Messung der Mikroben-Benetzbarkeit durch Partikelkontaktwinkel

Das MicroCAM-Projekt untersucht, wie Bakterien und andere Mikroorganismen an Oberflächen haften, vor allem dort, wo Wasser und Öl aufeinandertreffen, wie zum Beispiel in verschmutztem Wasser oder in Industrieflüssigkeiten. Dieser Haftungsprozess ist oft der erste Schritt zur Bildung von Biofilmen, dichten Gemeinschaften von Mikroben, die uns entweder helfen können (z. B. bei der Beseitigung von Ölverschmutzungen) oder Probleme verursachen (z. B. Infektionen oder Verschmutzungen von Geräten). Ein wichtiger Faktor für die Anhaftung von Mikroben ist die Art und Weise, wie ihre Außenfläche mit Wasser interagiert – ob sie Wasser „mag“ (hydrophil) oder „abweist“ (hydrophob). Trotz jahrhundertelanger Forschung haben Wissenschaftler immer noch Schwierigkeiten, diese Eigenschaft zu messen. Die vorhandenen Messtechniken geben keine verlässlichen Ergebnisse. Sie basieren oft auf indirekten Beobachtungen einer großen Anzahl von Bakterien, ohne dass gemessen werden kann, was auf der Ebene der einzelnen Zellen an der Oberfläche, an der sie sich festsetzen, passiert. Mit diesen veralteten Methoden lässt sich nicht sagen, ob sich Mikroben mit ihrem Zellkörper oder in einiger Entfernung über langgestreckte Polymere auf ihrer Oberfläche festsetzen. MicroCAM will das ändern, indem es eine neue Methode entwickelt, um einzelne Microben direkt zu beobachten und zu messen, wie sie mit der Grenze zwischen Öl und Wasser interagieren. Dazu wird eine hochspezialisierte Form der Elektronenmikroskopie eingesetzt, mit der wir die Grenzfläche „einfrieren“ und dann detaillierte Bilder davon machen können, wie einzelne Mikroben haften. Anhand dieser Bilder können wir bestimmen, wie weit jede Zelle in das Öl oder Wasser eintaucht, und daraus ableiten, wie wasserabweisend oder hydrophob ihre Oberfläche ist. Wir werden diese Methode erweitern, um Bakterien, die sich über Auswüchse in einiger Entfernung an Öloberflächen binden, direkt abzubilden. Außerdem wird MicroCAM untersuchen, wie Mikroben durch die Freisetzung von Biotensiden, Grenzflächen verändern. Diese natürlichen Chemikalien können die Haftung der Mikroben an öligen Oberflächen verbessern. Diese Untersuchungen werden dazu beitragen, zu unterscheiden, was auf die Mikrobenoberflächeeigenschaften und was auf ihre Sekrete zu der Oberflächenhaftung zurückzuführen ist. Mit MicroCAM werden wir ein genaueres Bild davon bekommen, wie Mikroben mit Oberflächen interagieren, insbesondere mit den bisher wenig erforschten Grenzflächen zwischen Öl und Wasser. Dies wird zu besseren Möglichkeiten zur Bekämpfung schädlicher Biofilme führen und auch den Einsatz von Bakterien in nützlichen Prozessen wie der Umweltsanierung verbessern. Das Projekt wendet physikalische Methoden an, um Fragen zu beantworten, die Biolog*innen und Biotechnolog*innen seit langem beschäftigen, und wird leistungsfähige neue Werkzeuge für die zukünftige Forschung und Anwendung liefern.