Macromolecules at interfaces : from pure protein bilayers to the adhesion of cells

Abstract

Macromolecules in cell membranes and cell walls are essential for many cell functions. The use of macromolecules as possible replacements for lipids in membranes and the role of cell wall macromolecules in adhesion have not been fully explored. In this work, HFBI bilayers were shown to have extremely low water permeability while maintaining high stability to osmotic pressure. Disruption of protein order increases water permeability. The methodology of HFBI vesicle preparation was further developed, especially in terms of reproducibility and control. Also, the incorporation of HFBI into lipid membranes has been shown to stabilize the formation of pores. The role of macromolecules in Staphylococcus aureus adhesion was investigated by varying the surfaces used and using knock-out mutants. For adhesion on nano-rough surfaces, the contact area between the macromolecule and the surface is crucial. While many macromolecules, especially cell wall proteins, adhere weakly to hydrophobic surfaces, only a few cell wall macromolecules adhere strongly to hydrophilic surfaces. Electrostatic interactions play a crucial role on hydrophilic surfaces. Furthermore, it has been shown that in human retinal pigment epithelial cells, adhesion weakens as the size of focal adhesions decreases.

Makromoleküle in Zellmembranen und Zellwänden sind für viele Zellfunktionen von entscheidender Bedeutung. Die Verwendung von Makromolekülen als möglicher Ersatz für Lipide in Membranen, aber auch die Rolle von Zellwandmakromolekülen bei der Adhäsion sind noch nicht vollständig erforscht. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass HFBI-Doppelschichten eine sehr geringe Wasserpermeabilität bei gleichzeitig hoher Stabilität gegenüber osmotischem Druck aufweisen. Durch Störung der Proteinordnung steigt die Wasserpermeabilität. Die Methodik der HFBI-Vesikelherstellung wurde insbesondere hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Kontrolle weiterentwickelt. Ebenso wurde durch den Einbau von HFBI in Lipidmembranen eine Stabilisierung der gebildeten Poren festgestellt. Die Rolle der Makromoleküle bei der Adhäsion von Staphylococcus aureus wurde durch Variation der verwendeten Oberflächen und die Nutzung von Knock-out-Mutanten untersucht. Für die Adhäsion auf nanorauen Oberflächen ist die Kontaktfläche Makromolekül/Oberfläche entscheidend. Während auf hydrophoben Oberflächen viele Makromoleküle, insbesondere Zellwandproteine, schwach haften, tun dies nur wenige Zellwandmakromoleküle stark auf hydrophilen Oberflächen. Elektrostatische Wechselwirkungen spielen dabei auf hydrophilen Oberflächen eine entscheidende Rolle. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich bei humanen retinalen Pigmentepithelzellen die Adhäsion mit abnehmender Größe der Fokalkontakte abschwächt.