Browsing by Author "Aspar, Gamze Nur"

Now showing 1 - 2 of 2

Growth Phase-Dependent Changes in Conformational and Physicochemical Properties of Bacterial Surface Biopolymers Lead To Changes in Bacterial Adhesion Strength at Nanoscale and Macroscale
(Elsevier, 2024) Aspar, Gamze Nur; Gördeşli-Duatepe, F. Pınar
This study presents a detailed investigation into conformational, physicochemical and adhesive characteristics of biopolymers on the surfaces of Escherichia coli and potential probiotic Bacillus subtilis harvested from middleexponential phase (mid-EP), late-exponential phase (late-EP) and early-stationary phase (early-SP) of growth. The lengths to which bacterial surface biopolymers extend (biopolymer brush lengths), densities of grafted bacterial surface biopolymers indicating the amounts of molecules covering the bacterial surfaces (biopolymer grafting densities), adhesion forces of bacterial surface biopolymers to the model inert surfaces of silicon nitride (Si3N4), and the pull-off distances of biopolymers from Si3N4 were measured in water by atomic force microscopy (AFM). The Weibull analysis of AFM adhesion data showed that as the culture aged, the adhesive bonds between Si3N4 AFM tips and surface molecules of E. coli harvested from the culture were broken with a higher applied force. However, the highest applied force to break the bonds was required for B. subtilis in late-EP, followed by those required for cells in early-SP and mid-EP, respectively. The results of a steric model fitting to AFM approach force-distance (FD) curves and analysis of the pull-off distances in the AFM retraction FD curves showed higher biopolymer grafting density for E. coli in early-SP and longer biopolymer brush layer for B. subtilis in late-EP, which were associated with stronger adhesion to Si3N4 in water. The results of thermodynamic adhesion energy calculations based on the Wu model showed that polar interaction energy dominated the bacterial adhesion at the macroscale, the strength of which varied as a function of the growth phase for both E. coli and B. subtilis. The growth phase-dependent variation in polar components of thermodynamic adhesion energies between the bacteria and Si3N4 in water was consistent with the growth phase-dependent variation in the bond strengths between the bacteria and Si3N4 in water as revealed by the Weibull analysis of AFM adhesion data. Therefore, information obtained by Weibull analysis of nanoscale AFM bacterial adhesion data can be used to predict macroscale bacterial adhesion to the model inert Si3N4 surface in water.
Role of Growth Phase in Physiochemical Properties and Adhesion Capacities of Escherichia Coli and Bacillus Subtilis Cells at the Nano- and Macro- Scales
(İzmir Ekonomi Üniversitesi, 2021) Aspar, Gamze Nur; Duatepe, Fatma Pınar Gördesli
Bakteriyel adezyon, üretimi bakteri büyüme fazına/zamanına bağlı olan bakteriyel yüzey biyopolimerlerinin fizyokimyasal özellikleri gibi birçok faktörden etkilenen karmaşık bir süreçtir. Bu tezde, farklı büyüme fazlarına/zamanlarına bağlı olarak meydana gelen Gram-negatif E. coli ve Gram-pozitif B. subtilis hücrelerinin yüzey fizyokimyasal özelliklerindeki değişikliklerin, bakteri hücrelerinin yüzeylere adezyon kapasitesini nasıl etkilediği nano- ve makro-ölçekte araştırılmıştır. Bakteri hücreleri ve silikon nitrat problar arasındaki nano ölçekli adezyon kuvvetleri ve enerjileri atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile su ve bir tampon solüsyonu altında ölçülmüştür. Su içerisindeki nano ölçekli adezyon kuvvetleri ve enerjileri deneyinden elde ettiğimiz sonuçlarımız, en yüksek adezyon kapasitesinin 4.5 saat büyütülen B. subtilis için ölçüldüğünü, E. coli için ise en yüksek adezyon kapasitesinin 6.5 saat büyütülen hücreler için ölçüldüğünü göstermiştir. Bununla birlikte, divalent katyonlar içeren tampon çözeltisindeki hücrelerin adezyon kapasitelerinin, su altındakine göre çok daha düşük olduğu AFM ölçümleri ile bulunmuştur. Makro-ölçekte termodinamik yaklaşım kullanılarak yapılan deneyler sonucunda elde edilen bakteriyel adezyon karşılaştırmaları, AFM kullanılarak nano-ölçekte elde edilen karşılaştırmalar ile doğrudan benzerlik göstermiştir. Termodinamik yaklaşım ayrıca hücre yüzeyinin hidrofobisite ve polarite gibi fizyokimyasal özellikleri hakkında da bilgi sağlamıştır. AFM sonuçları ile birleştirildiğinde, E. coli için lipopolisakkaritlerin (LPS'lerin) ve B. subtilis için hücre-duvarı ilişkili teikoik asitlerin (WTA'ların) hem nano hem de makro düzeylerde bakterilerin adezyonuna öncülük ettiği sonucuna varılmıştır. Bakterilerin bu negatif yüklü yüzey biyopolimerlerinin miktarı ve bunlarla ilişkili adezyon kapasiteleri, hücrelerin büyüme fazı/zamanı ile değişmiştir.