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Trans-cinnamaldehyde triggers stringent response-mediated virulence attenuation in pathogenic Escherichia coli - 23/04/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119306 
Monika Karczewska a, Patryk Strzelecki a, Agnieszka Pyrczak-Felczykowska b, Katarzyna Zima b, Agnieszka Szalewska-Pałasz a, Dariusz Nowicki a,
a Department of Bacterial Molecular Genetics, Faculty of Biology, University of Gdańsk, Gdańsk, Poland 
b Department of Physiology, Medical University of Gdańsk, Gdańsk, Poland 

Correspondence to: Department of Bacterial Molecular Genetics, Faculty of Biology, University of Gdansk, Wita Stwosza 59, Gdansk 80-308, Poland. Department of Bacterial Molecular Genetics, Faculty of Biology, University of Gdansk Wita Stwosza 59 Gdansk 80-308 Poland

Abstract

Antimicrobial resistance in Escherichia coli remains a critical threat in both human and veterinary medicine, demanding innovative strategies beyond traditional antibiotics. Here, we reveal that trans ‑cinnamaldehyde ( t ‑CA), a natural phenylpropanoid, not only inhibits bacterial growth but also actively reshapes transcriptional programs through the RelA‑mediated stringent response. Using RNA‑seq, we demonstrate that sub‑inhibitory t ‑CA (0.25 ×MIC) triggers broad transcriptional remodelling, suppressing key virulence pathways such as iron acquisition, quorum sensing, and acid resistance - effects that were not pronounced in a relA -deficient background. Consistently, t -CA induced RelA-dependent accumulation of the stringent response alarmone, (p)ppGpp, linking stress signalling with repression of virulence determinants. Functionally, t -CA impaired extracellular matrix production and significantly reduced biofilm biomass and metabolic activity. In host-relevant assays, t -CA showed moderate cytotoxicity in mammalian cell lines and attenuated LPS-driven inflammatory cytokine output in Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs) model. Finally, post-infection administration of t -CA improved survival in the Galleria mellonella infection model. Together, these results identify stringent response signalling as a key axis underlying t -CA-driven virulence attenuation and support t -CA as a candidate antivirulence adjuvant for combating difficult-to-treat E. coli infections.

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Graphical Abstract




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Highlights

Trans -cinnamaldehyde ( t -CA) triggers RelA-dependent stringent response signaling in E. coli.
RNA-seq shows t -CA represses regulatory pathways (acid stress, iron uptake, QS) in WT but not Δ relA.
t -CA disrupts biofilm matrix production and significantly reduces biofilm biomass/metabolic activity.
t -CA modulates host responses (human PBMC cytokines) and improves post-infection survival in G. mellonella.

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Keywords :  t- cinnamaldehyde , ExPEC, EPEC, Antimicrobial, Antivirulence, PpGpp, Biofilm


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Vol 198

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