Examining the effect of light and reactive oxygen species on growth and survival of archaea associated with the human skin

Abstract

Ammoniak oxidierende Archaea (AOA) machen bis zu 1 % des Mikrobioms der menschlichen Haut aus und spielen möglicherweise eine Rolle für die Hautgesundheit, in dem ein saures Mileu erhalten wird, und Immunreaktionen durch diese Organismen ausgelöst werden können. Bisher wurden zwar mehrere Studien zur Funktion und Interaktion mit dem menschlichen Körper durchgeführt, jedoch wurde in keiner früheren Studie die Wirkung einer medizinischen Behandlung auf diese Mikroorganismen untersucht.In dieser Arbeit sollte die Wirkung des von Repuls R7-rtbl erzeugten Lichts auf die Archaea der menschlichen Haut in Photobiomodulationsbehandlungen in vitro untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde das Ammoniak oxidierende Archaeon Nitrososphaera viennensis bei allen Wellenlängen bestrahlt, die von Repuls R7-rtbl bereitgestellt werden. Darüber hinaus wurde in dieser Studie die Auswirkungen der durch photodynamische Therapie (PDT) erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies auf das Wachstum von N. viennensis und Nitrosocosmicus franklandianus untersucht, Dies geschah unter Verwendung von Methylenblau als Photosensibilisator.Die Ergebnisse unterstützten die Hypothese der AOA-Photoinhibition durch Licht, wobei N. viennensis durch tägliche Bestrahlung für 2 Stunden mit kontinuierlichem blauem Licht (433 [nm], 342 [μE/m2.s]) und teilweise durch kontinuierliches violettes Licht (rot 635 [nm] + blau 433 [nm] bei 931[μE/m2.s]) gehemmt wurde. Im Gegensatz dazu hatten das pulsierende und das kontinuierliche rote Licht 635 [nm] bei 744 [μE/m2.s] keinen Einfluss auf das Zellwachstum.Die Forschungsergebnisse aus den PDT-Experimenten zeigten, dass N. viennensis die PDT mit 20 [μM] Methylenblau (MB) nicht überstehen konnte, wohl aber mit 8 [μM] MB. Interessanterweise überlebte N. franklandianus die PDT mit (2, 5, 8, 20 [μM]) MB, wenn Natriumpyruvat im Medium enthalten war, während der Organismus ohne Natriumpyruvat die PDT mit 8 und 20 [μM]) MB nicht überlebte.

Ammonia oxidizing archaea (AOA) constitute up to 1% of the human skin microbiome and play a possible role in skin health by maintaining an acidic milieu and triggering immune responses. Several studies were performed to understand their function and interaction with the host environment, however, no previous study has investigated the effect of medical treatment on these microorganisms.In this thesis, we aimed to investigate the effect of the light produced by a Repuls R7-rtbl device on the human skin archaea during photobiomodulation treatment in vitro. For this goal, the ammonia-oxidizing archaeon Nitrosospharea viennensis was irradiated with different wavelengths provided by Repuls R7-rtbl and the effect on the growth was monitored. Moreover, this study attempted to discover the effect of reactive oxygen species produced by the photodynamic therapy (PDT) on N. viennensis and Nitrosocosmicus franklandianus using methylene blue as a photosensitizer in vitro.The results supported the hypothesis, that AOA are sensitive to photoinhibition by light. N. viennensis was inhibited by daily irradiation for 2 hours with continuous blue light (433 [nm], 342 [μE/m2.s]) and partially by continuous violet light (red 635 [nm] + blue 433 [nm] at 931 [μE/m2.s]). In contrast, pulsing and continuous red lights 635 [nm] at 744 [μE/m2. s] had no effect on cell growth.The results from the PDT experiments showed that N. viennensis could not survive the PDT with 20 [μM] methylene blue (MB), but tolerated it 8 [μM]. Interestingly, N. franklandianus survived the PDT with (2, 5, 8, 20 [μM]) MB when sodium pyruvate was included in the medium, whereas without sodium pyruvate it could not survive the PDT with 8 and 20 [μM]) MB.