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

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Biofilme stellen die dominierende Lebensform von Mikroorganismen dar. Mehr als 80% allerMikroorganismen leben in solchen Gemeinschaften, assoziiert an Oberflächen, eingebettet undgeschützt durch eine extrazellulare polymere Matrix (EPS). Die Aufrechterhaltung des hohenOrdnungszustandes in Biofilmen erfolgt durch die permanente Dissipation freier Enthalpieüberwiegend in Form von Wärme. Diese ist ein Echtzeitmaß für die Summe aller metabolischenEreignisse im Biofilm.Die Komplexität der in einem Biofilm ablaufenden Prozesse stellt für die Entwicklungeffizienter Biofilm-Analysenmethoden eine erhebliche Herausforderung dar. Dieökonomischen und gesundheitlichen Folgeeffekte der Wirkung von Biofilmen z.B. mikrobiellinduzierte Korrosion, Verblockung von Rohrleitungen oder die Infektion von Implantatenbzw. die Stabilisierung pathogener Keime sind Motivation für die Entwicklung neuerMethoden zur Biofilmanalyse. Die Besonderheit der von den Antragstellern entwickeltenchip-kalorimetrischen Messtechnologie besteht darin, dass die Aktivität von Biofilmen gutquantifizierbar, in Echtzeit, zerstörungsfrei, nicht-invasiv und ohne Markierungsaufwandgemessen werden kann. Damit ergibt sich ein breites Anwendungsfeld für die Methode, vorallem bei der Analyse von Interventionsmöglichkeiten (biologisch oder chemisch) auf einenBiofilm. Um den Anwendungsbereich der Methode genauer zu fixieren, sollen anhandexemplarischer Studien die Spezifika einer kalorimetrischen Biofilmanalyse herausgearbeitetwerden. Insbesondere soll untersucht werden, inwieweit kalorimetrisch detektierteAktivitätsänderungen den Ergebnissen konventioneller und fluoreszenzmikroskopischerMethoden äquivalent sind, da bisher bekannte Aktivitätsmaße unterschiedliche und nur engbegrenzte Bereiche des komplexen Biofilmmetabolismus beschreiben.