Einsatz der hochaufgelösten MRI und MAS-Spektroskopie zur Untersuchung von Wachstum und Abtrag in Biofilmsystemen

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Biofilme gelten nach H.-C. Flemming als älteste Form des Lebens auf der Erde, und es wird angenommen, dass mehr als 99% der Mikroorganismen auf der Erde in Biofilmen leben. Unter gewissen Umständen können sie sich ganz anders als einzelne, planktonische Bakterien verhalten. Deshalb sind Biofilme sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Forschung von großem Interesse. In diesem Forschungsvorhaben sollen Biofilme, die unter definierten Substrat- und hydrodynamischen Bedingungen kultiviert wurden, mittels Kernspinresonanz-Bildgebung (MRI) untersucht werden. Am lebenden System sollen die dreidimensionale Struktur, die lokale Schwerbeanspruchung sowie molekulare und dynamische Eigenschaften der biofilmbildenden Moleküle vermessen werden. Durch Herbeiführung gezielter Abtragsereignissen (z.B. erhöhte Scherbeanspruchung) sollen neue Erkenntnisse über die Widerstandsfähigkeit unterschiedlich kultivierter Biofilme gegenüber dem Abtrag gewonnen werden. Die gemessenen Parameter, wie z.B. Oberfläschenstruktur, lokale Fließgeschwindigkeiten und Scherkräfte, sollen in ein Abtragsmodell einfließen, das sowohl den Biomasseabtrag in der exponentiellen Wachstumsphase, der stationären Phase und bei erzwungenem Abtrag darstellen kann. Bisher gibt es in der Literatur sehr wenige Untersuchungen von Biofilmen mittels MRI, davon keine in Deutschland. Die Antragsteller erhoffen sich die Erschließung eines neuen Anwendungsgebietes der MRI verbunden mit hochauflösender NMR-Spektroskopie (Magic Angle Spinning, MAS) an teilweise immobilisierten Biosystemen.