Bakterien: Empfindlich wie die Prinzessin auf der Erbse

Formen und Aggregate von Bakterien (Auswahl)

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Die empfindsame junge Dame im Märchen spürt die Erbse durch viele Lagen Matratzen hindurch und entpuppt sich dadurch als wahre Prinzessin. Physiker und Mikrobiologen der Universität des Saarlandes konnten in zwei neuen Studien zeigen, dass Bakterien und Proteine ähnlich empfindsam sein können. Haften sie an einer Fläche, so spüren sie nicht nur die Atome der Oberfläche, sondern auch die Zusammensetzung des Materials, das sich unterhalb der Oberfläche befindet. Diese Erkenntnisse können dabei helfen, zum Beispiel antibakterielle Beschichtungen und medizinische Implantate zu verbessern.

Ob die Frischhaltefolie an der Glasschüssel, der Blütenstaub am Autoblech oder die Bakterien an der Kühlschrankwand, Haftung ist ein Alltagsphänomen. Im Falle der Bakterien kann dies jedoch gefährlich sein, zum Beispiel im Operationssaal, weshalb antibakterielle Beschichtungen ein wichtiges Forschungsthema sind. Wissenschaftler der Universität des Saarlandes sind hierbei nun der Frage nachgegangen, welche Kräfte eigentlich die Haftung von Bakterien und von Proteinen bestimmen.

„Es gibt Kräfte, sogenannte Kontaktkräfte, die nur von der obersten Atomlage eines Stoffes ausgehen und auch nur eine Atomlage weit zu spüren sind, und solche Kräfte, die ein gewisses Stoffvolumen erfordern, wie die sogenannten van der Waals-Kräfte“, erklärt Karin Jacobs, Professorin für Experimentalphysik. Diese Kräfte sind umso stärker, je mehr Material vorhanden ist. Diese sind theoretisch auch etwa hundert Atomlagen entfernt noch spürbar. Aber wie sieht das im Wasser aus? „Bakterien und auch Proteine sind meist in wässriger Umgebung, wie zum Beispiel im Speichel oder im Blut“, so Mathias Herrmann, Professor für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene.

Die Forscherteams um Jacobs und Herrmann haben die Haftkraft von Bakterien an Oberflächen untersucht. Für die Versuche verwendeten sie sogenannte Silizium-Einkristallplättchen als Oberflächen. Auf diesen Plättchen befinden sich wiederum Schichten aus Siliziumoxid mit variabler Schichtdicke. Es zeigte sich, dass die Bakterien doppelt so stark haften, wenn sie das Silizium der Plättchen noch durch die dünne Oxidhaut hindurch „spüren“ können. Dies bedeutet gleichzeitig, dass – trotz identischer Zusammensetzung der letzten Atomlagen – die Bakterien spüren, was sich unterhalb der Oberfläche befindet. „Bei den Proteinen verhält es sich ähnlich.“, erklärt Karin Jacobs, deren Team zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität Dortmund auch die Haftung von Proteinen untersuchte.

„Diese Ergebnisse erklären, weshalb antibakterielle Beschichtungen unterschiedlich effektiv sein können, je nachdem nämlich auf welchem Material sie aufgebracht sind“, erklärt Jacobs. „Protein- und Bakterienadsorption sind wichtige Schritte bei der Biofilmbildung, daher sind die Ergebnisse für viele Bereiche interessant.“ Biofilme bilden sich immer da, wo Mikroorganismen auf eine sogenannte Grenzfläche treffen. „Da Biofilme häufig die Ursache von Entzündungen sind, zum Beispiel auf Implantaten oder Herzklappen, ist dies auch medizinisch höchst relevant“, sagt Herrmann.

Quelle: Universität des Saarlandes (idw)