ZiMT Journal Club Juli 2021: Prof. Vasily Zaburdaev / Wie Physik hilft, Biofilme zu verstehen

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Prof. Dr. Vasily Zaburdaev, Lehrstuhl für Mathematik in den Lebenswissenschaften, FAU

Das Leben von Mensch und Bakterien ist untrennbar. Bakterien wachsen überwiegend als Biofilme, bei denen es sich um komplexe Zellgemeinschaften handelt, die sich auf fast jeder Art von Oberfläche bilden. Biofilme schützen die Pflanzenwurzeln und verleihen dem Käse Geschmack. Schlimmer noch, sie verursachen zahlreiche chronische Infektionen, die einer Antibiotikatherapie trotzen und zum Tod führen können. Die Entwicklung von Biofilmen von einzelnen Zellen zu einer vielzelligen Gemeinschaft ist genetisch gesteuert, erinnert aber an ein lebendes Gewebe und wird auch von inneren Kräften und Belastungen gesteuert. Viele Bakterienarten verwenden lange flexible und zurückziehbare Filamente, die als Pili Typ IV bezeichnet werden, um an Oberflächen und anderen Zellen zu haften. Zyklen des Wachstums, Anheftens, Zurückziehens und Ablösens der Pili erzeugen eine aktive Kraft, die die Zellmotilität und Koloniebildung vermittelt. In diesem Vortrag werden wir am Modellbeispiel von Neisseria gonorrhoeae Bakterien den ganzen Weg von der Beschreibung der Motilität einzelner Zellen bis hin zu den viskoelastischen Materialeigenschaften von Kolonien in Theorie, numerischen Simulationen und Experimenten gehen. Mit unserem gesammelten Wissen nähern wir uns dem Punkt, an dem die physikalischen Eigenschaften komplexer Bakterienaggregate in den strengen theoretischen Rahmen gestellt und auch experimentell getestet werden können.