高グルコース条件下での黄色ブドウ球菌の成長の低下は、ペンタグリシン発現の減少に関連しています

糖尿病における高グルコース誘発細胞毒性は広く認識されています。黄色ブドウ球菌は、糖尿病の足潰瘍から分離された最も頻繁な病原体ですが、高グルコース条件下でのこの細菌の特性は不明のままです。黄色ブドウ球菌は培地で成長し、通常は弱いバイオフィルムを形成し、グルコースの添加により大幅に増加しました。しかし、バイオフィルムの重要な成分である細胞外DNA（EDNA）は、15 mMグルコースの存在下で著しく減少しました。エドナ含有量の減少は、培地の酸性pHのためにグルコースを伴うバイオフィルム上清のヌクレアーゼ活性が有意に減少したため、分解によって引き起こされませんでした。プランクトン状態では、黄色ブルターニ（LB）培地で25 mMグルコースを添加した培地では、黄色ブルターニの成長が有意に減少し、グルコースによる黄色ブドウ球菌の成長の減少は用量依存性でした。グルコースを除いて、黄色ブドウ球菌の成長もフルクトースまたはスクロースによって著しく減少しました。高グルコース条件下では酸性代謝物の量が生成されましたが、浮遊性黄色ブドウ球菌の生存はこれらの酸性条件の影響を受けませんでした。グルコースを含む培地からの黄色ブドウ球菌の細胞は、細胞壁が薄く、LB培地で培養された細菌と比較してリソスタフィンに対して非常に耐性がありました。リソスタフィンの基質であるペンタグリシンブリッジをコードする遺伝子のmRNA発現は、グルコースによって黄色ブドウ球菌で有意に減少しました。黄色ブドウ球菌に加えて、ブドウ球菌およびブドウ球菌の成長も、過剰なグルコースによって有意に減少しましたが、腸球菌、大腸菌、および緑膿菌の株はグルコースに影響を受けませんでした。結論として、高グルコース条件下での黄色ブドウ球菌の成長の減少は、ユニークな細胞壁構造であるペンタグリシンブリッジの障害によるものです。

The high-glucose-induced cytotoxicity in diabetes has been widely recognized. Staphylococcus aureus is the most frequent pathogen isolated from diabetic foot ulcers, but the properties of this bacterium under high glucose conditions remain unclear. S. aureus grew in medium usually forms weak biofilm, and which was significantly increased by addition of glucose. However, extracellular DNA (eDNA), an important component of biofilms, was markedly decreased in presence of 15 mM glucose. The reduced eDNA content was not caused by degradation, because the nuclease activity of biofilm supernatants with glucose was significantly decreased due to the acidic pH of the medium. Under planktonic state, the growth of S. aureus was significantly decreased in the Luria-Bertani (LB) medium supplemented with 25 mM glucose, and the reduced growth of S. aureus by glucose was dose-dependent. Except for glucose, the growth of planktonic S. aureus was also markedly decreased by fructose or sucrose. Amounts of acid metabolites were produced under high glucose conditions, but the survival of planktonic S. aureus was unaffected by these acidic conditions. Cells of S. aureus from the culture medium with glucose had a thinner cell wall and highly resistant to lysostaphin compared with the bacteria cultured in LB medium. mRNA expression of genes encoding pentaglycine bridges, the substrate of lysostaphin, was significantly decreased in S. aureus by glucose. In addition to S. aureus, the growth of Staphylococcus haemolyticus and Staphylococcus epidermidis was also significantly decreased by an excess of glucose, but strains of Enterococcus faecalis, Escherichia coli, and Pseudomonas aeruginosa were unaffected by glucose. In conclusion, the reduced growth of S. aureus under high glucose conditions is due to impairment of the unique cell-wall structure, pentaglycine bridges.