In-situ-Mapping der mechanischen Eigenschaften von Biofilmen durch Partikel-Tracking Mikrorheologie

Su C. Chew; Scott A. Rice; Staffan Kjelleberg; Liang Yang

doi:10.3791/53093

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Methodenartikel

In-situ-Mapping der mechanischen Eigenschaften von Biofilmen durch Partikel-Tracking Mikrorheologie

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DOI:

10.3791/53093

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4. Dezember 2015

Su C. Chew¹^,² , Scott A. Rice²^,³^,⁴^,⁵ , Staffan Kjelleberg²^,³^,⁴^,⁶ , Liang Yang²^,³

¹Interdisciplinary Graduate School, Nanyang Technological University, ²Singapore Centre on Environmental Life Sciences Engineering, Nanyang Technological University, ³School of Biological Sciences, Nanyang Technological University, ⁴Centre for Marine Bio-Innovation, University of New South Wales, ⁵School of Biological, Earth and Environmental Sciences, University of New South Wales, ⁶School of Biotechnology and Biomolecular Sciences Sciences, University of New South Wales

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Die partikelnachfolgende Mikrorheologie untersucht die Viskoelastizität von Materialien. Hier wird die Technik verwendet, um die Viskoelastizität, die Kriechnachgiebigkeit und die effektive Vernetzungsrolle verschiedener Matrixkomponenten eines bakteriellen Biofilms zu bestimmen. Die Matrix besteht aus polymeren Substanzen, die von den Bakterien sezerniert werden, und ihre Bestandteile bestimmen die Struktur des Biofilms und die mechanischen Eigenschaften.

Zusammenfassung

Bakterienzellen sind in der Lage, oberflächengebundene Biofilmgemeinschaften zu bilden, die als Biofilme bekannt sind, indem sie sich in extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) einhüllen. Das EPS dient als physikalisches und schützendes Gerüst, das die Bakterienzellen beherbergt und aus einer Vielzahl von Materialien besteht, darunter Proteine, Exopolysaccharide und DNA. Die Zusammensetzung des EPS kann sich ändern, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Biofilms umgestaltet werden, um alternative Biofilmstrukturen, wie z. B. Streamer, als Reaktion auf Umwelteinflüsse weiterzuentwickeln oder zu unterstützen. Trotzdem gibt es nur wenige quantitative Beschreibungen darüber, wie EPS-Komponenten zu den mechanischen Eigenschaften und der Funktion von Biofilmen beitragen. Die Rheologie, die Lehre von der Stoffströmung, ist für Biofilme von besonderer Bedeutung, da viele Biofilme unter Strömungsbedingungen wachsen und ständig Scherspannungen ausgesetzt sind. Es bietet auch Messungen und Einblicke in die Ausbreitung des Biofilms auf einer Oberfläche. Hier wird die partikelverfolgende Mikrorheologie eingesetzt, um die Viskoelastizität und die effektive Vernetzungsrolle verschiedener Matrixkomponenten in verschiedenen Teilen des Biofilms während der Entwicklung zu untersuchen. Dieser Ansatz ermöglicht es den Forschern, die mechanischen Eigenschaften von Biofilmen auf der Mikroskala zu messen, was nützliche Informationen für die Kontrolle und Konstruktion von Biofilmen liefern könnte.

Einleitung

Die meisten Bakterienzellen sind in der Lage, sowohl planktonischen (frei lebende) und oberflächengebundenen (sessile) Modi des Wachstum ¹ einzusetzen. In der Oberfläche gebundenen Modus des Wachstums von Bakterienzellen zu sekretieren und umhüllen sich in großen Mengen von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS), Biofilme bilden. Die EPS besteht hauptsächlich aus Proteinen, Exopolysaccharid, extrazelluläre DNA und ist wichtig, um die Biofilmbildung ^2. Sie dient als physikalische Gerüst durch die Bakterien nutzen können, um räumlich unterscheiden und schützt die Bakterien vor schädlichen Umweltbedingungen und Wirtsreaktionen. Verschiedenen Be....