Stand: 05.11.2019 10:30 Uhr

Biofilm: Wenn Keime eine Festung bauen

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Plaque auf den Zähnen ist das bekannteste Beispiel für einen Biofilm.

Organisieren sich Bakterien im Körper zu einem sogenannten Biofilm, macht sie das extrem widerstandsfähig - sogar fast unbesiegbar. Gegenüber Angriffen von außen, wie zum Beispiel durch Antibiotika, sind Bakterien in einem Biofilm bis zu tausendfach widerstandsfähiger als einzeln. Experten schätzen, dass etwa 80 Prozent aller Infektionen im Krankenhaus ursprünglich aus einem Biofilm hervorgehen.

Eine Animation eines Bakteriums in rosa.

Biofilm: Wenn Keime eine Festung bauen

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Ein Biofilm ist ein Zusammenschluss von Bakterien, der sie extrem widerstandsfähig gegen Antibiotika macht. Der bekannteste Biofilm ist die Plaque auf den Zähnen.

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Bakterien bilden wehrhafte Siedlungen

Bakterien leben meist nur vorübergehend "alleine" und auf Wanderschaft. Finden sie einen geeigneten Ort, werden sie sesshaft und bilden enge Lebensgemeinschaften - auch mit fremden Bakterienarten. Dabei verändern sie ihre Biologie: Sie vernetzen sich, bauen Versorgungsstrukturen auf und entwickeln sogar eine gemeinsame "Sprache". Nach außen schützen sie sich durch eine schleimige, dreidimensionale "Stadtmauer", undurchdringbar für die körpereigene Abwehr und für die meisten Antibiotika.

Biofilm auf den Zähnen und auf den Herzklappen

Der wohl bekannteste Biofilm ist die Plaque auf unseren Zähnen. Dieser widerstandsfähige Zahnbelag besteht aus vielen verschiedenen Mundbewohnern, darunter auch gefährliche Bakterien. Sie kommen vor allem in älterer Plaque vor und können folgenschwere Zahninfektionen auslösen, zum Beispiel eine Parodontitis am natürlichen Zahn oder eine Periimplantitis an Implantaten. Die Prävalenz, also die Häufigkeit von biofilmassoziierten Erkrankungen, liegt in der Mundhöhle bei über 50 Prozent. Das bedeutet, dass jeder Zweite von diesen parodontalen Erkrankungen betroffen ist.

Darüber hinaus können diese Bakterien ins Blutsystem gelangen und von dort in den ganzen Körper. Besonders gern lassen sie sich auf den empfindlichen Herzklappen nieder und bilden dort erneut einen Biofilm. Damit das Herz effektiv pumpen kann, müssen die zarten Klappensegel gut schließen und ihre Ventilfunktion erfüllen. Eine bakterielle Besiedelung kann die Klappensegel zersetzen und dazu führen, dass die Herzklappen nicht mehr richtig schließen und Blut zurückfließen kann: Es kommt zu einer Herzschwäche (Herzinsuffizienz) und die defekte Herzklappe muss durch eine Prothese ersetzt werden.

Nach OP sind die richtigen Antibiotika entscheidend

Damit die künstlichen Herzklappen nicht ebenfalls von den Bakterien des Biofilms angegriffen werden, entnehmen Forscher sofort Gewebeproben aus der zerstörten Klappe und suchen mit molekularbiologischen Verfahren Schicht für Schicht ab, um die Erreger zu identifizieren. Nur so können sie die neue Herzklappe schützen und eine erneute Zerstörung verhindern. Je besser die Bakterien bekannt sind, umso gezielter können frisch Operierte Antibiotika bekommen, um übrig gebliebene Erreger zu töten, bevor ein neuer Biofilm wächst. So es immer wieder ein Wettlauf gegen die Zeit, denn wenn die Bakterien erst mal einen widerstandsfähigen Biofilm gebildet haben, sind herkömmliche Antibiotika machtlos.

Lernen von der Kannenpflanze

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Vorbild Natur: Die fleischfressende Kannenpflanze fängt Insekten in ihren rutschigen Beuteln.

Ideal wäre es, wenn sich ein Biofilm gar nicht erst bilden könnte. Besonders gefährdet sind Implantate, weil die körpereigene Abwehr auf Kunststoffen und Metallen wenig bewirken kann. Diese Flächen müssen also zusätzlich geschützt werden. Um das zu erreichen, schauen sich Wissenschaftler die Tricks der Natur an und versuchen, sie möglichst gut nachzubilden. So werden Endoprothesen erst mit dem Laser nanoskopisch angeraut und dann mit einer extrem glitschigen Flüssigkeit beschichtet – auf der Bakterien keinen Halt finden sollen. Diese Idee entstand nach dem Vorbild der Natur: Mit spiegelglatten, glitschigen Kannen fängt die fleischfressende Kannenpflanze Insekten.

Wissenschaftler tüfteln an Implantat-Beschichtung

Bionik-Forscher haben eine Flüssigkeit im Labor nachgebaut, die jegliches Anhaften verhindert. Nun wird die Substanz am Implantatforschungszentrum in Hannover getestet. Die Fragestellungen: Wie gut haftet diese Flüssigkeit auf einer Titanoberfläche und verhindert diese Beschichtung ähnlich wie bei der Kannenpflanze, dass sich Bakterien dort niederlassen? Die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend, aber ein paar Jahre werden noch vergehen, bis dieses Verfahren im OP ankommt.

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Experten zum Thema

Priv.-Doz. Dr. Annette Moter, Gruppenleiterin
Biofilmzentrum
Institut für Mikrobiologie und Infektionsimmunologie
Charité - Universitätsmedizin Berlin
Hindenburgdamm 30
12203 Berlin
imh.charite.de

Prof. Dr. Meike Stiesch, Leitende Ärztin
Niedersächsisches Zentrum für Biomedizintechnik, Implantatforschung und Entwicklung
Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde
Medizinische Hochschule Hannover (MHH)
Carl-Neuberg-Straße 1
30625 Hannover
nife-hannover.de/

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Visite | 05.11.2019 | 20:15 Uhr

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