Ultrastructure of Biofilms Formed by Bacteria from Industrial Processes

Microorganisms exist predominantly as sessile multispecies communities in natural habitats. Most bacterial species can form these matrix-enclosed microbial communities called biofilms. Biofilms occur in a wide range of environments, on every surface with sufficient moisture and nutrients, also on surfaces in industrial settings and engineered water systems. This unwanted biofilm formation on equipment surfaces is called biofouling. Biofouling can significantly decrease equipment performance and lifetime and cause contamination and impaired quality of the industrial product. In this thesis we studied bacterial adherence to abiotic surfaces by using coupons of stainless steel coated or not coated with fluoropolymer or diamond like carbon (DLC). As model organisms we used bacterial isolates from paper machines (Meiothermus silvanus, Pseudoxanthomonas taiwanensis and Deinococcus geothermalis) and also well characterised species isolated from medical implants (Staphylococcus epidermidis). We found that coating of steel surface with these materials reduced its tendency towards biofouling: Fluoropolymer and DLC coatings repelled all four biofilm formers on steel. We found great differences between bacterial species in their preference of surfaces to adhere as well as their ultrastructural details, like number and thickness of adhesion organelles they expressed. These details responded differently towards the different surfaces they adhered to. We further found that biofilms of D. geothermalis formed on titanium dioxide coated coupons of glass, steel and titanium, were effectively removed by photocatalytic action in response to irradiation at 360 nm. However, on non-coated glass or steel surfaces irradiation had no detectable effect on the amount of bacterial biomass. We showed that the adhesion organelles of bacteria on illuminated TiO2 coated coupons were complety destroyed whereas on non-coated coupons they looked intact when observed by microscope. Stainless steel is the most widely used material for industrial process equipments and surfaces. The results in this thesis showed that stainless steel is prone to biofouling by phylogenetically distant bacterial species and that coating of the steel may offer a tool for reduced biofouling of industrial equipment. Photocatalysis, on the other hand, is a potential technique for biofilm removal from surfaces in locations where high level of hygiene is required. Our study of natural biofilms on barley kernel surfaces showed that also there the microbes possessed adhesion organelles visible with electronmicroscope both before and after steeping. The microbial community of dry barley kernels turned into a dense biofilm covered with slimy extracellular polymeric substance (EPS) in the kernels after steeping in water. Steeping is the first step in malting. We also presented evidence showing that certain strains of Lactobacillus plantarum and Wickerhamomyces anomalus, when used as starter cultures in the steeping water, could enter the barley kernel and colonise the tissues of the barley kernel. By use of a starter culture it was possible to reduce the extensive production of EPS, which resulted in a faster filtration of the mash.Mikrobit esiintyvät luonnossa etupäässä pintoihin kiinnittyneinä, useiden lajien muodostamina yhdyskuntina. Näitä liman verhoamia mikrobiyhteisöjä kutsutaan biofilmeiksi. Suurin osa mikrobilajeista pystyy muodostamaan biofilmejä. Biofilmejä esiintyy kaikilla pinnoilla, joilla on tarjolla tarpeeksi kosteutta ja ravinteita. Tällaisia pintoja on kaikkialla missä käsitellään vettä tai vesipitoisia nesteitä, kuten teollisuudessa ja vesijohtoverkossa. Biofilmin muodostus teollisuusprosesseissa voi heikentää laitteiden toimintakykyä ja lyhentää niiden käyttöikää, sekä aiheuttaa kontaminaatioita ja laadun heikenemistä tuotteisiin. Tästä syystä biofilmejä pyritään häätämään prosessilaitteista. Tutkin väitöskirjassani bakteerien tarttumista pinnoitetuille ja pinnoittamattomille teräspinnoille. Käytin koe-eliöinä paperikoneiden biofilmeistä eristettyjä bakteerilajeja, Meiothermus silvanus, Pseudoxanthomonas taiwanensis ja Deinococcus geothermalis, sekä lajia, joka tekee biofilmejä ihmisen elimistöön sijoitetuille esineille (implantit), Staphylococcus epidermidis. Löysin bakteerilajien väliltä suuria eroja sekä niiden kyvyssä tarttua eri pinnoille, että itse bakteerien pinnan rakenteissa. Turtkimani bakteerit osasivat myös sopeuttaa solurakenteensa eri pinnoilla, mm. tarttumaelimien paksuus ja lukumäärät olivat erilaisia. Käytin työssäni D. geothermalis -bakteerin muodostamia biofilmejä tutkiakseni, voidaanko ne irrottaa lasi- tai teräspinnoilta, jos pinnat pinnoitetaan titaanidioksidilla joka aktivoidaan 360 nm valolla. Tulokseni osoittivat, että näin saatiin aikaan biofilmiä tuhoava fotokatalyysi. Pinnoittamattomalla lasilla ja teräksellä biofilmin määrä pysyi muuttumattomana valaisusta riippumatta. Kun tutkin kenttäemissiopyyhkäisy-elektronimikroskoopilla biofilmejä TiO2 pinnoitetuilla pinnoilla, havaitsin että valokäsitellyillä pinnoilla bakteerien tarttumaelimet olivat tuhoutuneet, mutta pinnoittamattomilla pinnoilla ne näyttivät ehjiltä. Teräs on yleisin koneiden ja laitteiden materiaali monilla teollisuuden aloilla. Väitöskirjan tulokset kuitenkin näyttävät, että bakteerit tarttuvat hyvin juuri teräkseen. Samat tulokset saatiin hyvin erilaisilla, fylogeneettisesti kaukaisilla, bakteerilajeilla. Tulokset osoittivat myös, että teräksen alttiutta kerätä biofilmejä voidaan vähentää pinnoittamalla ja jos käytetään fotokatalyyttisesti aktiivista pinnoitetta, jo muodostuneetkin biofilmit voidaan poistaa valokäsittelyn avulla. Tutkin myös eläviin solukkoihin tarttuvia mikrobibiofilmejä. Tutkimuskohteena oli ohran jyvän luonnollinen biofilmi. Havaitsin että myös nämä biofilmit rakentuivat mikrobeista, joilla oli tarttumaelimiä. Ulkonäöltään tarttumaelimet muistuttivat niitä, joita olin löytänyt teräs- ja lasipinnoilta. Ohraa mallastettaessa kuivat jyvät liotetaan vedessä. Kun ohran jyvän biofilmiä tarkasteltiin elektronimikroskoopilla, havaittiin että likovaiheen aikana kuivien jyvien mikrobisto muuttui tiheäksi liman peittämäksi biofilmiksi. Tutkimukseni osoitti, että tätä limanmuodostusta voi vähentää lisäämällä likoveteen tiettyjä maitohappobakteereja (Lactobacillus plantarum) ja hiivoja (Wickerhamomyces anomalus). Nämä mikrobit pystyivät tunkeutumaan jyvän kuorikerroksen alle ja täyttämään pinnan, joka muuten olisi täyttynyt limaista biofilmiä tuottavilla mikrobeilla. Kun liman määrä väheni, niin mäskin suodatettavuus parani

Epilithic Microbial Community Functionality in Deep Oligotrophic Continental Bedrock

The deep terrestrial biosphere hosts vast sessile rock surface communities and biofilms, but thus far, mostly planktic communities have been studied. We enriched deep subsurface microbial communities on mica schist in microcosms containing bedrock groundwater from the depth of 500 m from Outokumpu, Finland. The biofilms were visualized using scanning electron microscopy, revealing numerous different microbial cell morphologies and attachment strategies on the mica schist surface, e.g., bacteria with outer membrane vesicle-like structures, hair-like extracellular extensions, and long tubular cell structures expanding over hundreds of micrometers over mica schist surfaces. Bacterial communities were analyzed with amplicon sequencing showing that Pseudomonas, Desulfosporosinus, Hydrogenophaga, and Brevundimonas genera dominated communities after 8-40 months of incubation. A total of 21 metagenome assembled genomes from sessile rock surface metagenomes identified genes involved in biofilm formation, as well as a wide variety of metabolic traits indicating a high degree of environmental adaptivity to oligotrophic environment and potential for shifting between multiple energy or carbon sources. In addition, we detected ubiquitous organic carbon oxidation and capacity for arsenate and selenate reduction within our rocky MAGs. Our results agree with the previously suggested interaction between the deep subsurface microbial communities and the rock surfaces, and that this interaction could be crucial for sustaining life in the harsh anoxic and oligotrophic deep subsurface of crystalline bedrock environment.Peer reviewe

Acrebol, a novel toxic peptaibol produced by an Acremonium exuviarum indoor isolate

Aims: To identify a toxin and its producer isolated from woody material in a building where the occupants experienced serious ill health symptoms. Methods and Results: Hyphal extracts of an indoor fungus, identified as the cycloheximide-tolerant species Acremonium exuviarum, inhibited motility of boar spermatozoa (EC50 5 ± 2 lg of crude solids ml)1) and caused cytolysis of murine neuroblastoma cells (MNA) and feline fetal lung cells (FL). The responsible substances were purified and identified as two structurally similar, heatstable, novel, toxic peptaibols, 1726 Da and 1740 Da, respectively, with amino acid sequences of Acetyl-Phe-Iva ⁄ Val-Gln-Aib-Ile-Thr-Leu-Aib-Pro-Aib-Gln- Pro-Aib-(X-X-X)-SerOH and Acetyl-Phe-Iva ⁄ Val-Gln-Aib-Ile-Thr-Leu-Val-Pro- Aib-Gln-Pro-Aib-(X-X-X)-SerOH. Purified acrebol inhibited motility of boar sperm, depleted ATP half-content in 1 day (EC50 of 0Æ1 lg ml)1, 60 nmol l)1) depolarised the mitochondria after 2 days, but did not affect the cellular content in NADH. This indicates mitochondrial toxicity. Plate-grown biomass of A. exuviarum BMB4 contained 0Æ1–1% (w ⁄ w) of acrebol, depending on the culture medium. Conclusions: Acrebol paralysed the energy generation of mammalian cells suggesting that mitochondria were its target of action. Significance and Impact of the Study: Acremonium exuviarum, as an indoor fungus, is potentially hazardous to health because of the toxic peptaibols that it produces.Peer reviewe

Nuorten ravitsemusseurannan esitutkimus

Suomessa ei ole kansallista tutkimustietoa nuorten ruoankäytöstä ja ravintoaineiden saannista toisin kuin muissa Pohjoismaissa ja useimmissa muissa Euroopan valtioissa. Tietoa nuorten ravitsemuksesta tarvitaan päätöksenteon tueksi, kestävän ja terveellisen ruokavalion edistämiseksi, sairauksien ehkäisyyn ja terveyserojen kaventamiseen. Toteutimme syksyllä 2021 Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksella nuorten ravitsemusseurannan esitutkimuksen yhteensä kuudessa koulussa Helsingissä ja Tampereella. Esitutkimuksen tavoitteena oli selvittää tutkimusprotokollan toimivuutta laajempaa kansallista tutkimusta varten, jossa tutkitaan 12 18-vuotiaiden nuorten ruoankäyttöä ja ravintoaineiden saantia. Lisäksi tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa yhdeksäsluokkalaisten nuorten ruoankäyttöä ja ravintoaineiden saantia. Tässä työpaperissa esittelemme esitutkimuksen taustaa, toteutusta ja tuloksia sekä pohdimme miten tutkimusprotokollaa tulisi kehittää valtakunnallista tutkimusta varten

Level of Satisfaction of Admitted Patients

 Background: To determine the level of satisfaction of admitted patients in respect of three components of health services (doctors, nurses, facilities) in different wards and its comparison of level of satisfaction between male and female patients.Methods: In this cross sectional study admitted patients (n= 170) were surveyed using close-ended questionnaire. The variables noted were age, gender, type of room or ward, satisfaction with doctors, nurses and health facilities measured using different variables for each. Satisfaction level was graded as satisfied, no comments, not satisfied and was compared between male and female patients.Results: Out of 170 patients 82.53% were satisfied with health facilities. Most satisfying variables were attitude of doctors for which 91% were satisfied with it and timeliness of nurses as 90% patients were satisfied with it. Most unsatisfying variable was free medication availability as 61% were dissatisfied; followed by cleanliness with which 23% were dissatisfied; and thirdly, expertise of nurses, with it 17% were dissatisfied. Overall 15.84% patients were dissatisfied with health services.Conclusion: There was a reasonable degree of satisfaction in admitted patients of Holy Family Hospital with health services provided to them except for free medication and hygien