Bakteriengemeinschaften, so genannte Biofilme, können medizinische Geräte wie Stents, Katheter und Wasserfilter schnell verstopfen, indem sie 3-dimensionale Streamer bilden, die den Fluss blockieren. Der Fund wird zukünftige Ansätze zur Vermeidung von potenziell tödlichen Clogs durch Biofilme aufklären.
Bakterien, die durch ein Rohr fließen, bilden einen grünen Biofilm an den Wänden. Rot markierte Bakterien, die anschließend durch die Kammer fließen, werden in einer klebrigen Matrix gefangen und bilden Streamer, die den Kanal verstopfen. Bildquelle: Knut Drescher.
Biofilme sind komplexe, vielschichtige Gemeinschaften von Bakterien und anderen Mikroben. Sie können sich auf biologischen Oberflächen wie Zähnen oder medizinischen Geräten wie Kathetern und Stents im Körper bilden. Bakterien in Biofilmen sind resistent gegen Antibiotika und können schwere Infektionen verursachen.
Ein Forscherteam unter Leitung von Drs. Howard A. Stein und Bonnie L. Bassler von der Princeton University gesetzt, um besser auf die Eigenschaften von Biofilmen zu verstehen. P. das bildet Biofilme in Böden, Flüssen und Abwasser sowie auf medizinischen Geräten. Anstatt für die Forschung Standard-Petrischalen oder -flaschen zu verwenden, entwickelte die Gruppe ein spezielles Strömungssystem, das die realen Bedingungen nachahmt. Sie markierten Bakterien mit einer grünen Markierung und beobachteten sie unter einem Mikroskop, während sie durch eine enge Röhre mit vielen Biegungen flossen. Die Arbeit wurde zum Teil vom National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) des NIH finanziert.
Die Bakterien wuchsen schnell und sammelten sich an und bildeten innerhalb von etwa 40 Stunden einen Biofilm an den Wänden des Röhrchens. Der Aufbau dieses Biofilms wirkte sich jedoch nicht stark auf die Strömung durch das Rohr aus.
Die Bakterien in Biofilmen sind durch eine Matrix von Verbindungen, die sie produzieren, extrazelluläre polymere Substanzen genannt, miteinander verbunden. Die Forscher fanden heraus, dass die Bakterien an den Rohrwänden diese molekulare Matrix vergießen und ein Maschennetz in der Röhre bilden.
Die Forscher markierten eine andere Gruppe von Bakterien mit einer roten Markierung und überwachten sie, während sie durch die gleiche Röhre flossen. Diese Bakterien wurden im Maschennetz gefangen und bildeten 3-D Streamer. Die Streamer überbrückten die Zwischenräume zwischen den Biegungen in der Röhre und verstopften die Röhre in so wenig wie 30 Minuten.
Die Forscher fanden heraus, dass die Bakterien Streamer in künstlichem Boden und in Maschen ähnlich wie in Wasserfiltern gefunden bilden könnten. Biofilm Streamer gebildet auch auf Bare-Metal-Stents innerhalb 12 Stunden, um die Lücken in den Maschendraht überspannen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Biofilm Streamern in der Natur verbreitet sind und Strömung in einer Vielzahl von industriellen und medizinischen Einstellungen blockieren kann.
Für mich war die Überraschung, wie schnell die Biofilmstreamer vollständig verstopften “, sagt Stone. Es war keine Warnung, dass etwas Schlimmes passieren würde.
Die Forscher testeten auch mehrere Gene, die die Bildung gebunden wurden in früheren Studien zu Biofilm. Wenn gelöscht, nur eine Untergruppe der Gene betroffen Biofilmbildung unter Strömungsbedingungen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Verwendung realen Bedingungen Methoden zu testen, zur Vorbeugung und Behandlung von Biofilmen.
