Biofilm: raffinierter Lebensraum kluger Bakterien

17. Juli 2011 | Kategorie: Aufgelesen, Zeitlos

von Hans-Jörg Müllenmeister

Schon die Cyanobakterien schlossen sich vor dreieinhalb Milliarden Jahren zu „Kommunikationszentren“ in Biomatten zusammen. Jetzt untersuchen Forscher diese erfolgreiche Lebensform intensiver: genauer, den Biofilm. Zuvor glaubte man, Mikroorganismen seien reine Einzelkämpfer. Man untersuchte die Einzeller immer separat unter dem Labormikroskop – isoliert von ihren Artgenossen. In Wirklichkeit bilden sie Gemeinschaften und produzieren einen schützenden Schleim, weitaus dünner als ein Menschenhaar. Diesen nannten Mikrobiologen 1978 erstmals „Biofilm“…

Eiweiß, Zuckermoleküle, Salze, Nährstoffe und Feuchtigkeit bestimmen die feine Schleimstruktur. Jede Kommune von Mikroorganismen bildet dabei ein für sie typisches „Schleimgerüst“.

Leben und sterben mit Bakterien

Wir tun gut daran, Mikroben nicht bloß als unsere Urfeinde zu betrachten. Nur eine von hundert Bakterienarten macht uns krank. Ja, gewiss gibt es pathogene Mikroorganismen. Vielfach sind sie es aber nicht selbst, die den Organismus schädigen, sondern ihre Stoffwechselprodukte, die uns vergiften. Nur ein immungeschwächter Körper kann erkranken. Das liegt nicht an den Bakterien selbst, sondern an der schlechten Disposition des Wirts. Bildlich gesprochen: ziehen große Geschütze vor einer Stadtmauer auf, so fällt der Schutzwall – das Immunsystem – noch nicht in sich zusammen. Erst wenn die Geschütze aktiv die Mauer zerstören, dringt unliebsames Gesindel in die Stadt ein.

Vielleicht erhaschen wir mit kooperativer Einsicht eher den geheimnisvollen Zipfel der Evolution. Erstaunlich, denn nur etwa fünf magere Prozent aller irdischen Mikroorganismen sind uns überhaupt bekannt. Ein lächerlich mageres Wissen über eine Mikrowelt, die uns umgibt, auf unserer Haut siedelt und die sogar in uns wirkt und wohnt. Hundertbillionenfach! Unseren Körper bevölkern mehr Bakterien als wir Körperzellen unser eigen nennen. Unwillkürlich fragt man sich, wer das Sagen hat – der Wirt oder die Heerscharen der Mikros. Nur einmal im Leben sind wir ganz uns selbst, und das ist vor unserer Geburt. Nur in dieser Vorphase sind wir im Prinzip steril und bakterienfrei. Dann beginnt das Leben, das Leben mit den klugen Herrschaften, die unseren Körper über den Tod hinaus begleiten und von denen wir insgesamt 1,5 kg mit uns herumtragen.

Erfolgreicher Handel mit Erbgut im Biofilm

Einige meinen, eine Ode an unsere klugen Mikrobegleiter sei zu pathetisch – und das noch reduziert auf ihre glibberigen Schleim-Bauwerke. Aber urteilen Sie selbst. Vergleichen Sie deren Wirken und Tun mit dem unsrigen. Steigen wir hinab in die Mikrowelt, in die Wohnstätten der Bakterien, die sich die Winzlinge selbst erschaffen, so wie wir unsere Großstädte. Hier fühlen sie sich wohl, hier erwartet uns ihre spannende Geschichte…

Der Biofilm wirkt wie ein einziger Organismus; in ihm leben oft viele verschiedene Bakterienarten mit unterschiedlichem Erbgut. Das gemeinsame Ziel heißt vermehren und Fressen. Vergessen Sie den angestammten Egoismus der Säugetiere, wo jede Art ihr Erbgut für sich behält. Die Bakterien betreiben dagegen einen lebhaften Handel mit ihren Erbanlagen. Da gibt es keine Handelsschranken. Keinen Zoll. Wissenschaftler sagen, der Biofilm nutzt einen gemeinsamen Genpool. „Quorum-sensing“ heißt das Prinzip der Verständigung. Die Bakterien bilden Signalstoffe. Ab einer gewissen Menge dieser Stoffe im Schleim wissen die Bakterien: Wir sind eine Gemeinschaft, wir halten zusammen im Biofilm. Gemeinsam können wir uns gegen das körpereigene Abwehrsystem des Infizierten wehren.

Der Biofilm: ein „demokratischer“ Schleimstaat

Natürlich ist alles kein Honigschlecken, regelmäßige Reibereien unter den Minieinwohnern gehören dazu. Genau das sorgt für gesteigerte Aktivität aller Bewohner. Letztlich stärkt das die Gruppendynamik: ein erprobtes und perfektes Erfolgsrezept der Bakterien im Biofilm. Einzelne Bakterien können wahre Hungerkünstler sein, ihr Stoffwechsel ist dann auf ein Minimum reduziert. Dieses Leben auf Sparflamme erlaubt der Biofilm nicht. Faulenzer hätten keine Chance, Aktion ist Trumpf. Im Biofilm herrscht Arbeitsteilung und jedes Bakterium hat gleiches Stimmrecht – eine perfekte Demokratie. Eine Rangordnung gibt es nicht. Vergleichen Sie das mal mit unserer aus den Fugen geratenen „Demokratur“. Es gibt auch keine Sprachbarrieren, vielmehr ständige Kommunikation über Signalstoffe. Die Winzlinge reden miteinander, positiv wie negativ. „Kommunikationsunwilligen“ wird der Garaus gemacht.

Neuankömmlinge und Arbeitsteilung im Biofilm

In der Multikulti-Biostadt trägt jeder sein Scherflein bei. Ein jeder geht seinem eigenen Geschäft nach, braucht aber auch bestimmtes Rohmaterial und Umgebungsbedingungen, um zu gedeihen. Einige Bakterien leben bevorzugt tief im Schleim, dort, wo es kaum Sauerstoff gibt, dafür aber viele Nährstoffe. Andere mögen die äußeren Schleimschichten – mit frischem Wasser und reichlich Sauerstoff, auch wenn es dort gefährlicher ist zu leben, denn auch Biofilme haben ihre Feinde. Fremdlinge, also Neubewerber müssen sich auf die vorgegebenen Aufgaben der Bio-Großstadt einstellen. Migranten, die nichts für den Schleim tun wollen, werden gnadenlos von den alteingesessenen Biofilm-Bewohnern abgewiesen oder kannibalisch vertilgt. Wäre das ein reinigendes Konzept für eine menschliche Gesellschaft? Dagegen werden arbeitswillige, fremde Gastarbeiter wie Algen und Pilze von der Gemeinschaft aufgenommen.

Elite-„Schüler“ des Biofilms gegen Antibiotika

Im Schutz des Biofilms sind Bakterien tausendmal resistenter als ein einzelnes Bakterium. Denken Sie einmal an die Antibiotika, deren Vernichtungskraft inzwischen bei gefährlichen Krankheitskeimen zur Lachnummer verkommt. Besonders deutsche Krankenhäuser sind Bakterien-„Ausbildungszentren“. Multiresistente Bakterienstämme sind zunehmend immun. Diese „klugen Köpfe“ haben gelernt, wie sie sich vor Eindringlingen schützen. Ein tödliches Wissen, denn allein in den USA sterben jährlich 90.000 Patienten durch diese Musterschüler der Bakterienschmiede. Inzwischen ist die Forschung auf den klugen Gedanken gekommen, pathogene Bakterien nicht direkt zu bekämpfen, sondern ihre Infrastruktur zu zerstören, also ihren Biofilm. Diese Art Vernichtungskrieg kenne wir ja spätestens seit Hiroshima. Was hat die Forschung auf diesen morbiden Gedanken gebracht?… (Seite 2)

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