TY - THES A1 - Breitenbach, Romy T1 - Biochemische und physiologische Charakterisierung der extrazellulären Matrix eines Modellbiofilms N2 - An der Grenzschicht zwischen einer festen Oberfläche und der umgebenden Luft wachsende subaerische Biofilme (SAB) zeichnen sich durch eine erhöhte Toleranz gegenüber extremen Umweltbedingungen und dem Eintrag von Bioziden aus. Dieser Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen wird vornehmlich durch den Beitrag von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) und Pigmenten, wie Melanin und Carotinoiden, vieler unterschiedlicher Organismen gewährleistet. Deren Synthese wird wiederum durch intrazelluläre Botenstoffe reguliert. Das Cyanobakterium Nostoc punctiforme und der mikrokoloniale Pilz Knufia petricola, als Partner eines etablierten SAB-Modells und Vertreter zweier typischer Organismengruppen in SAB, wurden genutzt, um Botenstoffe und Pigmente genetisch zu manipulieren und die Biofilmmatrix dieser Mutanten strukturell zu untersuchen. In dieser Arbeit konnten erstmals die EPS beider Organismen extrahiert und die Struktur der extrazellulären Polysaccharide beschrieben werden. Daneben wurden die extrazellulären Polysaccharide von K. petricola Wildtyp mit denen verschiedener Pigmentmutanten verglichen. Das Fehlen des Schutzpigmentes Melanin führte zu einer ausgeprägteren extrazellulären Matrix in den Biofilmen. Gleichzeitig änderte sich die Struktur der extrazellulären Polysaccharide. Während der Wildtyp zu ~80% ein α-Glucan und zu ~20% ein α/β-Galaktomannan sekretierte, war der Anteil des Galaktomannans bei den Melaninmutanten erhöht. Das Ausschalten der Carotinoid-Synthese hatte jedoch keinen Einfluss auf die Beschaffenheit der extrazellulären Polysaccharide. Ein deutlich komplexeres extrazelluläres Polysaccharid aus acht verschiedenen Monosaccharid-Einheiten bildete N. punctiforme. Durch die Überproduktion des bakteriellen sekundären Botenstoffes c-di-GMP konnte zudem ein grundlegender Einfluss auf die Reaktion des Cyanobakteriums gegenüber externen Signalen und die damit verbundene Zelldifferenzierung gezeigt werden. Ein artifiziell erhöhtes c-di-GMP-Level in den Zellen führte zur Ausbildung eines sessilen Lebensstils durch Hemmung der Differenzierung motiler Hormogonien und vermehrte Produktion von EPS. Die Struktur der extrazellulären Polysaccharide wurde dadurch nicht verändert. Neben der strukturellen Analyse konnten die Veränderungen der extrazellulären Matrix beider Organismen zusätzlich durch mikroskopische Methoden visualisiert werden. Beide Organismen steuern komplexe Polymere, deren Produktion maßgeblich mit intrazellulären Faktoren verknüpft ist, zu der extrazellulären Matrix des Modellbiofilms bei. KW - Biofilm KW - EPS KW - Extrazelluläre Polysaccharide PY - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-471747 SP - 1 EP - 198 CY - Berlin AN - OPUS4-47174 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Breitenbach, Romy A1 - Silbernagl, Dorothee A1 - Toepel, J. A1 - Sturm, Heinz A1 - Broughton, William J. A1 - Sassaki, G. L. A1 - Gorbushina, Anna T1 - Corrosive extracellular polysaccharides of the rock-inhabiting model fungus Knufia petricola N2 - Melanised cell walls and extracellular polymeric matrices protect rock-inhabiting microcolonial fungi from hostile environmental conditions. How extracellular polymeric substances (EPS) perform this protective role was investigated by following development of the model microcolonial black fungus Knufia petricola A95 grown as a sub-aerial biofilm. Extracellular substances were extracted with NaOH/formaldehyde and the structures of two excreted polymers studied by methylation as well as NMR analyses. The main polysaccharide (~ 80%) was pullulan, also known as α-1,4-; α-1,6-glucan, with different degrees of polymerisation. Αlpha-(1,4)-linked-Glcp and α-(1,6)-linked-Glcp were present in the molar ratios of 2:1. A branched galactofuromannan with an α-(1,2)-linked Manp main chain and a β-(1,6)-linked Galf side chain formed a minor fraction (~ 20%). To further understand the roles of EPS in the weathering of minerals and rocks, viscosity along with corrosive properties were studied using atomic force microscopy (AFM). The kinetic viscosity of extracellular K. petricola A95 polysaccharides (≈ 0.97 × 10-6 m2 s-1) ranged from the equivalent of 2% (w/v) to 5% glycerine, and could thus profoundly affect diffusion-dominated processes. The corrosive nature of rock-inhabiting fungal EPS was also demonstrated by its effects on the aluminium coating of the AFM cantilever and the silicon layer below. KW - Corrosion KW - EPS KW - Melanised microcolonial fungi (MCF) KW - Pullulan KW - Sub-aerial biofilms (SAB) KW - α-1,4- and α-1,6-glucans KW - AFM cantilever vibration KW - Nanoviscosity KW - Nanocorrosion of aluminium and silicon PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-435910 SN - 1433-4909 SN - 1431-0651 VL - 22 IS - 2 SP - 165 EP - 175 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-43591 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breitenbach, Romy A1 - Toepel, Jörg A1 - Vandrich, Jasmina T1 - The role of c-di-GMP in biofilm formation of the filamentous cyanobacterium Nostoc punctiforme N2 - The signaling molecule c-di-GMP is a ubiquitous second messenger in bacterial species including cyanobacteria. C-di-GMP stimulates the biosynthesis of extracellular polymeric substances (EPS) in biofilms and regulates the transition between a motile and a sessile life style in many bacteria. In our study we focus on c-di-GMP function and EPS production associated with biofilm Formation in Nostoc punctiforme, which is known to produce EPS in biofilms and liquid culture. T2 - VAAM-Jahrestagung 2016 CY - Jena, Germany DA - 13.03.2016 KW - Cyanobacteria KW - EPS KW - C-di-GMP PY - 2016 AN - OPUS4-37974 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -