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Attachment and colonization patterns in microbial biofilms
Clemens Karwautz
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Tom Battin
DOI
10.25365/thesis.7630
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30129.06866.369762-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In natürlichen aquatischen Ökosystemen übersteigt die Zahl der an Oberflächen anhaftenden Mikroorganismen die Zahl jener Mikroorganismen, die in der freien Wassersäule suspendiert sind. Mikrobielle Zellen bilden eine hoch strukturierte, in eine Matrix eingeschlossene Gemeinschaft, so genannte Biofilme. Biofilme werden heute als mikrobielle Landschaften begriffen, in denen lokale Gemeinschaften Teil eines großen mikrobiellen Netzwerks sind. Der Austausch von Zellen durch diese Landschaften erfolgt mittels Verbreitung und es wird vermutet, dass diese Vorgänge die lokalen Biozönosen gestalten und formen. Das Ziel dieser Studie ist die Untersuchung von möglichen Kolonisationsmustern der anfangs suspendierten Zellen in einem bestehenden Biofilm. Die Biofilme wuchsen auf Keramikkacheln in Laborrinnen unter laminaren und turbulenten Strömungsbedingungen. Nach 1, 2 und 6 Wochen Biofilmwachstums wurden die, mit einem Vitalfarbstoff (5-Carboxy-fluoresceindiacetat-acetoxymethylester) gefärbten suspendierten Zellen, zusammen mit Latex Mikrokugeln (Ø 1µm) in die Rinnen zugegeben und für 36 Stunden rezirkuliert. Die Verringerung der Partikelkonzentration in der Wassersäule wurde überwacht, um die Abnahmeraten für Mikroorganismen und Mikrokugeln zu bestimmen. Biofilmproben wurden nach 24 Stunden genommen, um die Abundanz von kolonisierenden Zellen und Mikrokugeln als auch deren räumliche Verteilung zu ermitteln. Für Letzteres wurden Gefrierschnitte der Biofilmproben nach 24 und 36 Stunden angefertigt. Beide Partikel zeigten anfangs eine starke Abnahme; besonders die Abnahme der Mikrokugeln aus der Wassersäule erfolgte schneller als die der Zellen. Die mikroskopische Analyse der Gefrierschnitte zeigte eine Klumpung, sowohl der Mikrokugeln, als auch der mikrobiellen Zellen im Biofilm. Diese Studie gibt einen Hinweis darauf, dass hydrodynamische Prozesse und Biofilmeigenschaften gemeinsam die räumliche Verteilung der kolonisierenden Zellen bestimmen.
Abstract
(Englisch)
In natural aquatic ecosystems, surface-associated microorganisms vastly outnumber organisms in suspension (Costerton et al. 1987; de Carvalho 2007; Marsh and Bowden 2000; Pickett and White 1985; Zobell 1943). Cells aggregate in highly structured matrix-enclosed communities — so called biofilms. Biofilms are now considered as microbial landscapes where local communities become part of the larger microbial network or metacommunity (Battin et al. 2007). Exchange of cells through the landscape occurs via dispersal and is thought to shape local community composition. The aim of our study was to investigate colonization patterns of initially suspended microorganisms in established stream biofilms. Biofilms were grown on ceramic coupons in laboratory flumes under laminar and turbulent flow conditions. After 1, 2 and 6 weeks of growth, respectively, cells labeled with a vital stain (5-Carboxy-fluoresceindiacetat-acetoxymethylester) were co-injected with latex microbeads (Ø 1µm) to the flumes and recirculated for 36 hours. Loss of particle concentration from the bulk water was monitored to estimate removal rates for microorganisms and microbeads. Biofilms were collected after 24 hours to determine the abundance of colonizing cells and beads, and their spatial distribution. Cryosections were made 24 and 36 hours after the injection. Both particles displayed a fast initial decrease, although removal of microbeads was always faster from the water than cells. Microscopic analysis of the cryosections indicated clustering of both colonizers and beads in the biofilms. We present evidence that hydrodynamics and biofilm characteristics collectively drive the spatial distribution of colonizers.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
microbial biofilms dispersal colonization patterns hydrodynamics
Schlagwörter
(Deutsch)
mikrobielle Biofilme Verbreitung Kolonisationsmuster Hydrodynamik
Autor*innen
Clemens Karwautz
Haupttitel (Englisch)
Attachment and colonization patterns in microbial biofilms
Paralleltitel (Deutsch)
Anlagerung und Kolonisationsmuster in mikrobiellen Biofilmen
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
54 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Tom Battin
Klassifikationen
42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines ,
42 Biologie > 42.93 Limnologie
AC Nummer
AC08157974
Utheses ID
6922
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |