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Organisationseinheit der BAM
The role of c-di-GMP in biofilm formation of the filamentous cyanobacterium Nostoc punctiforme
(2015)
Fungal extracellular materials reinforce a constant interaction between their cell wall and the environment. A dynamic mixture of chitin, glucans, mannans, glycoproteins, glycolipids and pigments supports the success of all fungal life styles – from symbiotic to the free-living and pathogenic. Fungi are perfectly adapted to grow on surfaces and in porous environments, where they form medically and geochemically relevant biofilms. Fungal EPS are critical in adhesion to other fungi, other cells or substratum as well as in the following interaction with the host immune system or material they attack, degrade and deteriorate respectively. Characterisation of extracellular compounds and understanding of its function is necessary to limit damage caused by fungal activity. All necessary methodology from chemical characterization to complete genetic analyses has been developed for medically important fungi. Now it is time to apply this knowledge to the numerous, largely aerobic and very active organisms that occupy a wide range of atmosphere-exposed habitats in the upper lithosphere. One can expect that analogies between medically- and environmentally-relevant model fungal species will help us to address the dynamics of the fungal cell EPS matrix in much more efficient and widely applicable ways.
Fungal melanins are distinctive markers of rock-inhabiting ascomycetes. These complex polyphenols play important roles in stress tolerance while being essential components of fungal cell walls and useful biomarkers. Here we report signatures of melanins and carotenoids in pigment mutant strains of the black yeast Knufia petricola A95 using Raman spectroscopy
The role of c-di-GMP in biofilm formation of the filamentous cyanobacterium Nostoc punctiforme
(2016)
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.
Biochemische und physiologische Charakterisierung der extrazellulären Matrix eines Modellbiofilms
(2018)
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.
Data for the publication "The role of extracellular polymeric substances of fungal biofilms in mineral attachment and weathering" (https://doi.org/10.1038/s41529-022-00253-1). It includes:
- The Summary of the EPS concentration, EPS sugar components and EPS linkages.
- The Summary of the XPS analysis of freeze-dried biofilm samples of all strains.
- The Summary of the pH, Mg, SI and Fe concentration, biomass and olivine dissolution rate for each time point of all dissolution experiments.