Biothermodynamische Charakterisierung und Analyse der Steuerungsmöglichkeiten des mikrobiellen Aufwuchsverhaltens mit neuartigen miniaturisierten Chip-Kalorimetern
Bioverfahrenstechnik
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die erzielten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: 1. Mit Hilfe der im Projekt entwickelten Chip-Kalorimeter konnten erfolgreich die Wirkung von Antibiotika auf Biofilme und Biofilmauslöschungsprozesse durch räuberische Bakterien untersucht werden. 2. Der Mehrwert der Kombination von Chip-Kalorimetrie und konventionellen Biofilmuntersuchungsmethoden zeigt sich in vertieften Einsichten in den Wirkmechanismus von Antibiotika. So kann mittels Kalorimetrie noch metabolische Aktivität nachgewiesen werden, obwohl KBE-Bestimmungen auf die Auslöschung des Biofilms infolge einer Antibiotika schließen lassen. Das Auseinanderlaufen von metabolischer Wärmeleistung und ATP-Gehalt lässt Rückschlüsse auf den Grad der ATP-Regulation zu. 3. Die hervorragende Echtzeitfähigkeit der Chip-Kalorimetrie hat sich als vorteilhaft für die Untersuchung der Dynamik von Biofilmauslöschungsprozessen durch räuberische Bakterien erwiesen. 4. Eine neu entwickelte Variante eines Chip-Kalorimeters (Beads-Chip-Kalorimeter) erlaubt die Messung der metabolischen Wärmeproduktion an magnetischen Beads angelagerter Bakterien bei erhöhtem Probendurchsatz. 5. Der Miniaturisierungsgrad des Chip-Kalorimeters ermöglicht erstmals die Kombination von „Biomagnetische Separation“ und kalorimetrischer Detektion. Damit ist die Voraussetzung für eine schnelle Quantifizierung bakterieller Kontaminationen bei niedrigen Zellkonzentrationen gegeben. 6. Mit dem entwickelten Beads-Chip-Kalorimeter wurde erstmals die inhibierende bzw. inaktivierende Wirkung von Silber-Nanopartikeln auf Biofilme untersucht, die an Beads kultiviert wurden. 7. Am Beispiel der untersuchten Beads-Biofilme konnte gezeigt werden, dass die kalorimetrische Detektion von Biofilmaktivitäten insbesondere in stark inhomogenen Proben Vorteile gegenüber traditionellen Methoden wie CV-Assay und CFU-Messung hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2010. Chip calorimetry for fast and reliable evaluation of bactericidal and bacteriostatic treatments of biofilms. Antimicrob. Agents Chemother., 54, 312-319
Buchholz, F., Wolf, A., Lerchner, J., Mertens, F., Harms, H., Maskow, T.
- 2011. Potentials and limitations of miniaturized calorimeters for bioprocess monitoring. Appl. Microbiol. Biotechnol.,92: 55-66
Maskow, T., Schubert, T., Wolf, A., Buchholz, F., Regestein, L., Buechs, J., Mertens, F., Harms, H., Lerchner, J.
- 2012. Chip calorimetry & Biomagnetic separation: Fast Detection of bacterial contaminations at low cell titers. Eng. Life Sci.
Lerchner, J., Schulz, A., Poeschel, T., Wolf, A., Hartmann, T., Mertens, F., Boschke, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/elsc.201200029) - 2012. Chip-calorimetry provides real time insights into the inactivation of biofilms by predatory bacteria. Biofouling, 28, 351-362
Buchholz, F., Lerchner, J., Mariana, F., Kuhlicke, U., Neu, T., Harms, H., Maskow, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/08927014.2012.673593)
