Research Group: Biofilme verstehen und verändern

Ob Hitze oder Kälte, hoher oder niedriger pH-Wert, Antibiotikatherapien oder das menschliche Immunsystem – „Bakterien besitzen eine bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit, die es ihnen erlaubt, in jeder erdenklichen Nische auf diesem Planeten zu überleben und zu wachsen“, sagt Dr. Jörg Overhage vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG). Die Bakterien reagieren auf die unterschiedlichsten Umwelteinflüsse und sichern sich ihr Überleben mit Hilfe gezielter Veränderungen in der Genexpression, ein Vorgang, bei dem die genetische Information umgesetzt und für die Zelle nutzbar gemacht wird. Dies wird auch Bakterielle Stressantwort genannt, womit sich die Research Group von Dr. Overhage seit 2010 beschäftigt.

Der Anpassungsprozess der Bakterien wird häufig durch das komplexe Zusammenspiel verschiedener steuernder Netzwerke reguliert. Diese ermöglichen es den Bakterien, extrazelluläre chemische und physikalische Reize wahrzunehmen und in eine spezifische zelluläre Antwort umzuwandeln. Hierdurch kann es dann zu einer Anpassung an die Stressfaktoren und somit zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit kommen.

„Stadt der Mikroben“

Ein sehr wichtiger und äußerst effektiver Anpassungsmechanismus an ungünstige Lebensbedingungen ist die Bildung von Biofilmen. Biofilme sind an Oberflächen angesiedelte bakterielle Lebensgemeinschaften und werden auch als „Stadt der Mikroben“ bezeichnet. In diesen Biofilmen leben unterschiedliche Mikroorganismen eng benachbart an eine Oberfläche gebunden zusammen und sind durch eine Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) vor äußeren Einflüssen wie Desinfektion effektiv geschützt. Neben nützlichen und „guten“ Biofilmen, wie sie im menschlichen Darmtrakt oder in der Kläranlage vorkommen, die den Abbau von organischen oder giftigen Substanzen unterstützen, gibt es auch die „schlechten“. Viele Biofilme verursachen aufgrund ihrer hohen Resistenz große Schäden und enorme Kosten durch Infektionen, etwa in der Medizin auf Implantat- oder Kathederoberflächen oder im technischen Bereich in Rohrleitungen für Trinkwasser.

In der KIT-Nachwuchsgruppe „Bakterielle Stressantworten und Verfahrenstechnik“ kombinieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler innovative Ansätze mit hochmodernen Arbeitsmethoden aus der Mikrobiologie, Molekularbiologie und Bioinformatik. Ziel ist es, bakterielle Stressantworten, insbesondere die Bildung von potentiell krankmachenden Biofilmen, und ihre Widerstandsfähigkeit zu charakterisieren und die komplexen regulatorischen Netzwerke innerhalb der Bakterienzelle aufzuklären, um die so gewonnenen Erkenntnisse anschließend gezielt für die Manipulation von Biofilmen einsetzen zu können.

Research Groups dienen der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, der weiteren Entwicklung des KIT-Forschungsprofils und der Erschließung herausfordernder Forschungsaufgaben am KIT. Das KIT-Gremium CRYS hat die Research Group von Dr. Jörg Overhage sehr gut bewertet.


cs, 04.04.2014