Biofilm Bridges Forming Structural Networks on Patterned Lubricant‐Infused Surfaces

Despite many decades of research, biofilm architecture and spreading mechanisms are still not clear because of the heterogenous 3D structure within biofilms. Here, patterned “slippery” lubricant‐infused porous surfaces are utilized to study biofilm structure of Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, and Staphylococcus aureus. It is found that bacteria are able to spread over bacteria‐repellent lubricant‐infused regions by using a mechanism, termed “biofilm bridges”. Here, it is demonstrated that bacteria use bridges to form interconnected networks between distant biofilm colonies. Detailed structure of bridges shows a spatial distribution of bacteria with an accumulation of respiratory active bacteria and biomass in the bridges. The core–shell structure of bridges formed by two‐species mixed population is illustrated. It is demonstrated that eDNA and nutrients have a strong effect on biofilm bridges formation. Thus, it is believed that biofilm bridging is important to reveal the structure and communication within biofilms

Impaired Autonomic Responses to Emotional Stimuli in Autoimmune Limbic Encephalitis

Limbic encephalitis (LE) is an autoimmune-mediated disorder that affects structures of the limbic system, in particular the amygdala. The amygdala constitutes a brain area substantial for processing of emotional, especially fear-related signals. The amygdala is also involved in neuroendocrine and autonomic functions, including skin conductance responses (SCRs) to emotionally arousing stimuli. This study investigates behavioral and autonomic responses to discrete emotion-evoking and neutral film clips in a patient suffering from LE associated with contactin-associated protein-2 (CASPR2)-antibodies as compared to a healthy control group. Results show a lack of SCRs in the patient while watching the film clips, with significant differences compared to healthy controls in the case of fear-inducing videos. There was no comparable impairment in behavioral data (emotion report, valence and arousal ratings). The results point to a defective modulation of sympathetic responses during emotional stimulation in patients with LE, probably due to impaired functioning of the amygdala

Entwicklung und Anwendung eines impedimetrischen und amperometrischen Screening-Systems zur Charakterisierung von Biofilmbildungspotential und -verlauf in Echtzeit

Diese Promotionsarbeit beschreibt die Anwendung und Entwicklung eines Mehrkanal-Sensors zur zeitaufgelösten Biofilmbildungsdetektion und -überwachung. Biofilme, bestehend aus an Oberflächen gebundenen Gemeinschaften aus Mikroorganismen, findet man sowohl in technischen wasserfüh-renden Systemen, als auch im medizinischen Bereich. Dort sind sie als Verursacher von Biokorrosion, Biofouling, Kontaminationen und Infektionen meist unerwünscht. Reinigungs- und Desinfektionspro-zesse zur Entfernung dieser Biofilme erzeugen weltweit immense Kosten. Auf Grund von Forschungs-ergebnissen ist inzwischen bereits einiges über die Entwicklung und das Entstehen von Biofilmen an Modellorganismen bekannt. Viele Fragestellungen, besonders im Bereich der anwendungsbezogenen Detektion von Biofilmen, sind jedoch immer noch nicht gelöst, auch verursacht durch das Fehlen geeigneter Messmethoden. Sensoren, die es ermöglichen, Biofilmwachstum nicht-destruktiv online zu verfolgen, bieten im Gegensatz zu klassischen Methoden Vorteile unter anderem in der zeitlichen Auflösung und der Möglichkeit des Screenings. Derzeit gibt es lediglich wenige solcher Sensoren, die auch noch intrinsische Schwachpunkte aufweisen, wie beispielsweise eine geringe zeitliche Mess-dauer, einen geringen sensitiven Bereich, oder ein statisches Setup. Ziel dieser Dissertation war es daher, einen solchen Sensor zu entwickeln, der es erlaubt, beginnend mit der Adhäsion der Mikroorganismen bis hin zur Langzeit-Reifung des Biofilms unter Ausbildung 3-dimensionaler Strukturen Biofilmwachstum online zu dokumentieren. Ausgehend von einem 2-Kanalprototypen wurde in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Bastian Rapp (früher KIT, Institut für Mikrostrukturtechnik; IMT) ein 48-Kanalbiofilmsensor, basierend auf den beiden elektrochemischen Techniken Impedanzspektroskopie und amperometrischer Messung, entwickelt. Die zunehmende Biomasse eines in einem Sensorkanal anwachsenden Biofilms wurde hierbei durch ein Ansteigen der Inhibition beim Landungstransfer zwischen einem Elektrodenpaar ermittelt. Paral-lel wurde die Aktivität der gebundenen Biomasse über den Elektronenfluss ausgehend von respirati-ons-aktiven oxidativen Prozessen gemessen. Die Verwendung von parallelen Mikrokanälen ermög-licht ein referenziertes, zeitaufgelöstes Screening, geeignet beispielsweise für die Evaluation und Optimierung von Behandlungsmethoden und Reinigungsstrategien für Biofilme, als auch für die Untersuchung von Biofilmen in der Grundlagenforschung. Im Laufe dieser Arbeit wurde dieser neuentwickelte Mehrkanal-Sensor optimiert, validiert und an-gewendet. Die Optimierung, besonders in Bezug auf Sensitivität, erfolgte durch die Verwendung verschiedener Elektrodentypen der Amperometrie- und der Impedanz-Messung. Eine Kombination aus Interdigital- und zirkulärer Elektrode erlaubt letztendlich eine sensitive Impedanzmessung im Bereich weniger Stunden bis hin zu mehreren Wochen. Die Systemvalidierung erfolgte durch den Vergleich der Biofilmbildung von P. aeruginosa im Sensor zu klassischen mikrobiologischen Metho-den wie Fluoreszenz- oder Biomassenfärbung und zeigte die Eignung des Systems zur Verfolgung der Biofilmbiomasse und deren Aktivität. Nach erfolgreicher Optimierung und Validierung wurde der Sensor auf verschiedenste Anwendungs-möglichkeiten hin getestet. Beispielsweise wurde der Sensor zur Detektion aller Biofilmstadien und der Wachstumscharakterisierung verschiedenster Gram-positiver und –negativer Bakterienspezies eingesetzt und zeigte seine Verwendbarkeit für beide Bakterien-Domänen. Zusätzlich bietet der Sensor ein geeignetes mikrobiologisches Werkzeug zur Grundlagenforschung, besonders in Kombi-nation mit sensorübergreifenden Analysemethoden wie Genexpressions- und Populationsanalysen. Gerade durch die kombinierten Anwendungen dieser Techniken mit der sensorbasierten Biofilmde-tektion konnte gezeigt werden, dass sich die Expression von Attachmentgenen zwischen P. aerugino-sa- und S. maltophilia-Stämmen deutlich unterscheidet. Es wurde ermittelt, dass eine Anhaftung von P. aeruginosa hauptsächlich durch Flagellen gesteuert wird, wohingegen S. maltophilia sich Fimbri-en-bedingt anlagert. Neben der Arbeit mit Modellorganismen wurde auch eine anwendungsbezogene Biofilmüberwachung von Abwasser- oder anaeroben Biofilmen mit Hilfe des Sensorsystems getestet und bestätigte dabei die vergleichsweise hohen bakteriellen Aktivitäten in anaeroben Systemen. Des Weiteren wurden Biofilmmanipulations-Strategien basierend auf DNase, Antibiotika, Desinfekti-ons- und Reinigungsmitteln in Echtzeit untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Kombinatio-nen von EPS-Matrix-Destabilisierung und Biofilminaktivierung einen vielversprechenden Ansatz zur Biofilmentfernung darstellt. Eine alleinige Biofilm-Destabilisierung erwies sich jedoch als kritisch für ein nachfolgendes Wiederanwachsen eines Biofilms. Dies war besonders im Hinblick auf das Lang-zeitverhalten eines behandelten Biofilms relevant. Der hier entwickelte Sensor liefert zur Analyse dieses Wiederanwachsens optimale Möglichkeiten, da auch über einen längeren Zeitraum das Bio-filmbildungspotential in einer nicht-destruktiven Weise detektiert werden kann. Zusammenfassend bietet der neuentwickelte Sensor nun eine Technologie, um tiefere Einblicke in das Verständnis von Biofilmbildung zu gewinnen und daraus neue Strategien zur gezielten Bio-filmmanipulation zu entwickeln und zu testen und damit hohe Kosten einzusparen. Mit diesem Po-tential kann der Sensor nun sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie seinen Einsatz finden.:1. EINLEITUNG 1.1. BIOFILME 1.1.1. Vorkommen 1.1.2. Biofilmzyklus 1.1.3. Aufbau und Bestandteile 1.1.4. Biofilmmodellorganismen Pseudomonas aeruginosa Allgemein. Biofilmbildung - Genexpression der Adhäsion und Motilität. Stenotrophomonas maltophilia Allgemein. Biofilmbildung- Genexpression der Adhäsion und Motilität. 1.1.5. Biofilm-Manipulation 1.2. BIOFILMDETEKTION UND –MONITORING 1.2.1. Biofilmsensoren 1.2.2. Elektrochemische Impedanzspektroskopie 1.2.3. Amperometrie 1.3. ZIEL DER ARBEIT 2. MATERIAL UND METHODEN 2.1. MATERIAL 2.1.1. Chemikalien 2.1.2. Bakterien 2.1.3. Nährmedien, Puffer und Kits Verwendete Kits 2.1.4. Geräte, Analyse-Software und Verbrauchsmaterialien 2.2. METHODEN 2.2.1. Biosensorfertigung Elektrodenherstellung Herstellung der mikrofluidischen Kanäle Herstellung der amperometrischen Gegenelektrode Impedanzspektrummessgerät 2.2.2. Mikrobiologische Methoden Bakterien-Anzucht Fluidische Biofilmbildung im Sensor Allgemein. Spezifische Parameter. Abwasserbiofilme. Anaerobe Biofilmanzucht im Sensor. DNase Test fluidisch. Kombinatorische Tests. Statische Biofilmquantifizierung durch Kristall-Violett-Färbung Allgemein. Spezifisch. DNase Test statisch eDNA-Screening eDNA-Färbung von Biofilmen Lebend/Tot-Färbung von Biofilmen Allgemein. Motilitäts-tests 2.2.3. Molekularbiologische Methoden Nachweis von spezifischen Genabschnitten mittels PCR RNA-Isolierung und cDNA-Synthese Genexpressionsanalyse durch PAGE Genexpressionsanalyse durch qRT-PCR DNA-Isolierung im Kanal Populationsanalyse durch DGGE Populationsanalyse mittels qPCR und DNA-Sequenzing Bestimmung exoenzymatische Aktivität 2.2.4. Statistische Auswertung 3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION Sensorprinzip Sensor-Design 3.1. OPTIMIERUNG, VALIDIERUNG UND CHARAKTERISIERIUNG DES SENSORS 3.1.1. Amperometrischer Sensor Optimierung Validierung 3.1.2. Impedimetrischer Sensor Optimierung Frequenzauswahl Validierung Reproduzierbarkeit 3.1.3. Eignung für verschiedenste Medien und Bakterien 3.1.4. Fließeigenschaften 3.1.5. Zusammenfassung Sensoroptimierung, Validierung und Charakterisierung 3.2. SENSOR-ANWENDUNG 3.2.1. Komplexe Biofilme Abwasserbiofilme Anaerobe Biofilme 3.2.2. Biofilm-Manipulation Abtötung von Biofilmen Destabilisierung von Biofilmen Destabilisierung durch Reinigungssubstanzen am Beispiel Tergazyme. Enzymatische Destabilisierung am Beispiel DNase. eDNA-Screening eDNA-Menge in Relation zur DNase-Effizienz eDNA-Lokalisierung Zusammenfassung eDNA-Charakterisierung Destabilisierung fluidischer Biofilme: Statische vs. fluidische DNase-Applikation Wachstumsphasen-abhängige Destabilisierung Kombinationatorische Ansätze Tergazyme und Sterillium. Stressen von Biofilmen Zusammenfassung Biofilm-Manipulation 3.2.3. Stammcharakterisierung Biofilmbildung von P. aeruginosa und S. maltophilia Statisch vs. fluidisch. Attachment- vs. Langzeitbiofilm. Biofilmbildung vs. Genexpression Anlagerungs-Gene. Biofilmbildung vs. Motilität. Zusammenfassung Stammcharakterisierung 4. FAZIT 5. LITERATUR DANKSAGUNG 6. ANHAN

Grooming interventions in female rhesus macaques as social niche construction

Social animals invest time and resources into adapting their social environment, which emerges not only from their own but also from the decisions of other group members. Thus, individuals have to monitor interactions between others and potentially decide when and how to interfere to prevent damage to their own investment. These interventions can be subtle, as in the case of affiliative interactions such as grooming, but they can inform us about how animals structure their world and influence other group members. Here, we used interventions into grooming bouts in female rhesus macaques, Macaca mulatta, to determine who intervened in which grooming bouts, and what determined intervention outcomes, based on kinship, dominance rank and affiliative relationships between groomers and (potential) interveners. We show that high dominance rank of groomers reduced the risk of intervention. Bystanders, particularly when high ranking, intervened in grooming of their kin, close affiliates and close-ranked competitors. Interveners gained access to their close affiliates for subsequent grooming. Reduced aggression risk facilitated grooming involving three individuals, which was more common when a strong affiliative relationship existed and when interveners were lower in rank than the groomers. Thus, interventions in this species involved the monitoring of grooming interactions, decision making based on several individual and dyadic characteristics, and potentially allowed individuals to broaden their access to grooming partners, protect their own relationships and influence their social niche

Data for "How does social context modulate risky decision-making in long-tailed macaques"

This is the data associated with the preprint and OSF project titled "How does social context modulate risky decision-making in long-tailed macaques" See also: https://doi.org/10.31219/osf.io/uh6m

How does social context modulate risky decision-making in long-tailed macaques (Macaca fascicularis)? A research report on problematic issues with a repeated sampling from experience paradigm

We compared the risk preferences of long-tailed macaques (Macaca fascicularis) in a social and a nonsocial condition, where we assessed their preference for a safe or a risky option after repeated information sampling. To this end, we devised a food dispenser that could run automatically or involve a human distributor. Only two of the initial set of ten monkeys reached the final test conditions; these two monkeys did not prefer a particular option in any of the conditions. In light of the unexpected difficulties that the monkeys had in learning the reward contingencies, we discuss a potential problem with paradigms that involve extracting statistical information from repeated sampling events. Given that such a paradigm has been used repeatedly and is still being used with different animals, we feel the field might benefit from a critical discussion of how to increase the validity of the data generated by this paradigm. We suggest that it is crucial to obtain a good estimate of the amount of sampling information a particular study population needs for optimal decision-making before any test conditions are run. We would have benefited greatly from the availability of more detailed reporting of similar difficulties in other populations, for example, information regarding timeframe and necessary amount of information on sampling events or previous failures with specific presentation formats. We hope this report can serve as a source of information for others working on this or related topics

MetacontrastOpticNeuritis

The zip-file includes single subject data for the main study (8 healthy controls, 9 patients) and the control study (4 healthy controls) in MATLAB format. Each data file contains a variable trialMatrix in which each line corresponds to a trial in the experiment. The variable columnLabels describes the columns. Left and right is coded as -1 and 1, respectively. For "side" 1 codes above and 2 codes below fixation

How does social context modulate risky decision-making in long-tailed macaques?

A research report on problematic issues with a repeated sampling from experience paradigm Abstract We compared the risk preferences of long-tailed macaques (Macaca fascicularis) in a social and a nonsocial condition, where we assessed their preference for a safe or a risky option after repeated information sampling. To this end, we devised a food dispenser that could run automatically or involve a human distributor. Only two of the initial set of ten monkeys reached the final test conditions; these two monkeys did not prefer a particular option in any of the conditions. In light of the unexpected difficulties that the monkeys had in learning the reward contingencies, we discuss a potentially problematic point regarding the paradigm of extracting statistical information from repeated sampling events. Given that the paradigm has been used repeatedly and is still being used with different animals, the field might benefit from a critical discussion of how to increase the validity of the data generated in this paradigm. We suggest that it is crucial to obtain a good estimate of the amount of sampling information a particular study population needs for optimal decision-making before the actual test conditions are run. We would have benefited greatly from the availability of more detailed reporting of similar difficulties in other populations, for example, regarding the timeframe and necessary amount of information on sampling events or previous failures with specific presentation formats. We hope this report can serve as a source of information for others working on this or related topics