Ein aktueller Bericht von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) zeigt, wie Bakterien in Form von Biofilmen eine ernsthafte Bedrohung für die Gesundheit darstellen können. Diese Biofilme, die Ansammlungen von Bakterien und Mikroorganismen enthalten, sind nicht nur widerstandsfähig, sondern können auch beherbergen, was sie zu potenziellen Krankheitsüberträgern macht. Besonders alarmierend ist das Bakterium Pseudomonas aeruginosa, das für verschiedene Infektionen verantwortlich ist, darunter Lungenentzündungen, Harnwegsinfekte und Meningitis, und als bedeutender Krankenhauskeim gilt. HHU berichtet, dass ….
In einer umfassenden Forschungsarbeit haben Chemiker der HHU in Zusammenarbeit mit Kollegen aus München und Groningen den Export des Polysaccharids „Pel“ untersucht, das für die Biofilmbildung von P. aeruginosa entscheidend ist. Diese Ergebnisse wurden im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht. Der PelBC-Exportkomplex, eine essentielle Struktur, ist der letzte Schritt innerhalb der Bakterienzelle, bevor Pel freigesetzt wird, um die Biofilmmatrix zu bilden. Durch den Einsatz von Kryo-Elektronenmikroskopie wurde die bisher unbekannte Struktur und Dynamik dieser Maschinerie analysiert.
Die Rolle der Polysaccharide
Pseudomonas aeruginosa produziert mindestens drei verschiedene extrazelluläre Polysaccharide, darunter Pel, Psl und Alginat, die alle für die Biofilmentwicklung von Bedeutung sind. Eine Studie zeigt, dass nicht-mucoid Varianten entweder Pel oder Psl als primäres strukturelles Polysaccharid nutzen können. Mutationsanalysen verdeutlichten, dass Psl in den meisten Isolaten entscheidend für die Oberflächenanlagerung ist, während Pel in späteren Stadien der Biofilmbildung von erheblicher Bedeutung wird. {‚PMC berichtet, dass …‘}
Die Forscher klassifizierten die Bakterienstämme in vier Gruppen basierend auf ihren funktionalen und Ausdrucksprofilen von Pel und Psl. Mit dieser Klassifizierung wurde verstanden, wie verschiedene Stämme trotz Mutationen in den Exopolysaccharid-Genen die Biofilmbildung aufrechterhalten können. Insbesondere zeigt die Forschung, dass die übermäßige Produktion von Pel und Psl eine Überlebensstrategie in wechselhaften Umgebungen darstellen könnte.
Die Gefahren von Biofilmen
Biofilme stellen eine massive Herausforderung für therapeutische Interventionen dar. Durch ihre Struktur sind sie erheblich resistenter gegen antimikrobielle Wirkstoffe im Vergleich zu planktonischen Zellen. Dies führt oft zu chronischen Infektionen und Therapeutika, die versagen. Die Morbiditäts- und Mortalitätsraten bei Pseudomonas-infizierten Patienten variieren zwischen 20 und 60 %, insbesondere bei multiresistenten Stämmen. Risikofaktoren für solche Infektionen umfassen strukturelle Lungenerkrankungen, hämatologische Neoplasmen und den kürzlichen Gebrauch von Antibiotika.
Zukünftige Forschungen sollen nicht nur die Mechanismen des Pel-Expreßkomplexes weiter beleuchten, sondern auch das Zusammenspiel zwischen Pel und weiteren Protein-Komplexen, die an der Synthese von Pel beteiligt sind. Strategien zur Bekämpfung von biofilm-basierten Infektionen, wie die Hemmung von Quorum-Sensing-Systemen und die Entwicklung neuer antimikrobieller Peptide, sind ebenfalls Ziel laufender Untersuchungen. PMC hebt hervor, dass …
