HYDROPHOBINE - Hydrophobine zur Funktionalisierung von mineralischen Oberflächen zur Prävention von mikrobiellem Biofilmwachstum. Abschlussbericht. Laufzeit des Vorhabens/Berichtszeitraum: 01.08.2008 - 31.12.2011
(Deutsch)
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Mikrobielle Biofilme sind eine weit verbreitete Lebensform vieler Mikroorganismen. Während sie viele Vorteile für die Mikroorganismen in den natürlichen Ökosystemen und auch z.B. bei der Abwasserreinigung für den Menschen bieten, sind solche Strukturen oft auch ein großes Problem. So können diese stabilen Gebilde zu mechanischen Problemen in technischen Anlagen führen. Außerdem sind viele Mikroorganismen in dieser Lebensform gegen viele herkömmliche Antibiotika resistent und können ein Reservoir für pathogene Bakterien darstellen. Deshalb gibt es viele Bestrebungen Biofilmwachstum zu verhindern. Dies geschieht unter Anderem durch Biozide (Amphoterizin, Peroxosäure, etc.), aber es wird auch die initiale Biofilmbildung verhindert, indem Oberflächen verwendet werden, die eine Biofilmbildung erschweren (Glas, PVC, Polyethylen etc.). Dennoch besteht ein hoher Bedarf das Phänomen besser zu verstehen und Biofilmbildung noch wirksamer zu verhindern. Deshalb haben wir in unserem Projekt die Möglichkeit getestet, keramische Oberflächen mit antimikrobiellen Substanzen dauerhaft zu beschichten. Dazu wurden pilzliche Hydrophobine verwendet. Dabei, handelt es sich um kleine, hydrophobe, sehr widerstandsfähige Proteine, die erfolgreich in großen Mengen in E. coli produziert werden konnten. Eine Beschichtung von Oberflächen mit Hydrophobinen hat leider noch nicht zum gewünschten Erfolg geführt. Um eine antimikrobielle Wirkung zu erzielen, sollten die Hydrophobine mit antimikrobiellen Peptiden fusioniert werdenl Es wurden zwei verschiedene Peptide getestet. Eines lies sich als Fusionshydrophobin gewinnen, war aber nicht mehr aktiv, ein zweites konnte leider nicht in E. coli hergestellt werden, was auf eine biologische Aktivität des Proteins hindeutet. Die Beschichtungsversuche sind zur Zeit noch nicht abgeschlossen.
Microorganisms can establish biofilms on many surfaces, which is considered to be a major problem especially in medical fields, food industry and biotechnology. However, the characteristics of a material and its corresponding surface properties affect the biocompatibility and bacterial adhesion. In this study recombinant fusion hydrophobins were tested for surface modification to change surface hydrophobicity and influence biofilm formation. Hydrophobins are non-toxic and non-immunogenic fungal proteins, which show antibacterial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria. Hydrophobins selfassemble on different surfaces into extremely stable monolayers in an amphiphilic manner. The adsorption behaviour of the recombinant fusion hydrophobins was analyzed and a standardized protocol for surface modification was developed. The characterization of the hydrophobin coatings with respect to hydrophobicity and homogeneity indicated that the self-assembly process of the hydrophobins depended on temperature and time. Single bacterial strains as well as natural bacterial communities were used to analyse the impact of hydrophobin modified surfaces on different stages of biofilm formation. Apart from conventional plating experiments, fluorescence microscopy and molecular-biological methods such as denaturing gradient gel electrophoresis were applied to determine differences in the biofilm growth. The results demonstrated that the change of surface hydrophobicity and the fusion hydrophobins itself did not affect biofilm formation. Due to their self-assembly properties, fusion hydrophobins can be used for effective large-scale surface coating of medical and industrial relevant materials in monolayer manner. To stimulate the effect on biofilm formation the hydrophobins were subsequently functionalized with antimicrobial peptides.
HYDROPHOBINE - Hydrophobine zur Funktionalisierung von mineralischen Oberflächen zur Prävention von mikrobiellem Biofilmwachstum. Abschlussbericht. Laufzeit des Vorhabens/Berichtszeitraum: 01.08.2008 - 31.12.2011