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Bakterielle Motilität

Zufallswanderung eines Schwimmers mit polarem Flagellum

Unter den grundlegenden Motilitätsformen in biologischen Systemen ist das bakterielle Schwimmen eines der am weitesten verbreiteten Beispiele. Es spielt eine zentrale Rolle in so unterschiedlichen Prozessen wie der Darmfunktion, der Ausbreitung von Infektionen oder den frühen Stadien der Biofilmbildung. Schwimmende Bakterien treiben sich mit Hilfe von wendelförmigen Flagellen an, die von einem in die Zellwand eingebetteten Rotationsmotor angetrieben werden. Unsere Forschung konzentriert sich auf das Bodenbakterium Pseudomonas putida, ein Schwimmer mit polaren Flagellen, der wegen seiner Fähigkeit, organische Substanzen abzubauen und verschmutzte Umgebungen zu entgiften, viel Aufmerksamkeit erregt hat. Seine Schwimmkurven werden von scharfen Umkehrungen dominiert und zeigen eine charakteristische Umschaltung zwischen zwei wechselnden Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer stark erhöhten mittleren quadratischen Verschiebung führt.


Enge und komplexe Umgebungen

Der natürliche Lebensraum vieler Bakterienschwimmer ist geprägt von Grenzflächen und engen Zwischenräumen, in denen sie häufig mit den Flüssigkeitsgrenzen in ihrer Umgebung interagieren. Um den Einfluss von Wandeffekten und das Zusammenspiel von Schwimmmuster und Umweltgeometrie zu charakterisieren, haben wir das Schwimmen des Bodenbakteriums Pseudomonas putida in einer Vielzahl von begrenzten Mikroumgebungen untersucht. Die PDMS-basierte "soft lithography" ermöglicht es uns, strukturierte Mikrokanäle unterschiedlicher Geometrie und Dimension herzustellen, in denen Einschlusseffekte und damit verbundene Veränderungen des Schwimmverhaltens systematisch untersucht werden können.