Naslov Adhesion and dispersion dynamics of marine bacteria on a solid substrate
Naslov (hrvatski) Dinamika adhezije i raspršenja morske bakterije na čvrstom supstratu
Autor Luka Gujinović
Mentor Dražen Zanchi (mentor)
Mentor Ivica Šamanić (komentor)
Član povjerenstva Ante Bilušić (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Nelly Henry https://orcid.org/0000-0002-0224-3079 (član povjerenstva)
Član povjerenstva Marija Raguž (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Splitu Prirodoslovno-matematički fakultet (Odjel za fiziku) Split
Datum i država obrane 2024-05-03, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana PRIRODNE ZNANOSTI Fizika
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 577 - Biokemija. Molekularna biologija. Biofizika
Sažetak The marine bacterium Vibrio gigantis was isolated from Kaštela Bay from wild early-phase biofilm and cultivated. The results showed that Vibrio gigantis can be used as an appropriate and versatile model species for adhesion dynamics and biofilm evolution research. NGS analysis confirmed the highest relative abundance of this species inside biofilm samples. Its predicted genetic potential confirmed the activity in surface adhesion, cell motility and quorum sensing – a bacterial communication for collective behaviour. The adhesion dynamics was successfully quantified in a newly designed experimental setup. Real-time adhesion was also quantified in two different geometries, a barrel-like container and a microchannel, showing a spontaneous nutrient, and oxygen-dependent adhesion, with a sudden and irreversible detachment. Proceeding with the colony evolution experiments under a constant resource supply, the colonies first grew exponentially and eventually dispersed from the surface. Dispersion was simultaneous and collective, leaving filamentous-form bacteria on the bottom. It was shown to be triggered at a certain substrate coverage, indicating the importance of the adhered bacteria concentration for a collective response to unfavourable conditions. The progression of this collective dispersion phenomenon was studied by measuring its dependence on the position along a microfluidic PDMS channel under controlled longitudinal laminar flux. In particular, simultaneous monitoring of two different positions in the channel allowed a direct observation of dispersion delay. Furthermore, 2D monitoring revealed both transversal and longitudinal time dependence of the dispersion, both presented as a front-like space-time pattern. This indicated that dispersion is indeed driven by interaction between bacteria. The fact that the dispersion dynamics is independent of colony growth pattern (clustering) rules out the contact and/or hydrodynamical nature of bacterial interaction. Thereby, it is concluded that the coordination of bacterial dispersion is of a biological nature, i.e. quorum sensing-like.
Sažetak (hrvatski) Morska bakterija Vibrio gigantis izolirana je iz Kaštelanskog zaljeva iz ranofaznog prirodnog biofilma te kultivirana. Rezultati su pokazali da je Vibrio gigantis prikladna i prilagodljiva modelna vrsta za istraživanje adhezijske dinamike i razvoja biofilma. NGS analizom pokazana je najveća relativna prisutnost ove vrste u uzorcima biofilma. Njen predviđeni genetski potencijal potvrdio je aktivnost u površinskoj adheziji, bakterijskom gibanju i kolektivnom osjećanju (engl. quorum sensing) – bakterijskoj komunikaciji za kolektivno ponašanje. Dinamika adhezije je uspješno kvantificirana u novodizajniranom eksperimentalnom postavu. Adhezija u stvarnom vremenu je također kvantificirana u dvjema različitim geometrijama, bačvastom spremniku i mikrokanalu, koji su pokazali spontanu adheziju ovisnu o nutrijentima i kisiku, uz naglo i nepovratno odljepljivanje. Nastavljajući s eksperimentima evolucije kolonija pod stalnom opskrbom resursima, kolonije su prvo rasle eksponencijalno, ali bi se u konačnici i raspršile s površine. Raspršenje je bilo istovremeno i kolektivno pri čemu su na dnu ostale filamentne bakterije. Pokazano je da je raspršenje izazvano pri određenoj pokrivenosti supstrata, ukazujući na važnost koncentracije zalijepljenih bakterija u kontroliranom odzivu na nepovoljne uvjete. Napredovanje fenomena kolektivne disperzije je ispitano mjereći njegovu ovisnost o poziciji uzduž mikrofluidnog PDMS kanala, u kontroliranom longitudinalnom laminarnom toku. Konkretno, istovremeno praćenje dva različita položaja u kanalu omogućilo je izravno promatranje kašnjenja disperzije. Nadalje, 2D praćenje otkrilo je i transverzalnu i longitudinalnu vremensku ovisnost disperzije, prikazanu kao prostorno-vremenski uzorak u obliku fronte. To je ukazalo da je disperzija doista potaknuta interakcijom između bakterija. Činjenica da je dinamika disperzije neovisna o uzorku rasta kolonija (klasterima) isključuje kontaktnu i/ili hidrodinamičku prirodu bakterijske interakcije. Time se zaključuje da je koordinacija bakterijske disperzije biološke prirode, tj. nalik na komunikaciju quorum sensingom.
Ključne riječi
Adhesion dynamics
bacterial biofilm
colony evolution
dispersion dynamics
Vibrio gigantis
Ključne riječi (hrvatski)
Dinamika adhezije
bakterijski biofilm
evolucija kolonija
dinamika disperzije
Vibrio gigantis
Jezik engleski
URN:NBN urn:nbn:hr:166:648948
Studijski program Naziv: Biofizika Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: doktorski studij Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti (dr. sc. natur.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg 136 str. ; 30 cm
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Javna napomena Povjerljivost informacija vezanih uz dijelove rezultata istraživanja je zatražena od autora zbog zaštite intelektualnog vlasništva. Povjerljive informacije nalaze se od 24. do 44. te od 74. do 131. str.
Datum i vrijeme pohrane 2024-05-29 13:33:05