Forschung

Biofilm-basierte Materialien

Die Fähigkeit von Bakterien, Biofilme aus einer Protein- und Polysaccharidmatrix zu bilden, ist zu einer neuen Strategie für die Herstellung "künstlicher lebender Materialien" mit verschiedenen Funktionen geworden. Unsere Gruppe möchte einen Beitrag zu diesem aufstrebenden Forschungsgebiet leisten, indem sie klärt, wie Bakterien Biofilme an ihre Umgebung anpassen, und dieses Wissen nutzt, um die Materialeigenschaften dieser mikrobiellen Gewebe zu verändern.

Zu diesem Zweck kultivieren wir E. coli, die Curli-Amyloid- und Phosphoethanolamin-Zellulose-Fasern produzieren, auf Nährböden mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften und untersuchen das Wachstum, die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der entstehenden Biofilme. So haben wir beispielsweise gezeigt, dass die Veränderung der Oberflächeneigenschaften des Agars durch kationische Polyelektrolytbeschichtungen die Ausbreitung von Biofilmen einschränkt, aber ihre Oberflächendichte durch eine erweiterte Faltenbildung in der dritten Dimension erhöht [Ryzhkov et al, 2021]. Mit ähnlichen Strategien haben wir auch gezeigt, dass E. coli Biofilme, ihr Wachstum, ihre Morphologie und mechanischen Eigenschaften an den Wassergehalt ihres Substrats anpassen [Ziege et al, 2021]. Schließlich haben wir nachgewiesen, dass die Zugabe von Kalzium und organischem Phosphat zum Nährboden, die Bakterien in die Lage versetzt, den Biofilm mit Hydroxylapatitkristallen zu mineralisieren und so das weiche Gewebe in ein hybrides organisch-anorganisches Material zu verwandeln.

In Zusammenarbeit mit (Bio-)Chemikern erforschen wir auch, wie die Nachbearbeitung von Biofilmen dazu beitragen kann, ihre Eigenschaften weiter zu optimieren (z. B. durch Behandlung mit ionischen Lösungen), und untersuchen die Wechselwirkungen zwischen den Matrixkomponenten (z. B. Curli, Zellulose und Wasser) auf molekularer Ebene, um ihren Beitrag zu den endgültigen Materialeigenschaften zu klären.

 

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