Combining extensive single particle tracking microscopy data of endogenous lipid granules in living fission yeast cells with analytical results we show evidence for anomalous diffusion and weak ergodicity breaking. Namely we demonstrate that at short times the granules perform subdiffusion according to the laws of continuous time random walk theory. The associated violation of ergodicity leads to a characteristic turnover between two scaling regimes of the time averaged mean squared displacement. At longer times the granule motion is consistent with fractional Brownian motion.

Summary Although recent studies indicate the impact of microbes on the central nervous systems and behavior, it remains unclear how the relationship between the functionality of the nervous system, behavior and the microbiota arise. We studied the eating behavior of Hydra, a host that has a simple nervous system and a low-complexity microbiota. To identify the neuronal subpopulations involved, we used a subpopulation specific cell ablation system and calcium imaging. The role of the microbiota was uncovered by reducing the diversity of the natural microbiota. Here, we demonstrate that different neuronal subpopulations are functioning together to control the eating behavior. The microbiota participates in control of the eating behavior since germ-free or mono-colonized animals have drastic difficulties in mouth opening. This was restored by adding a full complement of the microbiota. In summary, we provide a mechanistic explanation of how the eating behavior is controlled in Hydra and how microbes can affect the neuronal circuit. Highlights - Multiple neuronal modules and their networks control complex behavior in an animal lacking a central nervous system. - Its associated microbes participate in these neuronal circuits and influence the eating behavior. - Disorganization of the microbiota negatively impacts this eating behavior. - Glutamate participates in an evolutionary ancient interkingdom language.

Most biological activities take place in 3D environments, where cells communicate with each other in various directions and are located in a defined, often microstructured, space. To investigate the effect of defined cyclic mechanical forces on a multicellular system, we develop a sub-millimeter sized stretching device for mechanical stimulation of a structurally restricted, soft multicellular microenvironment. For the stretching device, a multimaterial 3D microstructure made of PDMS and gelatine-based hydrogel is printed via 2-photon polymerization (2PP) method. The printed structures are first characterized microscopically and mechanically to study the effect of different printing parameters. With 2PP, organotypic cell cultures are then directly printed into the hydrogel structures to achieve true 3D cell culture systems. These are mechanically stimulated with a cantilever by indenting the stretching device at a defined point. As a most important result, the cells in the 3D organotypic cell culture change morphology and actin orientation when exposed to cyclic mechanical stretch, even within short timescales of just 30 minutes. As a proof of concept, we encapsulated a Medaka retinal organoid in the same structure to demonstrate that even preformed organoids can be stimulated by our method. The results demonstrate the power of 2PP to manufacturing multifunctional soft devices for mechanically controlling multicellular systems at micrometer resolution and thus mimicking mechanical stress situations, as they occur in vivo .

Influenza A viruses (IAV) display a broad variety of morphologies ranging from spherical to long filamentous virus particles. These diverse phenotypes are believed to allow the virus to overcome various immunological and pulmonary barriers during entry into the airway epithelium and influence the viral entry pathway. Remarkably, lab-adapted IAV strains lost this morphological variance and exhibit preferred spherical morphology. However, it remains unclear which factors lead to this lab-adapted preference and which pulmonary defense factors are responsible for the preferred filamentous morphology in physiological settings. In this study, we established fluorescent reporter viruses with spherical or filamentous morphology but with the same surface glycoproteins. We developed a correlative fluorescence and scanning electron microscopy workflow to analyze the impact of viral morphology on cell-to-cell spread and identify conditions under which IAV with either spherical or filamentous morphology confer an advantage. Our findings demonstrate that filamentous IAV cell-to-cell spread is significantly slower in various cell lines, which can explain the predominant spherical morphology in lab-adapted strains. This observation is consistent with delayed entry kinetics of filamentous viruses structurally analyzed by cellular cryo-electron tomography. We found that cellular junction integrity and mucin do not exert morphology-dependent inhibition of IAV cell-to-cell spread. On the other hand, filamentous virions confer an advantage under the pressure exerted by neutralizing antibodies against hemagglutinin.

Abstract Brillouin spectroscopy is commonly used to study the acoustic properties of materials. Here we explored its feasibility in studying the photoinduced isomerization of azobenzene. The isomerization of azobenzene changes the solution elastic modulus, and Brillouin scattering is sensitive to these changes. In this study, we experimentally demonstrated the photoswitching of azobenzene in DMSO using our home-made virtually imaged phased array-based high-resolution optical Brillouin spectrometer, and confirmed the results by ultraviolet–visible spectrophotometry. Remarkable Brillouin frequency shift variations were quantitatively recorded upon irradiation, and it was found that this method can indeed be used to monitor the isomerization process in situ . Importantly, our strategy also allows us to provide the relationship between the fraction of trans- and cis- azobenzene and the Brillouin frequency shift. This shows that Brillouin spectroscopy has broad prospects for the characterization of azobenzene isomerization and other photoresponsive materials.