Erforschung des mikrobiellen Kampfes bei Biofilm-Infektionen
Viele Mikroorganismen leben in polymikrobiellen Gemeinschaften, die eine grundlegende Rolle in verschiedenen Ökosystemen spielen, vom Boden über das Wasser bis hin zum menschlichen Körper. Innerhalb dieser strukturierten Gemeinschaften stehen die Mikroorganismen in enger Wechselwirkung und tauschen Substrate und Stoffwechselprodukte aus. Biofilme stellen eine weit verbreitete Form des mikrobiellen Lebens dar, die auch an krankheitsverursachenden Mechanismen beteiligt ist. Das Verständnis der Dynamik mikrobieller Interaktionen innerhalb von Biofilmen ist für die Kontrolle von Infektionen und die Entschlüsselung des bakteriellen Verhaltens von wesentlicher Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf die menschliche Gesundheit.
Wettbewerbsvorteil von Bacteriocin-produzierenden Stämmen
Im über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) unterstützten Projekt BOB wird die Rolle der antimikrobiellen Peptide Bacteriocine in Biofilmgemeinschaften untersucht. Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass Bacteriocine als Waffen gegen benachbarte Bakterienzellen im Kampf um gemeinsame Ressourcen dienen. Sie können auch andere ökologische Funktionen haben, z. B. die Freisetzung von DNA für die natürliche Transformation erleichtern. „Bacteriocine werden in großem Umfang für Anwendungen im Lebensmittel- und Gesundheitsbereich untersucht und werden traditionell als bakterielle Abwehrmechanismen betrachtet. Es ist jedoch wenig über andere Funktionen bekannt, die Bacteriocine haben könnten, wie zum Beispiel ihre Rolle in Biofilmen“, erklärt die MSCA-Forschungsstipendiatin Sara Arbulu Ruiz. Bacteriocine sind weit verbreitet und weisen eine bemerkenswerte Vielfalt in Bezug auf das antimikrobielle Spektrum und die Wirkungsweise auf. Das Projektteam von BOB konzentrierte sich auf Streptococcus mutans, ein Bakterium, das eng mit Mundkrankheiten wie Parodontitis und Karies verbunden ist. Die Forschenden versuchten mithilfe eines vielschichtigen Ansatzes, die Auswirkungen von Bacteriocinen auf die Biofilmbildung zu erforschen. Sie entdeckten, dass Bacteriocin-produzierende Stämme in Biofilmen einen Wettbewerbsvorteil haben. Die Deletion von Bacteriocin-Genen in S. mutans führte zu einer verminderten Fähigkeit zur Biofilmbildung, was die potenzielle Rolle von Bacteriocinen in der Biofilmdynamik unterstreicht. Darüber hinaus etablierte das Team einen Bacteriocin-Biofilm-Arbeitsablauf, der als vielseitige Plattform für künftige, auf Gene ausgerichtete Biofilmuntersuchungen dienen wird.
Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit
Immer mehr Forschungsergebnisse unterstreichen den Zusammenhang zwischen den Produzenten von Bacteriocinen und der Dynamik der Biofilmbildung. Bacteriocin-Gene erweisen sich als potenzielle therapeutische Ziele für die Biofilmkontrolle und bieten neue Möglichkeiten zur Bekämpfung mikrobieller Infektionen. Arbulu Ruiz sagt: „Wir brauchen neue Strategien, um die Krise der antimikrobiellen Resistenz zu bewältigen – zusätzlich zu den Bacteriocinen selbst als Antibiotika könnten Bacteriocin-Gene potenzielle therapeutische Ziele für die Kontrolle von Biofilmen darstellen.“ Das Projekt BOB ebnet durch die Aufklärung des komplizierten Zusammenspiels von Bakterien in Biofilmen den Weg für innovative Strategien im Gesundheitswesen und darüber hinaus. Wenn verstanden wird, wie sich Bacteriocine auf die Dynamik von Biofilmen auswirken, können gezielte antimikrobielle Therapien entwickelt werden, die die Biofilmbildung unterbrechen oder die Empfindlichkeit von Biofilm-assoziierten Krankheitserregern für konventionelle Behandlungen erhöhen. Darüber hinaus kann die Anwendung von Bacteriocinen bei der Lebensmittelkonservierung und in industriellen Prozessen dazu beitragen, die Ausbreitung von Krankheitserregern in Lebensmitteln einzudämmen und die Prävalenz mikrobieller Kontamination in verschiedenen Bereichen zu verringern, wodurch die Lebensmittelsicherheit und -qualität verbessert werden. Mit Blick auf die Zukunft zielt das Projekt BOB darauf ab, Bacteriocin-vermittelte Biofilm-Interaktionen im Hinblick auf ihre breitere ökologische Bedeutung zu untersuchen. In weiteren Experimenten sollen die Mechanismen erforscht werden, die dem Verderben von Lebensmitteln durch Biofilme zugrunde liegen. Insgesamt schlägt das BOB eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und praktischen Anwendungen und bietet wichtige Erkenntnisse über Wege zur Bekämpfung von Biofilm-assoziierten Infektionen.
Schlüsselbegriffe
BOB, Biofilm, Bacteriocin, Infektion, Gesundheitswesen, mikrobielle Gemeinschaft, Streptococcus mutans, Lebensmittelsicherheit