Biothermodynamische Charakterisierung und Analyse der Steuerungsmöglichkeiten des mikrobiellen Aufwuchsverhaltens mit neuartigen miniaturisierten Chip-Kalorimetern

• Applicant: Privatdozent Dr. Johannes Lerchner
• Subject Area: Analytical Chemistry ; Biological Process Engineering ; Microbial Ecology and Applied Microbiology
• Term: from 2006 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 24080604

Biofilme stellen die dominierende Lebensform von Mikroorganismen dar. Mehr als 80% aller Mikroorganismen leben in solchen Gemeinschaften, assoziiert an Oberflächen, eingebettet und geschützt durch eine extrazellulare polymere Matrix (EPS). Die Aufrechterhaltung des hohen Ordnungszustandes in Biofilmen erfolgt durch die permanente Dissipation freier Enthalpie überwiegend in Form von Wärme. Diese ist ein Echtzeitmaß für die Summe aller metabolischen Ereignisse im Biofilm.Die Komplexität der in einem Biofilm ablaufenden Prozesse stellt für die Entwicklung effizienter Biofilm-Analysenmethoden eine erhebliche Herausforderung dar. Die ökonomischen und gesundheitlichen Folgeeffekte der Wirkung von Biofilmen z.B. mikrobiell induzierte Korrosion, Verblockung von Rohrleitungen oder die Infektion von Implantaten bzw. die Stabilisierung pathogener Keime sind Motivation für die Entwicklung neuer Methoden zur Biofilmanalyse. Die Besonderheit der von den Antragstellern entwickelten chip-kalorimetrischen Messtechnologie besteht darin, dass die Aktivität von Biofilmen gut quantifizierbar, in Echtzeit, zerstörungsfrei, nicht-invasiv und ohne Markierungsaufwand gemessen werden kann. Damit ergibt sich ein breites Anwendungsfeld für die Methode, vor allem bei der Analyse von Interventionsmöglichkeiten (biologisch oder chemisch) auf einen Biofilm. Um den Anwendungsbereich der Methode genauer zu fixieren, sollen anhand exemplarischer Studien die Spezifika einer kalorimetrischen Biofilmanalyse herausgearbeitet werden. Insbesondere soll untersucht werden, inwieweit kalorimetrisch detektierte Aktivitätsänderungen den Ergebnissen konventioneller und fluoreszenzmikroskopischer Methoden äquivalent sind, da bisher bekannte Aktivitätsmaße unterschiedliche und nur eng begrenzte Bereiche des komplexen Biofilmmetabolismus beschreiben.

• DFG Programme: Research Grants