Charakterisierung der Mechanismen die zur Antibiotikatolerenz in Biofilmen von Vibrio cholerae führen

• Prof Dr Knut Drescher Universität Basel, Biozentrum.
• Prof Dr Kai Papenfort Friedrich-Schiller Universität Jena, Institute für Mikrobiologie.

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Bakterien können räumlich strukturierte, vielzellige Gemeinschaften, sogenannte Biofilme, bilden. Biofilme gelten als die vorherrschende Form bakteriellen Lebens auf der Erde und sind dafür bekannt Mikroorganismen vor schädlichen Umweltbedingungen zu schützen. Bakterien innerhalb von Biofilmen zeigen beispielsweise im Vergleich zu planktonischen Bakterien eine erhöhte Antibiotikatoleranz, wodurch antimikrobielle Therapien bei Infektionen erschwert werden. Somit stellt die Antibiotikatoleranz eine wichtige multizelluläre Funktion von Biofilmen dar. Die zugrundeliegenden regulatorischen Prozesse und biophysikalischen Mechanismen der erhöhten Antibiotikatoleranz in Biofilmen sind jedoch noch unklar.

Mit diesem Projekt wollen wir diese Lücke schließen, indem wir die Antibiotikatoleranz von Biofilmen des humanpathogene Erregers Vibrio cholerae untersuchen. Unsere vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass eine erhöhte Antibiotikatoleranz mit der Biofilmbildung bei V. cholerae verbunden ist und dass Funktionen multizellulärer Strukturen wie Quorum Sensing, Biofilmarchitektur, physiologische Differenzierung und stochastische Genexpression in diesen Prozess einfließen. Um die molekularen Prinzipien zu verstehen, die zur erhöhten Antibiotikatoleranz in Biofilmen führen, werden wir verschiedene Technologien wie Lebendzellmikroskopie, mikrobielle Genetik, Transkriptomanalysen und Bildanalysemethoden nutzen, welche wir sowohl auf der Populationsebene, als auch auf der Einzelzellebene anwenden werden. 

Allgemein betrachtet, wird diese Forschung unser Verständnis dafür verbessern, wie Bakterien die spezifischen molekularen und biophysikalischen Eigenschaften mehrzelliger Strukturen nutzen, um ihre Antwort auf Umweltstress zu koordinieren. 
Praktische Anwendungen der beantragten Forschung könnten neue Strategien zur Kontrolle von Biofilm-assoziierten Bakterienwachstum sein, welche in der Medizin, Biotechnologie und Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung.