Detailansicht
Numerical simulation of Escherichia coli bacteria under strong confinement
Selma Maria Köhler
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Andreas Zöttl
DOI
10.25365/thesis.80942
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-14493.15128.690867-5
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Escherichia coli (kurz: E. coli) gehören zu den häufigsten Bakterien der Welt. Sie bewegen sich effizient auf Oberflächen, und sind besonders effektiv darin, schmale Kanäle zu infizieren. Sie verursachen bis zu drei Viertel der Harnwegsinfektionen (UTIs), besonders solche, die innerhalb von Gesundheits- und Pflegeeinrichtungen im Zusammehang mit Kathetern entstehen. Obwohl viele Faktoren die Populationsdynamik und Kinematik von E. coli beeinflussen, und das Gebiet aktiv und aus vielen Perspektiven beforscht wird, sind einige Phänomene nach wie vor kaum verstanden. Diese Masterarbeit wurde insbesondere durch eine experimentelle Beobachtung aus dem Jahr 2008 motiviert, die zeigte, dass E. coli unter starker räumlicher Einschränkung ihre üblicherweise bevorzugte Schwimmrichtung invertieren. Mithilfe eines einfachen Modells von scheibenförmigen Mikroschwimmern in unendlich langen, schmalen Kanälen reproduzieren wir diesen Effekt und versuchen, ihn zu erklären, indem wir die Ergebnisse mit theoretischen Modellen und experimentell gemessenen Trajektorien vergleichen. Dafür dürfen wir mit Experimentalphysikern der ESPCI Paris, besonders mit Peixin Zhang und dem Team von Anke Lindner, kollaborieren. Gemeinsam konzentrieren wir uns auf die Dynamik der Bakterienbewegung in den Kanalecken und die anfängliche Zellverteilung, während wir verschiedenste Parameter variieren. Wir stellen fest, dass die Rand-Schwimmdynamik von E. coli im Wesentlichen durch die Geometrie bestimmt wird: durch das Verhältnis zwischen ihrem Schwimmradius und der Kanalbreite.
Abstract
(Englisch)
Escherichia coli (E. coli) are among the most common bacteria in the world. They move efficiently on surfaces and in confined geometries, such as medical catheters. They cause a large fraction of urinary tract infections (UTIs), accounting for up to three-quarters of reported cases. While many factors influence the population dynamics and kinematics of E. coli, some phenomena remain poorly understood. This Master’s thesis was motivated specifically by a 2008 experimental observation that E. coli reverse their usual preferred surface swimming direction under strong confinement. Using a simple model of disk-shaped microswimmers in infinitely long, narrow channels, we reproduced this effect in simulations. Thanks to our colleagues, Anke Lindner’s Team at ESPCI Paris, and especially Peixin Zhang, we could compare our results with theoretical models and experimentally measured trajectories. We focused on edge-attachment dynamics and initial cell distributions while varying confinement parameters. We found that E. coli edge-swimming dynamics are governed mainly by geometry: the relationship between their swimming radius and the channel width.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Aktive Materie Physik der weichen Materie Mikroschwimmer
Schlagwörter
(Englisch)
Active matter Emergent colloids Soft matter physics
Autor*innen
Selma Maria Köhler
Haupttitel (Englisch)
Numerical simulation of Escherichia coli bacteria under strong confinement
Paralleltitel (Deutsch)
Numerische Simulation von Escherichia coli-Bakterien in schmalen Kanälen
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
81 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Zöttl
Klassifikation
33 Physik > 33.90 Physik in Beziehung zu anderen Fachgebieten
AC Nummer
AC17843543
Utheses ID
80274
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |