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The adhesion capability of Staphylococcus aureus cells is heterogeneously distributed over the cell envelope

Spengler, Christian und Maikranz, Erik und Glatz, Bernhard und Klatt, Michael Andreas und Heintz, Hannah und Bischoff, Markus und Santen, Ludger und Fery, Andreas und Jacobs, Karin (2024) The adhesion capability of Staphylococcus aureus cells is heterogeneously distributed over the cell envelope. Soft Matter, 20 (3), Seiten 484-494. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D3SM01045G. ISSN 1744-683X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1039/D3SM01045G

Kurzfassung

Understanding and controlling microbial adhesion is a critical challenge in biomedical research, given the profound impact of bacterial infections on global health. Many facets of bacterial adhesion, including the distribution of adhesion forces across the cell wall, remain poorly understood. While a recent ‘patchy colloid’ model has shed light on adhesion in Gram-negative Escherichia coli cells, a corresponding model for Gram-positive cells has been elusive. In this study, we employ single cell force spectroscopy to investigate the adhesion force of Staphylococcus aureus. Normally, only one contact point of the entire bacterial surface is measured. However, by using a sine-shaped surface and recording force-distance curves along a path perpendicular to the rippled structures, we can characterize almost a hemisphere of one and the same bacterium. This unique approach allows us to study a greater number of contact points between the bacterium and the surface compared to conventional flat substrata. Distributed over the bacterial surface, we identify sites of higher and lower adhesion, which we call ‘patchy adhesion’, reminiscent of the patchy colloid model. The experimental results show that only some cells exhibit particularly strong adhesion at certain locations. To gain a better understanding of these locations, a geometric model of the bacterial cell surface was created. The experimental results were best reproduced by a model that features a few (5-6) particularly strong adhesion sites (diameter about 250 nm) that are widely distributed over the cell surface. Within the simulated patches, the number of molecules or their individual adhesive strength is increased. A more detailed comparison shows that simple geometric considerations for interacting molecules are not sufficient, but rather strong angle-dependent molecule-substratum interactions are required. We discuss the implications of our results for the development of new materials and the design and analysis of future studies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202658/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The adhesion capability of Staphylococcus aureus cells is heterogeneously distributed over the cell envelope
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Spengler, ChristianNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-0504-1149NICHT SPEZIFIZIERT
Maikranz, ErikNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-6162-3605NICHT SPEZIFIZIERT
Glatz, BernhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klatt, Michael Andreasmichael.klatt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1029-5960154571307
Heintz, HannahNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0008-8400-176XNICHT SPEZIFIZIERT
Bischoff, MarkusNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-6734-2732NICHT SPEZIFIZIERT
Santen, LudgerNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fery, AndreasNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-6692-3762NICHT SPEZIFIZIERT
Jacobs, KarinNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-2963-2533NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2024
Erschienen in:Soft Matter
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:20
DOI:10.1039/D3SM01045G
Seitenbereich:Seiten 484-494
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:1744-683X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cell adhesion; stochastic geometry; atomic force microscope
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - keine Zuordnung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Klatt, Dr. Michael Andreas
Hinterlegt am:04 Mär 2024 08:17
Letzte Änderung:04 Mär 2024 12:27

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