Synthetische Polymere steigern die Biofilmbildung für eine effiziente Biokatalyse

Bakterien, Algen und Pilze bilden auf Oberflächen sogenannte Biofilme, eine schleimige Schicht aus Zuckern und Proteinen, die für die Biokatalyse sehr hilfreich ist. Wissenschaftler der Universität Birmingham konnten durch synthetische Polymere die Biofilmbildung von Bakterien steigern, um diese für eine effiziente Biokatalyse nutzbar zu machen.

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Das Bakterium Escherichia coli (E. coli) wird oft in der Lebensmittelindustrie, für die pharmazeutische Herstellung von Medikamenten und in der chemischen Industrie zur Katalyse chemischer Umsetzungen genutzt. Es muss genetisch verändert werden, um effizient Biofilme auszubilden. Da dieses Verfahren kostspielig und zeitaufwendig ist, suchten die Forscher Dr. Tim Overton von der School of Chemical Engineering der Universität Birmingham und Dr. Francisco Fernández Trillo von der School of Chemistry, beide dem Institut für Mikrobiologie und Infektion der Universität zugehörig, nach einer alternativen Lösung.

Den Wissenschaftlern gelang es durch den Zusatz synthetischer Polymere in der Bakterienkultur, die Biofilmbildung in einem E. coli-Stamm zu induzieren. Außerdem verglichen sie zwei verschiedene Stämme miteinander: MC4100, der nur schwach Biofilme ausbildet, und PHL644, der durch eine Punktmutation besonders stark Biofilme ausbildet. Die Forscher testeten den Einfluss verschiedener Polymere auf die Biofilmbildung.

Sie stellten fest, dass hydrophobe Polymere im Gegensatz zu schwach kationischen Polymeren die Zusammenlagerung der Zellen und die Bildung eines Biofilms in beiden E. coli-Stämmen förderten. MC4100 bildete durch die Inkubation mit dem Polymer sogar noch besser Biofilme aus, als PHL644. Aromatische und heteroaromatische Polymer-Derivate beeinflussten die Biofilmbildung am effektivsten.

Die Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die synthetisch hergestellten Polymere einen ähnlichen Einfluss auf den Phänotyp der Bakterien haben wie genetische Modifikationen.

Mit ihrer Forschungsarbeit konnten die Wissenschaftler beweisen, dass synthetische Polymere ebenso gut den Stoffwechsel von Mikroben beeinflussen, wie künstlich eingeführte genetische Veränderungen. Ihre Forschungsarbeit veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Materials Horizons.

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