Einzelzellkraftspektroskopie-basierte Untersuchungen der initialen Adhäsionsereignisse zwischen pathogenen Mikroorganismen und biotischen/abiotischen Oberflächen

Die Untersuchung der ersten Schritte der Adhäsion von Krankheitserregern an Wirtsstrukturen oder medizinische Implantat-Oberflächen ist eine wichtige Aufgabe der medizinischen Grundlagenforschung. Pathogene Mikroorganismen haben dabei zahlreiche Strategien entwickelt, mit biotischen wie abiotischen Oberflächen in Kontakt zu treten, diesen ersten Kontakt zu verstärken und ein sessiles Stadium zu erreichen. So sind viele pathogene Bakterienarten, wie etwa Staphylococcus aureus, Coagulase-negative Staphylokokken oder Enterococcus spp., dazu in der Lage, multizelluläre Biofilme zu bilden, bei denen die Zellen in eine extrazelluläre Protein- oder Polysaccharidschicht eingebettet sind, die den Erreger weniger anfällig für eine antibiotische Behandlung und die Immunantwort des Wirts macht. Pilze wie die Hefe Candida albicans hingegen wechseln ihr Wachstumsverhalten und bilden nach Kontakt mit einer Oberfläche Hyphen, die zu einem mehrzelligen, dicht miteinander verwobenen Netzwerk heranwachsen. Protozoen wie der Parasit Giardia duodenalis (synonym: Giardia intestinalis, Giardia lamblia) wiederum bilden mit der Ventralscheibe ein spezielles Organell aus, um an Oberflächen anhaften zu können.

Ein zentrales Element unserer Untersuchungen auf diesem Gebiet bildet die Rasterkraftmikroskopie-basierte Einzelzellkraftspektroskopie (englisch single cell force spectroscopy, SCFS), die es ermöglicht, die Adhäsionsereignisse zwischen einer einzelnen, lebenden Zelle und der jeweiligen Oberfläche in Piconewton (pN) bzw. Micrometer (µm) Auflösung zu ermitteln. Wir nutzen diese Methode insbesondere dazu, um das Adhäsionsverhalten von mikrobiellen Infektionserregern an authentische Medizinalprodukte wie Katheter oder Zahnimplantate in einer der Situation im Wirt möglichst nahekommenden Umgebung zu untersuchen. Die Charakterisierung der Adhäsionseigenschaften von eukaryotischen Zellen an unbehandelte bzw. funktionalisierte Oberflächen bildet einen weiteren wichtigen Pfeiler unserer Forschungsaktivitäten, der hauptsächlich mit der Fluid-FM-Technologie realisiert wird.

Möchten Sie gerne mehr zu dieser Methodik erfahren oder haben Sie Fragestellungen, die Sie gerne mit dieser Methodik adressieren möchten, so nehmen sie gerne mit uns Kontakt auf.