Reportergen-Assay zur Quantifierung der Bakterienadhäsion

AUFGABENSTELLUNG

Biomaterialien und Medizinprodukte werden zunächst sterilisiert. Bei ihrem Einsatz im Körper können sich Bakterien an ihre Oberflächen anheften und diese anschließend besiedeln. Zur Vermeidung dieser Besiedlung wurden Materialien lange mit Antibiotika ausgestattet. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung antibiotikaresistenter Bakterien ist ein ungezielter, vorbeugender Einsatz von Antibiotika jedoch nicht mehr zeitgemäß.
Mikro- und nanostrukturierte Oberflächen bieten eine nachhaltige Alternative. Sie können die bakterielle Besiedlung verhindern, indem sie die Kontaktfläche zwischen Bakterien und Material reduzieren oder mechanische Spannungen erzeugen, die eine stabile Anheftung und anschließende Biofilmbildung erschweren.
Die zuverlässige Quantifizierung der Bakterienadhäsion, als erster Schritt der mikrobiellen Kolonisierung, ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung und Bewertung solcher Oberflächen. Bisher verfügbare Verfahren wurden überwiegend für glatte Materialien entwickelt. Sie beruhen auf dem Abspülen nicht adhärenter Zellen und der anschließenden Ablösung und Quantifizierung der verbleibenden Bakterien. Da die Bedingungen beim Abspülen nur unzureichend standardisiert sind, können sowohl nicht adhärente Zellen auf der Oberfläche verbleiben als auch adhärente Zellen unbeabsichtigt entfernt werden. Dies beeinträchtigt Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung, insbesondere bei strukturierten Oberflächen.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines robusten, reproduzierbaren und materialunabhängigen Reportergen-Assays zur direkten Quantifizierung der Bakterienadhäsion auf Materialoberflächen. Die Messung soll ohne Abspülen, Kultivieren oder Anfärben der Bakterien erfolgen.
Als Testorganismus wird Escherichia coli eingesetzt. Die Bakterienadhäsion wird über die Expression eines fluoreszierenden Reportergens erfasst. Nach einer definierten Assay-Zeit wird das Fluoreszenzsignal direkt mit einem Mikroplatten-Reader bestimmt. Dadurch soll eine standardisierte und zuverlässige Bewertung der antiadhäsiven Eigenschaften unterschiedlicher Materialien und Oberflächenstrukturen ermöglicht werden.

NUTZEN | AUSBLICK

Antiadhäsive Materialien können einen wichtigen Beitrag zur Vermeidung mikrobieller Kontamination und infektionsbedingter Komplikationen leisten. Besonders relevant sind sie im Gesundheitswesen, beispielsweise für Katheter, Implantate und andere Medizinprodukte. Darüber hinaus besitzen antiadhäsive Oberflächen Anwendungspotenzial in Bereichen wie der Lebensmittel-, Textil- und Bauindustrie.
Der zu entwickelnde Assay soll die Entwicklung und Optimierung solcher Materialien unterstützen, indem er deren antiadhäsive Wirksamkeit reproduzierbar und materialunabhängig nachweist. Durch die Möglichkeit, Materialien auch während der Produktion zu untersuchen, kann der Assay zudem zur Prozessoptimierung beitragen und die Notwendigkeit sowie Effizienz einzelner Produktionsschritte bewerten.