate
- Autores
- Diaz Appella, Mateo Nicolás; Kolender, Adriana Andrea; Nega, Mulugueta; Robaldi, Stefania Ailen; Cassanelli, Pablo Martín; Li, Ningna; Liberini, Elisa; Hoijemberg, Pablo Ariel; Pelliza, Leonardo; Aran, Martin; Götz, Friedrich; López, Nancy Irene; Tribelli, Paula Maria
- Año de publicación
- 2025
- Idioma
- inglés
- Tipo de recurso
- artículo
- Estado
- versión publicada
- Descripción
- Pseudomonas aeruginosa is a human opportunistic pathogen, capable of producing a wide range of metabolites, including pyomelanin. This pigment results from alterations in tyrosine catabolism. Melanin synthesis from tryptophan has never been reported in Pseudomonas. In this study, we describe a tryptophan-derived melanin in P. aeruginosa PAH, a strain that was isolated from a fibrocystic patient. PAH produced a brown pigment when grown in LB or L-tryptophan-supplemented media. Structural analysis revealed this pigment was composed by two fractions differing in NaOH solubility: a soluble one consistent of pyomelanin, and an insoluble fraction with a complex structure containing substituted indolic units. A pyomelanin inhibitor enhanced total melanin synthesis, mainly the insoluble fraction, and a tryptophan 2,3-dioxygenase inhibitor decreased pigment formation. Metabolomic profiling identified distinct indolic compounds and low levels of anthranilate in PAH cultures. Genomic and transcriptomic analyses revealed the presence of mutations and downregulation of genes related to pyoverdine biosynthesis. Furthermore, iron supplementation in the culture medium reduced melanin production. Overall, tryptophan arises as a key compound for melanin production in PAH, expanding the diversity of melanins synthesized by this genus. Furthermore, iron deprivation emerges as a critical factor triggering melanin biosynthesis, probably as a survival strategy enabling persistence in the fibrocystic lung environment.
Fil: Diaz Appella, Mateo Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Kolender, Adriana Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono; Argentina
Fil: Nega, Mulugueta. University Of Tübingen; Alemania
Fil: Robaldi, Stefania Ailen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Cassanelli, Pablo Martín. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital General de Niños Pedro Elizalde (ex Casa Cuna); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Li, Ningna. University Of Tübingen; Alemania
Fil: Liberini, Elisa. University Of Tübingen; Alemania
Fil: Hoijemberg, Pablo Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina
Fil: Pelliza, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina
Fil: Aran, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina
Fil: Götz, Friedrich. University Of Tübingen; Alemania
Fil: López, Nancy Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Tribelli, Paula Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina - Materia
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MELANIN
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PSEUDOMONAS AERUGINOSA
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Metabolic reshaping drives novel melanin production from tryptophan in a cystic fibrosis Pseudomonas aeruginosa clinical isolateDiaz Appella, Mateo NicolásKolender, Adriana AndreaNega, MuluguetaRobaldi, Stefania AilenCassanelli, Pablo MartínLi, NingnaLiberini, ElisaHoijemberg, Pablo ArielPelliza, LeonardoAran, MartinGötz, FriedrichLópez, Nancy IreneTribelli, Paula MariaMELANINTRYPTOPHANPSEUDOMONAS AERUGINOSAIRONCYSTIC FIBROSIShttps://purl.org/becyt/ford/1.6https://purl.org/becyt/ford/1Pseudomonas aeruginosa is a human opportunistic pathogen, capable of producing a wide range of metabolites, including pyomelanin. This pigment results from alterations in tyrosine catabolism. Melanin synthesis from tryptophan has never been reported in Pseudomonas. In this study, we describe a tryptophan-derived melanin in P. aeruginosa PAH, a strain that was isolated from a fibrocystic patient. PAH produced a brown pigment when grown in LB or L-tryptophan-supplemented media. Structural analysis revealed this pigment was composed by two fractions differing in NaOH solubility: a soluble one consistent of pyomelanin, and an insoluble fraction with a complex structure containing substituted indolic units. A pyomelanin inhibitor enhanced total melanin synthesis, mainly the insoluble fraction, and a tryptophan 2,3-dioxygenase inhibitor decreased pigment formation. Metabolomic profiling identified distinct indolic compounds and low levels of anthranilate in PAH cultures. Genomic and transcriptomic analyses revealed the presence of mutations and downregulation of genes related to pyoverdine biosynthesis. Furthermore, iron supplementation in the culture medium reduced melanin production. Overall, tryptophan arises as a key compound for melanin production in PAH, expanding the diversity of melanins synthesized by this genus. Furthermore, iron deprivation emerges as a critical factor triggering melanin biosynthesis, probably as a survival strategy enabling persistence in the fibrocystic lung environment.Fil: Diaz Appella, Mateo Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Kolender, Adriana Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono; ArgentinaFil: Nega, Mulugueta. University Of Tübingen; AlemaniaFil: Robaldi, Stefania Ailen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Cassanelli, Pablo Martín. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital General de Niños Pedro Elizalde (ex Casa Cuna); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Li, Ningna. University Of Tübingen; AlemaniaFil: Liberini, Elisa. University Of Tübingen; AlemaniaFil: Hoijemberg, Pablo Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Pelliza, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. 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