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05.09.10 · 11:51 Uhr

D-Aminosäuren lösen bakterielle Biofilme

Kategorie: Medizin·Naturwissenschaften·Technik  ·  Kommentare: 9

English translation in the bottom half of this article. Bakterielle Biofilme sind sind oft unerwünscht und verursachen Probleme. Richard Losick hat den natürlichen Mechanismus untersucht, der zur Auflösung von Biofilmen führt. Eine Rolle dabei spielen D-Aminosäuren. Kann dieses Wissen jetzt schon für Anwendungen genutzt werden?

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Bakterien sekretieren Polysaccharide und Proteinfibrillen, die dafür sorgen, dass sich Biofilme aus Billionen Bakterien erst bilden. Ob an Schiffsrümpfen, in Kathederschläuchen oder auf Zähnen: Mit Bürsten, harschen Chemikalien und Autoklaven wird den Biofilmen zu Leibe gerückt um zumindest kurzzeitig eine Schlacht zu gewinnen. Viele Biofilme sind jedoch nicht für die Ewigkeit. Wenn die beteiligten Bakterien keine Nährstoffe mehr zur Verfügung haben oder sich Abfallprodukte akkumulieren, gehen die Bakterien wieder zu einer frei schwimmenden Lebensweise über, der Biofilm löst sich auf (Foto unten).

Wie funktioniert dieser natürlich vorhandene Mechanismus, der zum Auflösen von Biofilmen führt? Und kann er für industrielle, hygienische und medizinische Anwendungen ausgenutzt werden? Richard Losick hat im Eröffnungsvortrag des EMBO-Meetings gestern Abend gezeigt, wie Biofilme des Bakteriums Bacillus subtilis durch Zugabe von D-Aminosäuren effektiv aufgelöst werden. Im Foto oben ist links ein regulärer Biofilm des Bakteriums zu sehen, rechts der Biofilm nachdem etwas D-Tyrosin darauf verteilt wurde.

D-Aminosäuren werden regulär nicht in Proteine eingebaut, sie kommen aber als Bestandteil der Zellwand von Bakterien vor. Die Beobachtung, dass die Zellwand bei alternden Bakterienkulturen mit mehr D-Aminosäuren modifiziert werden, hat Losick auf die Idee gebracht, den Einfluss dieser durch Racemasen gebildeten Derivate der L-Aminosären auf Biofilme zu untersuchen. D-Tyrosin kann nicht nur Bacillus subtilis Biofilme auflösen, sondern auch verhindern, dass sich Biofilme des Bakteriums Staphylococcus aureus bilden.

S. aureus hat es zu trauriger Berühmtheit gebracht. Das Bakterium ist häufig die Ursache für Krankenhausinfektionen und sorgt für zahlreiche Todesfälle da es häufig gegen gängige Antibiotika resistent ist. Die häufigsten und hartnäckigsten Biofilme im Krankenhausumfeld werden von Pseudomonas aeruginosa gebildet. Wie die D-Aminosäuren auf die Biofilme dieses Bakteriums wirken, wurde von Losick nicht gezeigt.

Eine direkte Anwendbarkeit der D-Aminosäuren in Krankenhäusern scheint also noch nicht absehbar. Ich bin mir aber fast sicher, dass in Zukunft Zahnpasta und Mundwasser D-Aminosäuren enthalten werden - und sei es nur aus Gründen des Marketings. Vielleicht können ja Bootsrümpfe in Zukunft umweltschonender mit D-Tyrosin gereinigt werden.

Kolodkin-Gal I, Romero D, Cao S, Clardy J, Kolter R, & Losick R (2010). D-amino acids trigger biofilm disassembly. Science (New York, N.Y.), 328 (5978), 627-9 PMID: 20431016

Fotos: Losick/ Harvard Medical School

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D-Aminoacids disassemble bacterial biofilms

Bacterial biofilms are often undesirable and generate problems. Richard Losick has studied the naturally occurring mechanism leading to the disintegration of biofilms. D-aminoacids play a role in this process. Can this knowledge already be put to practical use?

Bacteria secrete polysaccharides and proteins which enable the formation of biofilms (consisting of trillions of bacteria) to begin with. Whether on the hulls of ships, in the tubes of catheters or on teeth: The biofilms are attacked with brushes, harsh chemicals and autoclaves in order to win the battle, at least for the time being. Many biofilms, however, are not for eternity. As soon as the bacteria involved do no longer have enough nutrients at their disposal or if there is an accumulation of waste products, the bacteria return to a planktic (floating or swimming) form and the biofilm disperses (see picture).

How does this naturally occurring process of biofilm-disassembly work? And is it possible to apply it industrially, hygienically and in medicine? Yesterday evening, Richard Losick has shown in his opening presentation how biofilms of the bacterium Bacillus subtilis are effectively disassembled through addition of D-aminoacids. In the photo on the top a regular biofilm of the bacterium can be seen on the left, while on right the same biofilm is depicted after addition of some D-tyrosine.

D-aminoacids are not normally integrated into proteins, but they are part of the cell wall in bacteria. The observation that the cell walls in ageing bacterial cultures are no longer being modified with D-aminoacids, has given Losick the idea to study the influence of these derivates of L-aminoacids, which are generated by racemases, on biofilms. D-tyrosine is not only able to disperse biofilms of Bacillus subtilis, it can also prevent the formation of biofilms of the bacterium Staphylococcus aureus.

S. aureus has gained notoriety. This bacterium is often the reason for nosocomial infections which result in numerous deaths, because it is often resistant to commonly used antobiotica. The most common and persistent biofilms in the environment of hospitals are formed by Pseudomonas aeruginosa. How D-aminoacids affect biofilms of this bacterium was not not shown by Losick.

A direct applicability of D-aminoacids in hospitals does not yet seem to be possible. However, I am nearly convinced that in the future toothpaste and mouthwash will contain D-aminoacids - if only for reasons of marketing. Maybe in the future the hulls of boats can be cleaned with D-tyrosin in a more environmentally friendly way.

Translation: Henja Wehmann

 

Autor: WeiterGen· 9 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Bakterien· Biofilm· EMBO· Konferenz· Losick· Meeting