Ausbildungsnetz durchbricht den Biofilm-Teufelskreis
Bakterien können auf allen Arten von Oberflächen, seien es Metalle, Kunststoffe und natürliche Materialien, Gemeinschaften, die sogenannten Biofilme, bilden. In der Tat umgeben sie uns überall. „Der Lebenszyklus eines Biofilms besteht im Allgemeinen aus vier Hauptschritten“, erklärt Carmen Blanco, Koordinatorin des Projekts BREAK BIOFILMS von der Universität Oviedo in Spanien. „Dazu zählen das Anhaften von Bakterienzellen an Oberflächen, die Bildung von Kolonien, die Reifung von Biofilmen und schließlich die Ausbreitung, wenn Bakterien andere Oberflächen besiedeln können.“ Obwohl es eine Reihe „guter“ Biofilme gibt, die in Sektoren wie der Abwasserbehandlung oder der biologischen Sanierung eingesetzt werden, schaden viele Bakterienkolonien unserer Gesundheit. So sind beispielsweise Biofilme für etwa 80 % der Infektionen beim Menschen verantwortlich und sie können im Agrar- und Lebensmittelsektor ernsthafte Probleme verursachen. „Mikrobielle Biofilme sind sowohl in klinischen als auch in industriellen Umgebungen die Hauptursache für Biofouling auf Oberflächen“, fügt Blanco hinzu. „Sie üben einen enormen Einfluss auf die Gesundheit und die Wirtschaft aus.“
Die schädlichen Auswirkungen von Biofilmen bekämpfen
Das Ziel des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts BREAK BIOFILMS sind neue Erkenntnisse über die schädlichen Auswirkungen, die Biofilme auf unser tägliches Leben haben können. Zu diesem Zweck vereinte die Projektarbeit Forschende aus den Bereichen Chemie, Nanomaterialien, Mikrobiologie, Biotechnologie und Chemieingenieurwesen. An diesem Ausbildungsnetz mit der Bezeichnung „Breakers“ waren sechs Universitäten, neun Unternehmen, ein Forschungszentrum sowie ein Geschäfts- und Innovationszentrum beteiligt. Das Konzept bestand darin, die nächste Generation Forschender in einem multidisziplinären Umfeld auszubilden, integrierte Strategien für die Erkennung und Zerstörung von Biofilmen zu erarbeiten sowie auf wichtigen Innovationen der Partnerlabore aufzubauen.
Schlüsselstrategien zur Bekämpfung von Biofilmen
Das Ausbildungsnetz basierte auf vier Strategien: Verständnis der Biofilmbildung, Biofilmerkennung, Biofilmzerstörung und Biofilmhemmung. „Die Biofilmbildung ist ein sehr komplexer, mehrstufiger Prozess, bei dem eine Vielzahl von biologischen und physikalisch-chemischen Vorgängen abläuft“, sagt Blanco. „Wir haben modernste Technologien eingesetzt, um diese Prozesse auf Einzelzellebene zu untersuchen und eine Grundlage für das Verständnis der Frühphase der Biofilmbildung zu schaffen.“ In Bezug auf die Biofilmerkennung stand projektintern im Mittelpunkt, die Forschenden dabei zu unterstützen, schnellere und empfindlichere Verfahren zu finden. „Wir müssen wissen, wo sich der ‚Feind‘ versteckt“, so Blanco. „Die heute üblichen Methoden zum Biofilmnachweis können langsam sein und mehrere Tage dauern.“ Sobald die Biofilme entdeckt wurden, müssen sie wirkungsvoll entfernt werden. Im Rahmen des Netzwerks wurde nicht nur nach neuen Strategien zur Zerstörung von Biofilmen gesucht, sondern auch nach umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Desinfektionsmitteln. Im Hinblick auf die Hemmung von Biofilmen wurde zu guter Letzt das Potenzial von antimikrobiellen Mitteln im Nanomaßstab als ein neuartiger Ansatz überprüft, um die Anhaftung von Bakterien von vornherein zu verhindern. So könnten beispielsweise Lebensmittelverpackungsmaterialien entwickelt werden, die eine kontrollierte Freisetzung von bioziden Metallionen ermöglichen.
Mit interdisziplinärer Erfahrung gesellschaftliche Bedürfnisse erfüllen
Die innerhalb des Netzes gewonnenen Erfahrungen werden eine neue Generation Forschender noch besser in die Lage versetzen, gesellschaftliche Herausforderungen im Zusammenhang mit bakteriellen Biofilmen zu bewältigen. Das Projekt brachte mit Erfolg Fachleute aus den Bereichen Mikrobiologie, analytische Chemie, Materialwissenschaft und Ingenieurwissenschaften zusammen. „Jetzt ist der Weg frei, um wichtige Probleme wie antimikrobielle Resistenz, sicherere Lebensmittelverpackungen und antimikrobielle Oberflächen anzugehen und sogar Biofilme im Weltraum zu erkennen und zu kontrollieren“, ergänzt Blanco. Die Umsetzung neuer Ideen in praktische Lösungen wird entscheidend sein. „Aus diesem Grund bildete das Unternehmertum einen Eckpfeiler des Ausbildungsprogramms“, fügt Blanco hinzu. „Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit unternehmerischen Fähigkeiten verfügen über das Potenzial, eine neue Zukunft zu erschaffen.“
Schlüsselbegriffe
BREAK BIOFILMS, Biofilm, Bakterien, Agrar- und Lebensmittelsektor, Infektionen, Mikrobiologie, Nanomaterialien
