Javna obrana doktorskog rada studenta
doktorskog studija BIOFIZIKA
LUKE GUJINOVIĆA, mag. phys.
pod naslovom
“ADHESION AND DISPERSION DYNAMICS OF MARINE BACTERIA ON A SOLID SUBSTRATE”
održat će se u petak, 3. svibnja 2024., u 15:30 sati na Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Splitu, u amfiteatru A0-1, pred članovima Stručnog povjerenstva:
1. prof. dr. sc. Ante Bilušić, Prirodoslovno matematički fakultet u Splitu, predsjednik,
2. dr. sc. Nelly Henry, Research Director, Laboratoire Jean Perrin, CNRS/Sorbonne Université, članica,
3. prof. dr. sc. Marija Raguž, Medicinski fakultet u Splitu, članica.
Mentor i komentor:
prof. dr. sc. Dražen Zanchi – MSC laboratory UFR de Physique Faculte des Sciences Universite de Paris Cite i doc. dr. sc. Ivica Šamanić – Prirodoslovno matematički fakultet u Splitu.
Pozivaju se svi zainteresirani da prisustvuju obrani doktorskog rada.
Naslov: DINAMIKA ADHEZIJE I RASPRŠENJA MORSKE BAKTERIJE NA ČVRSTOM SUPSTRATU
SAŽETAK:
Morska bakterija Vibrio gigantis izolirana je iz Kaštelanskog zaljeva iz ranofaznog prirodnog biofilma te kultivirana. Rezultati su pokazali da je Vibrio gigantis prikladna i prilagodljiva modelna vrsta za istraživanje adhezijske dinamike i razvoja biofilma. NGS analizom pokazana je najveća relativna prisutnost ove vrste u uzorcima biofilma. Njen predviđeni genetski potencijal potvrdio je aktivnost u površinskoj adheziji, bakterijskom gibanju i kolektivnom osjećanju (engl. quorum sensing) – bakterijskoj komunikaciji za kolektivno ponašanje. Dinamika adhezije je uspješno kvantificirana u novodizajniranom eksperimentalnom postavu. Adhezija u stvarnom vremenu je također kvantificirana u dvjema različitim geometrijama, bačvastom spremniku i mikrokanalu, koji su pokazali spontanu adheziju ovisnu o nutrijentima i kisiku, uz naglo i nepovratno odljepljivanje. Nastavljajući s eksperimentima evolucije kolonija pod stalnom opskrbom resursima, kolonije su prvo rasle eksponencijalno, ali bi se u konačnici i raspršile s površine. Raspršenje je bilo istovremeno i kolektivno pri čemu su na dnu ostale filamentne bakterije. Pokazano je da je raspršenje izazvano pri određenoj pokrivenosti supstrata, ukazujući na važnost koncentracije zalijepljenih bakterija u kontroliranom odzivu na nepovoljne uvjete. Napredovanje fenomena kolektivne disperzije je ispitano mjereći njegovu ovisnost o poziciji uzduž mikrofluidnog PDMS kanala, u kontroliranom longitudinalnom laminarnom toku. Konkretno, istovremeno praćenje dva različita položaja u kanalu omogućilo je izravno promatranje kašnjenja disperzije. Nadalje, 2D praćenje otkrilo je i transverzalnu i longitudinalnu vremensku ovisnost disperzije, prikazanu kao prostorno-vremenski uzorak u obliku fronte. To je ukazalo da je disperzija doista potaknuta interakcijom između bakterija. Činjenica da je dinamika disperzije neovisna o uzorku rasta kolonija (klasterima) isključuje kontaktnu i/ili hidrodinamičku prirodu bakterijske interakcije. Time se zaključuje da je koordinacija bakterijske disperzije biološke prirode, tj. nalik na komunikaciju quorum sensingom.
Title: ADHESION AND DISPERSION DYNAMICS OF MARINE BACTERIA ON A SOLID SUBSTRATE
ABSTRACT:
The marine bacterium Vibrio gigantis was isolated from Kaštela Bay from wild early-phase biofilm and cultivated. The results showed that Vibrio gigantis can be used as an appropriate and versatile model species for adhesion dynamics and biofilm evolution research. NGS analysis confirmed the highest relative abundance of this species inside biofilm samples. Its predicted genetic potential confirmed the activity in surface adhesion, cell motility and quorum sensing – a bacterial communication for collective behaviour. The adhesion dynamics was successfully quantified in a newly designed experimental setup. Real-time adhesion was also quantified in two different geometries, a barrel-like container and a microchannel, showing a spontaneous nutrient, and oxygen-dependent adhesion, with a sudden and irreversible detachment. Proceeding with the colony evolution experiments under a constant resource supply, the colonies first grew exponentially and eventually dispersed from the surface. Dispersion was simultaneous and collective, leaving filamentous-form bacteria on the bottom. It was shown to be triggered at a certain substrate coverage, indicating the importance of the adhered bacteria concentration for a collective response to unfavourable conditions. The progression of this collective dispersion phenomenon was studied by measuring its dependence on the position along a microfluidic PDMS channel under controlled longitudinal laminar flux. In particular, simultaneous monitoring of two different positions in the channel allowed a direct observation of dispersion delay. Furthermore, 2D monitoring revealed both transversal and longitudinal time dependence of the dispersion, both presented as a front-like space-time pattern. This indicated that dispersion is indeed driven by interaction between bacteria. The fact that the dispersion dynamics is independent of colony growth pattern (clustering) rules out the contact and/or hydrodynamical nature of bacterial interaction. Thereby, it is concluded that the coordination of bacterial dispersion is of a biological nature, i.e. quorum sensing-like.
