Targeting LasB in pseudomonas aeruginosa: A multifaceted antivirulence strategy for lung infections

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is a major cause of pulmonary infections, particularly in hospitals and patients with chronic respiratory diseases. Its intrinsic and acquired antibiotic resistance, along with numerous virulence factors, make it an important contributor to the global antimicrobial resistance (AMR) crisis. As conventional antibiotics lose effectiveness, antivirulence therapies that target pathogenic mechanisms rather than bacterial viability are promising alternatives that limit resistance development and preserve the host microbiota. This thesis examines elastase (LasB), a metalloprotease secreted by P. aeruginosa that disrupts lung barriers, modulates immune responses, and damages tissue. Using human lung epithelial models, we show that LasB degrades junctional proteins such as E-cadherin and Claudin-4, increasing epithelial permeability and vulnerability to infection. It also suppresses immune signaling by reducing GM-CSF, G-CSF and by altering MAPK and FGF pathways. Phosphonate-based LasB inhibitors reversed these effects, maintaining barrier integrity, partly restoring cytokine levels, and enhancing antibiotic activity. We further quantified lasB expression in clinical isolates and demonstrated that dual LasB/LecA inhibitors protect lung cells from virulence-induced damage without cytotoxicity. Together, these findings elucidate LasB-driven lung pathogenesis and support antivirulence strategies as promising adjuncts to antibiotics in combating AMR.

Pseudomonas aeruginosa zählt zu den häufigsten Erregern von Lungeninfektionen, insbesondere in Krankenhäusern und bei Patienten mit chronischen Atemwegserkrankungen. Ihre intrinsische und erworbene Antibiotikaresistenz sowie zahlreiche Virulenzfaktoren machen sie zu einem zentralen Treiber der globalen antimikrobiellen Resistenz (AMR)-Krise. Da konventionelle Antibiotika an Wirksamkeit verlieren, gewinnen Antivirulenz-Therapien, die pathogene Mechanismen statt bakterieller Lebensfähigkeit bekämpfen, an Bedeutung, da sie Resistenzentwicklung begrenzen und die Mikrobiota erhalten. Diese Arbeit untersucht die Elastase (LasB), eine von P. aeruginosa sezernierte Metalloprotease, die Lungenbarrieren stört, Immunreaktionen moduliert und Gewebe schädigt. In humanen Lungenepithelmodellen zeigen wir, dass LasB junktionale Proteine wie E-Cadherin und Claudin-4 abbaut, epitheliale Permeabilität erhöht und Infektanfälligkeit steigert. LasB unterdrückt Immunsignale durch Reduktion von GM-CSF, G-CSF und Modulation der MAPK-/FGF-Signalwege. Phosphonatbasierte LasB-Inhibitoren kehrten diese Effekte um, erhielten Barriereintegrität, stellten Zytokinspiegel teilweise wieder her und verstärkten Antibiotikawirkung. Wir quantifizierten lasB-Expression in klinischen Isolaten und zeigten, dass duale LasB/LecA-Inhibitoren Lungenepithelzellen ohne Zytotoxizität vor virulenzinduziertem Schaden schützen. Diese Befunde klären die LasB-vermittelte Lungenpathogenese auf und unterstützen Antivirulenz-Strategien als Ergänzung zu Antibiotika zur Bekämpfung von AMR.