title: Biofilm formation in the thermoacidophilic crenarchaea Sulfolobus spp.
title: Biofilm formation in the thermoacidophilic crenarchaea Sulfolobus spp.
title: Biofilm Bildung der thermoacidophilen Crenarchaea Sulfolobus spp.
Creators: name: Koerdt, Andrea
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: subject: Anheftung
subject: Biowissenschaften, Biologie
subject: Architektur
subject: Architecture
subject: FOS: Civil engineering
subject: Biofilm
subject: Attachment,
subject: Biofilm formation
subject: Surface appendages
subject: Zell Anhänge

description: In dieser Studie wurden
      Biofilmanalysen an Crenarchaeota durchgeführt, welche die
      ersten tiefergehenden Untersuchungen an archaealen Biofilm
      überhaupt sind. Es wurden Methoden für die Analyse von
      Biofilm entwickelt, wie zum Beispiel der Mikrotiter Assay,
      CLSM und das Färben zur Detektion von Biofilm. Die verwandten
      Stämme S. solfataricus, S. acidocaldarius und S. tokodaii
      zeigten erhebliche Unterschiede in ihrer Biofilmarchitektur
      (von teppich- bis zu turmartigen Strukturen), im Protein- und
      Transkriptionsmuster, als auch im Bedarf von Zellanhängen für
      die Biofilmentwicklung. In der Biofilmmatrix konnten hohe
      Anteile an Zuckern (Mannose-, Glucose-,
      N-acetyl-D-glucosamin- und Galactosylreste) detektiert
      werden, wobei derzeit noch unklar ist, ob diese Zucker auf
      Exopolysaccharide, glykosylierte Proteine oder beides
      zurückzuführen sind. Zusätzlich wurden in der Biofilmmatrix
      geringe Mengen an eDNA nachgewiesen, die allerdings nicht für
      die Stabilität und Struktur des Biofilms benötigt werden.
      Auffällig war, dass alle Stämme unterschiedliche Reaktionen
      im Biofilm unter Stressbedingungen zeigten (Temperatur, pH
      und Eisen). Gene, die möglicherweise in Archaea generell eine
      Rolle in der Biofilmbildung spielen sind der
      Transkriptionsregulator Lrs14 und FabG, welches
      möglicherweise an einem neuartigen „quorum sensing system“
      von Archaeen beteiligt ist. Weitere interessante
      Beobachtungen wurden bei der Analyse von Mutanten und dem
      Einfluss von Oberflächenstrukturen auf Biofilm Formation und
      Anheftung gemacht. Während S. solfataricus sowohl die
      Flagelle als auch den Ups-Pilus für die Anheftung an
      Oberflächen benötigt, sind diese für die weitere
      Biofilmformation weniger essentiell. Ein anderes Ergebnis
      wurde bei S. acidocaldarius erzielt, wo die Deletion von
      mindestens zwei Anhängen zu einer reduzierten Anheftung
      führte. Eine Ausnahme war hier das Anheften das bei Mutanten
      beobachtet wurde, die nur noch den Aap-Pilus besaßen
      (Steigerung um 150%). Die einzelnen Deletion von
      Oberflächenstrukturen hatte zudem auch Einfluss auf die
      Biofilmarchitekturen (drei verschiedene Phänotypen). Ein GFP
      wurde adaptiert und bietet nun die Möglichkeit für Biofilm
      Analysen von S. acidocaldarius. Abschließend hat eine in vivo
      Analyse der Ssα-man einen Einfluss auf die
      Zuckerzusammensetzung des EPS in S. solfataricus ergeben.
      Wobei aufgrund der erzielten Ergebnisse, nicht auszuschließen
      ist, dass dieses Protein in Sulfolobus spp. an einer
      möglichen Prozessierung des Glycan beteiligt ist.
description: In this study, the first analysis
      of crenarchaeal biofilm was performed. Furthermore, this work
      represents the first in-depth investigation of archaeal
      biofilm at all. Methods for the analysis of hyperthermophilic
      biofilm were developed, for instance, microtiter assay, CLSM,
      and detection of biofilm by fluorescent probes. Furthermore,
      it was shown that the three related strains S. solfataricus,
      S. acidocaldarius and S. tokodaii exhibit a high number of
      differences related to the architecture (carpet-like ranging
      to tower-like structures), protein and expression pattern,
      and the requirement of surface appendages. It was revealed
      that the matrix of biofilm contains a high amount of sugars
      (mannose, glucose, N-acetyl-D-glucosamine and galactosyl
      residues), while it is still unclear if these sugars are
      present in the exopolysaccharides, glycosylated proteins or
      both. Furthermore, the matrix included low levels eDNA which
      are not important for the stability and structure of the
      biofilm. Remarkable was the fact that the strains showed
      different reactions when they were exposed to stressful
      conditions (temperature, pH, and iron). Commonly required
      genes/proteins in all three Sulfolobus ssp. included
      Lrs14-like transcriptional regulators and FabG, which could
      be involved in a novel-archaea quorum sensing system. Another
      interesting aspect considered the impact of surface
      appendages to attachment and biofilm formation. S.
      solfataricus requires the flagella and the Ups-pili for
      surface attachment, but they seemed to be less important for
      biofilm formation. In contrast, S. acidocaldarius exhibited
      differences in surface attachment dependent on the presence
      of surface structures, while at least two appendages needed
      to be deleted before a significant reduction of attachment
      could be observed. The exception was the mutant which
      exhibited just the Aap-pili and had a higher affinity to the
      surface (150% increased). Additionally, the architecture of
      the biofilm changed in dependency on the appendages as well
      (three distinct phenotypes were observed). Furthermore, it
      was also possible to adapt a GFP usable for the study of
      biofilm formation in S. acidocaldarius. Finally, in vivo
      analyses of the expression of Ssα-man discovered the
      involvement in the sugar modification of the EPS in S.
      solfataricus. The result of this study indicated the
      possibility that glycan trimming might be existent in
      Sulfolobus spp.