ADHESION OF DIFFERENT MARINE BACTERIA, OUTERMEMBRANE PROTEINS

AND LIPOPOLYSACCHARIDE PRODUCTION

Maria Blažina

1*

, Paolo Landini

2

, Mirjana Najdek

1

, Dragica Fuks

1

and Vesna Svetlicic

3

1

Center for Marine Research, Ruder Boškovic Institute, Rovinj, Croatia,

2

Swiss Federal Institute of Environmental Technology (EAWAG), 8 600 Dübendorf, Switzerland

3

Center for Marine and Environmental Research, Ruder Boškovic Institute, Zagreb, Croatia

* maria.madzarac@cim.irb.hr

Abstract

Marine bacteria were identified by fatty acid analysis and their ability to attach to surfaces was tested. We found that bacteria belonging

to Cytophaga-Flavobacteria(CF) displayed stronger adhesion properties than the 

?

-Proteobacteriaisolates, thus suggesting that CFmight

be favoured in aggregate colonisation. These differences are also re?ected in different outer membrane proteins and lipopolysaccharide

composition.

Key words: marine bacteria, adhesion, mucilaginous aggregates, northern Adriatic

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

265

Introduction

Microbial exopolysaccharides (EPS) are carbohydrate-enriched

polymers produced by microalge and bacteria that bind aggregates

and form dense biofilms near the sediment-water interface. EPS

synthesized by attached bacteria strengthen their binding to surfaces,

but outer membrane proteins (OMP) are required for the early stages

of adhesion (1).

Our aim was to determine the differences in EPS at the cell-surface

of diverse strains commonly found in sediment and mucilaginous

aggregates, and in attachment of these strains to solid surfaces.

Materials and Methods

Six Gram-negative bacterial strains isolated from northern Adriatic

seawater were grown in Marine Broth, at 25°C with vigorous shaking.

Each isolate was saponified, methylated and their fatty-acid (FA)

patterns were analysed by GC/MSD. OMP and LPS of the strains

were extracted and analysed by one-dimensional sodium dodecyl

sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE) and polyacrylamide (PAGE) gel

electrophoresis, respectively (2). For adhesion assays, cultures were

washed and re-suspended in phosphate-buffered saline (PBS). The

suspensions were loaded onto columns filled with pure sea sand

(Fluka), fractions were collected and cell adhesion to sand was

measured as the ratio of the optical density (OD

280

) in each column

fraction to the OD

280 

of the initial bacterial suspension (2).

Results and discussion

Bacterial isolates had FA patterns corresponding to Cytophaga-

Flavobacteria (7, 25, 30, 31) and Proteobacteria(6, 38). PAGE

analysis of EPS demonstrated a marked difference between marine

bacteria 7/25, 38 and other three strains (Fig. 1). LPS analysis of strain

7 and 25 gave the same band, but slightly more expressed in strain 7.

Strains 30 and 38 had a strong LPS and OMP analysis highlighted the

differences in the extracellular composition of different bacteria:

strains 7 and 25 produced acidic EPS that ran as a smear in PAGE

(Figure 1A). In contrast, strains 30 and 38 produced high MW LPS,

detectable as a dense band at the top of the gel. In addition, strain 38

produced lower MW EPS. Analysis of OMP highlighted the

production of different dominant bands, expressed in strains 7, 25

(around 30 kDa) and 38 (around 40 kDa). In addition, higher MW

bands were present in strains 7 and 25. Differences in the extracellular

structures were re?ected in adhesion properties: adhesion tests

showed efficient attachment by strains 7, 25, 30 and 31 belonging to

the CFgroup while 6 and 38 (Proteobacteria) displayed poor

adherence (Fig. 2). 

Favourable adhesive capabilities of Cytophaga-Flavobacteria

indicate that these bacteria are well adapted for colonising solid

surfaces. Since they mainly utilise decomposing refractory macro-

molecules, they can meet their nutritional requirements in the mucous

matrix of aggregates or on epipelic biofilms (3), without having to

compete with Proteobacteria, which mainly utilise lower MW

substances. In mucilaginous aggregates found during periods of un-

usually massive aggregation in northern Adriatic, increasing propor-

tions of branched fatty acids on aged mucilaginous aggregates (4) indi-

cate more efficient aggregate colonization by Cytophaga-Flavobacteria

over other bacterial populations. Differences between CFstrains in

OMP and LPS expression could allow us to define different mecha-

nisms of adhesion control and should be further investigated.

Acknowledgement

The support of the project “Identification of bacterial structures

important for bacterial adhesion using electrochemical adhesion

sensors” (7KRPJO65706) is acknowledged.

Fig. 1. a) PAGE analysis of bacterial LPS, and b) SDS-PAGE analysis of

bacterial OMP.

Fig. 2. Adhesion to a sand column. The C/C

0

value was calculated as the

ratio of bacteria recovered from the ?ow-through column to bacteria

loaded onto the column for each fraction.

References

1-Jucker, B., Harms, H. and Zehnder, A. 1996. Adhesion of the Positively

Charged Bacterium Stenotrophomonas (Xantomonas) maltophilia70401

to Glass and Te?on. J. Bacteriol., 178 (18): 5472-5479.

2-Landini, P. and Zehnder, A. 2002. The Global regulatory hnsGene

Negatively Affects Adhesion to Solid Surfaces by Anaerobically Grown

Escherichia coliby Modulating expression of Flagellar Genes and

Lipopolysaccharide Production. J. Bacteriol., 184 (6): 1522-1529.

3-Kirchman, D.L. 2001. The ecology of Cytophaga-Flavobacteriain

aquatic environments. FEMS Microbiol. Ecol., 39: 91-100.

4-Najdek, M., Degobbis, D., Miokovic, D. and Ivancic, I. 2002. Fatty

acid and phytoplankton compositions of different types of mucilaginous

aggregates in the northern Adriatic. J. Plankton Res., 24 (5): 429-441.