Chemische Mikrobiologie

Gemeinschaft macht stark – das gilt ganz besonders für Bakterien. Sie bilden auf feuchten Oberflächen organisierte Lebensgemeinschaften, so genannte Biofilme. Das tun sie im Badezimmerabfluss ebenso wie auf unseren Zähnen. Manche machen uns krank, andere leben in friedlicher Koexistenz mit uns oder sind sogar uns nützlich. Um solche Biofilme verstehen und dann auch beeinflussen zu können, müssen unsere Wissenschaftler wissen, welche Bakterien sich unter welchen Bedingungen zusammenschließen. Dazu schauen unsere Forscher den Bakterien bei der Arbeit zu.

Unsere Forschung

Unter dem Mikroskop: Beispiel für einen Biofilm

Die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Chemische Mikrobiologie beschäftigen sich mit pathogenen Biofilm-Gemeinschaften. Bakterien leben in der Natur nicht allein, sondern schließen sich mit anderen Mikroorganismen zu schleimigen Belägen – sogenannten Biofilmen – zusammen. Ein alltägliches Beispiel dafür ist der Zahnbelag, den wir täglich zum Schutz unserer Zähne bekämpfen müssen. Unsere Wissenschaftler charakterisieren solche Biofilme und fragen, welche Bakterien in den Biofilmen vorkommen und wie sie miteinander umgehen. Die Gemeinschaften werden in DNA-fingerprints aufgetrennt, anhand der Sequenzen identifiziert und die Dynamik der Biofilm-Entwicklung mit verschiedenen Färbemethoden in der konfokalen Lasermikroskopie verfolgt.

Interessant ist nicht nur, wer dort miteinander zusammenlebt, sondern auch warum die Bakterien miteinander leben und wer in dieser Gemeinschaft welche Aufgaben erfüllt. Um das herauszufinden, lassen die Forscher Bakterien auf besonderen Nährböden wachsen: Substraten, die neben dem normalen Kohlenstoff mit dem stabilen, also nicht radioaktiven, Kohlenstoff-Isotop 13C angereichert sind. Die Bakterien nutzen das so markierte Substrat und bauen das 13Kohlenstoff-Isotop aus dem Substrat in neue Verbindungen, beispielsweise in Fettsäuren und Aminosäuren, ein.

Mit einem speziellen Massenspektrometer kann nun bestimmt werden, in welchen Biomolekülen das Isotop vorliegt. Sogar einzelne Schritte des Bakterienstoffwechsels können dabei genau verfolgt werden. Damit erhalten die Wissenschaftler einen Einblick in den Kohlenstofffluss innerhalb der Gemeinschaft und können diesen mit mathematischen Modellen nachstellen.

Die Modelle sind wichtig für den nächsten Schritt: Wenn bekannt ist, wer in der Gemeinschaft lebt und was er dort tut, kann diese Gemeinschaft verändert werden - vor allem, um pathogenen Bakterien daraus zu verdrängen.

Die Möglichkeiten Biofilme zu beeinflussen sind vielfältig. Das kann mit beschichteten Oberflächen geschehen auf denen die Bakterien sich nicht ansiedeln können. Oder durch Substanzen, die die Kommunikation der Bakterien untereinander behindern. Das Ziel: Einen Beitrag zu leisten, um Biofilm-Infektionen in der Klinik erfolgreicher zu bekämpfen.

Leitung

  • Dr. Wolf-Rainer Abraham

    Wolf-Rainer Abraham

    Leiter der Arbeitsgruppe Chemische Mikrobiologie

    0531 6181-4300/-4226

    0531 6181-4699

    Kontakt

Audio Podcast

  • Vom Feind zum Freund - lasst sich das Gute im Biofilm fördern?
    Bakterien in Biofilmen infizieren Katheter, verstopfen Stents, ruinieren die Zähne, besiedeln Gewebe. Kurz: Sie verursachen viele Infektionen und wir kennen kein Mittel, sie dauerhaft zu zerstören. Aber müssen wir das überhaupt - wäre es nicht möglich, aus gefährlichen Biofilmen, ungefährliche zu machen? Denn in der Natur oder im Darm sind wir sogar auf sie angewiesen. Folgen Sie Wolf-Rainer Abraham in die Welt der Kleinsten und hören Sie wie er Biofilme an Zahnimplantaten manipuliert oder in Gallengangstents für uns nutzt…