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Probing Aspergillus niger spore dynamics: A droplet – based microfluidic approach for single-spore analysis and stressor evaluation

Timofeev, S.M. und Engwer, C. und Schulze-Bockeloh, F. und Brix, K. und Kleine-Brüggeney, H. und Göhre, V. und Kautenburger, R. und Leuko, S. (2025) Probing Aspergillus niger spore dynamics: A droplet – based microfluidic approach for single-spore analysis and stressor evaluation. VAAM 2025, 2025-03-23 - 2025-03-26, Bochum, Deutschland.

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Kurzfassung

Aspergillus niger spores demonstrate complex and heterogeneous responses to environmental stressors, which complicates efforts to control fungal growth and resistance. In this study, we used a droplet – based microfluidic system to encapsulate individual A. niger spores in hydrogel beads, creating a 3D microenvironment conducive to controlled, high-resolution monitoring. This platform facilitates single-cell time-lapse microscopy, enabling detailed observation of germination patterns and branching behaviors across up to 1500 spores in a single experiment. To evaluate the effects of copper ions (Cu²⁺, delivered as CuSO₄ solution) and the antifungal agent caspofungin, we measured parameters such as swelling events, swelling size, hyphal area and main hyphae length. Initial findings revealed a pronounced heterogeneity in germination and outgrowth behavior under copper stress, even in a species known for its robust copper homeostasis mechanisms. The treatment with caspofungin in comparison to led to a 175% increase in swelling size and elevated the fraction of swollen spores in wild-type strains, while exposure to a 10 mM CuSO₄ solution resulted in a reduction across all growth metrics. ICP-MS measurements of copper content before and after incubatio over 24h on chip further indicated potential uptake of Cu²⁺ ions by spores within the hydrogel matrix. Viability and cell wall integrity assessments via LIVE/DEAD fluorescence and calcofluor white staining confirmed the spores' responses to these treatments. This research highlights the nuanced, stress-induced heterogeneity in A. niger"s physiological responses and underscores the potential of microfluidic systems as powerful tools for real-time, high-throughput fungal analysis. This approach offers new insights for antifungal development and fungal behavior under metal-induced stress.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213541/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Probing Aspergillus niger spore dynamics: A droplet – based microfluidic approach for single-spore analysis and stressor evaluation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Timofeev, S.M.Stella.Timofeev (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Engwer, C.Evorion Biotechnologies GmbH, Münster, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schulze-Bockeloh, F.Evorion Biotechnologies GmbH, Münster, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brix, K.Saarland University, Department of Inorganic Solid-State Chemistry, Saarbrücken, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kleine-Brüggeney, H.Evorion Biotechnologies GmbH, Münster, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Göhre, V.TU Darmstadt, Department of Chemical Technology and Biotechnology, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kautenburger, R.Saarland University, Department of Inorganic Solid-State Chemistry, Saarbrücken, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leuko, S.Stefan.Leuko (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0423-0896NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aspergillus niger spores, antifungal development, fungal behavior, metal-induced stress
Veranstaltungstitel:VAAM 2025
Veranstaltungsort:Bochum, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:23 März 2025
Veranstaltungsende:26 März 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt ISS LIFE 2.0
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Strahlenbiologie
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Gravitationsbiologie
Hinterlegt von: Kopp, Kerstin
Hinterlegt am:16 Apr 2025 16:09
Letzte Änderung:16 Apr 2025 16:09

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