Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biofilme: Bakterien schützen sich durch Lotuseffekt

16.05.2017

Plaque auf den Zähnen oder der bräunlich-zähe Schleim in Abflussrohren sind zwei bekannte Beispiele für bakterielle Biofilme. Solche Beläge von den Oberflächen zu entfernen, ist oft sehr schwierig, unter anderem weil sie sehr stark wasserabweisende Eigenschaften haben können. Ein Team von Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) konnte nun zeigen, wie solche Biofilme ihre Oberfläche anpassen, um Wasser abzuweisen und dabei Blättern ähneln.

Bakterien umgeben sich mit einer dichten Hülle von selbst hergestellten chemischen Bausteinen (Polymere), um sich vor Umwelteinflüssen zu schützen. Diese Kombination von Bakterien und dem von ihnen produzierten Schleim nennt man Biofilm.


Wassertropfen auf einem Lotusblatt

Bild: C. Falcón Garcia / Technische Universität München

Mikroorganismen, die diese Oberflächenbeläge bilden, sind äußerst trickreich, um sich vor fließendem Wasser – und damit vor dem Ablösen – zu schützen. Nicht nur in Abflussrohren, sondern auch an medizinischen Implantaten oder Schläuchen kann das zum großen Problem werden.

Prof. Oliver Lieleg, Professor für Biomechanik, erforscht mit seiner Arbeitsgruppe „Biologische Hydrogele“ an der Munich School of BioEngineering die physikalischen Prinzipien, die bakterielle Biofilme so widerstandsfähig machen. In ihrer aktuellen Studie im Journal NPJ Biofilms and Microbiomes haben sie die Oberfläche von Biofilmen mit konfokalen Reflexions-Lichtmikroskopen genau vermessen.

Nahrungsangebot bestimmt die Oberfläche der Biofilme

„Unsere erste Erkenntnis war: Biofilm ist nicht gleich Biofilm – auch wenn er vom selben Bakterium erzeugt wird“, sagt Oliver Lieleg. Die Forscher stellten fest, dass das Bodenbakterium Bacillus subtilis Biofilme mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften herstellen kann: Einmal breiten sich Wassertropfen fast sofort auf der Oberfläche aus, ein anderes Mal rollen die Wassertropfen von der Oberfläche herunter und ein drittes Mal bleiben die Wassertropfen in kugeliger Form auf der Oberfläche haften – selbst wenn diese senkrecht gestellt wird.

Wie die Wissenschaftler zeigen konnten, nutzen die Mikroorganismen dabei Effekte, die aus der Pflanzenwelt bekannt sind: das wasserabweisende Verhalten der Blätter von Lotuspflanzen und Rosen. Lieleg und sein Team konnten nachweisen, dass die Oberflächenstruktur in der Tat stark verwandt zu denen der Pflanzenblätter ist. Genau wie die Blätter weist auch der Biofilm rauhe Strukturen sowohl im Mikrometer- als auch im Nanometerbereich auf, die dazu führen, dass die Benetzung mit Wasser erschwert wird.

Ein wesentlicher Unterschied, der sowohl bei den Pflanzenblättern als auch bei den Biofilmen auftritt: Beim Lotus-Effekt werden kleine Luftbläschen zwischen dem Wassertropfen und der Oberfläche des Blattes eingeschlossen, beim Rosenblatt-Effekt dagegen nicht.

Deshalb perlen Wassertropfen von Lotusblättern ab, haften aber an Rosenblättern. Ob sich ein Biofilm eher wie ein Lotus- oder wie ein Rosenblatt verhält, hängt von den Nährstoffen ab, die die Bakterien beim Wachstum vorfinden, da dies die genaue Oberflächenstruktur des Biofilms bestimmt.

Ein neuer Ansatzpunkt zur Bekämpfung von Biofilmen

Bakterien in Biofilmen lassen sich oft nur schwer mit Antibiotika und anderen Chemikalien bekämpfen. Teilweise ist dafür die wachsende Zahl bakterieller Resistenzen verantwortlich. Die Forscher schlagen nun vor, auch die wasserabweisenden Eigenschaften der Biofilme anzugreifen:

„Wenn ein antibakterieller Stoff die Oberfläche eines Biofilms gar nicht erreicht, weil er abperlt, dann kann er auch nicht wirken. Wir müssen deshalb diese wasserabweisende Oberflächentextur verändern“, erklärt Oliver Lieleg. „Das wäre ein neuer Ansatzpunkt, um Biofilme von Oberflächen wie Rohren, Kathetern oder infizierten Wunden zu entfernen.“

Das Projekt wurde im Rahmen des SFB863 „Forces in Biomolecular Systems“ durchgeführt.

Originalpublikation
Werb, M., Falcón Garcia, C., Bach, N., Grumbein, S., Sieber, S., Opitz, M. and O. Lieleg, “Surface topology affects wetting behavior of Bacillus subtilis biofilms”, NPJ Biofilms and Microbiomes, DOI: 10.1038/s41522-017-0018-1 (2017)
https://www.nature.com/articles/s41522-017-0018-1

Kontakt
Prof. Dr. Oliver Lieleg
Technische Universität München
Professur für Biomechanik / Fakultät für Maschinenwesen und Munich School of BioEngineering
Tel: +49 89 289 10952
E-Mail: oliver.lieleg@tum.de

Mehr Informationen

Professorenprofil Prof. Dr. Oliver Lieleg: http://www.professoren.tum.de/lieleg-oliver/

Arbeitsgruppe "Biologische Hydrogele": http://www.imetum.tum.de/arbeitsgruppen/biologische-hydrogele

Weitere Informationen:

https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/detail/article/33914/ - Diese Meldung im Web
https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/ - Pressemeldungen der Technischen Universität München

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics