Heute stehen etwa 60% der ärztlich behandelten Infektionen im Zusammenhang mit Biofilmen [1].Diese stellen eine besondere Gefahr dar, da Biofilm-assoziierte pathogene Mikroorganismen zum einen vor dem Immunsystem des Menschen geschützt sind und zum anderen eine deutlich höhere Toleranz gegenüber Antibiotika aufweisen. Behandlungen werden daher immer über einen sehr langen Zeitraum, mit hohen Dosen von Antibiotika und der Entfernung von Fremdmaterialien durchgeführt [1], was die Notwendigkeit alternativer Behandlungsstrategien motiviert.
Isothiocyanate (ITCs) zeigen hemmende Wirkung auf medizinisch relevante Biofilme, wie beispielsweise von Pseudomonas aeruginosa-Isolaten [2]. Die Ursachen für diesen Effekt sind bislang noch nicht geklärt. Der Einsatz von ITCs führt zu einer Veränderung der Membraneigenschaften wie z.B. einer Verringerung der Oberflächenladung, der Verschlechterung der Membranintegrität sowie einer Veränderung der Oberflächenhydrophobizität [3]. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass bei verschiedenen Mikroorganismen der Einsatz von ITCs einen direkten Einfluss auf die Beweglichkeit der Bakterien aufweist [3,4]. Damit könnte eine reduzierte Ausbildung von Biofilmen erklärt werden.
Das Ziel des Projektes besteht darin, zu klären, inwieweit die Stoffgruppe der ITCs befähigt ist, die mechanischen Eigenschaften (u.a. die Festigkeit) nosokomialer Biofilme nachhaltig zu reduzieren und welchen Einfluss sie auf die Biofilmstabilität ausüben. Zur Beantwortung dieser Fragestellung, ist neben umfangreichen experimentellen Arbeiten, die Entwicklung eines phänomenologischen Materialmodells geplant, das das mechanische Verhalten des nosokomialen Biofilms in Abhängigkeit physikalischer und chemischer Einflussfaktoren beschreibt.
Quellen:
[1] C. A. Fux, J. W. Costerton, P. S. Stewart, P. Stoodley, Trends Microbiol 2005, 13, 34.
[2] S. J. Kaiser, N. T. Mutters, B. Blessing, F. Günther, Fitoterapia 2017, 119, 57.
[3] A. Borges, S. Serra, A. Cristina Abreu, M. J. Saavedra, A. Salgado, M. Simões, Biofouling 2014, 30, 183.
[4] J. Liu, S. Kutschke, K. Keimer, V. Kosmalla, D. Schürenkamp, N. Goseberg, M. Böl, Ecol 2021, 166, 106233.
Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung des Projekts „Einfluss von Isothiocyanaten auf die mechanische Stabilität nosokomialer Biofilme (NosoBiofilm)“.
