Rumpf, Anna:

Effekte elektrischer Polarisation leitender Oberflächen auf die bakterielle Primäradhäsion und Biofilmentwicklung

Mülheim an der Ruhr: IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung (2009) (Berichte aus dem IWW Rheinisch-Westfälischen Institut für Wasserforschung ; 49), X, 170 S.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie » Biofilm Center
Flemming, Hans-Curt (Doktorvater, Betreuerin)
Siebers, Bettina (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Die Biofilmbildung durch Bakterien auf Oberflächen führt in Wasser führenden Systemen zu technischen und hygienischen Problemen. Die dabei herrschenden physico-chemischen Wechselwirkungen zwischen Bakterienoberfläche und Aufwuchsfläche werden z.B. in der Derjaguin-Landau-Vervey-Overbeck DLVO-Theorie beschrieben.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch elektrische Polarisation die physico-chemischen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Aufwuchsfläche zu manipulieren. Unter Einsatz der elektrisch leitenden Aufwuchsflächen Indiumzinnoxid (ITO) und Polypyrrol (Ppy) wurden negativ (– 600 mV), positiv (+ 600 mV) sowie ständig gepulste (chaotische) Aufwuchsflächen erzeugt. Die Effekte auf die bakterielle Primäradhäsion und Biofilmentwicklung wurden quantitativ und qualitativ untersucht.
Quantitative Untersuchungen zeigten, dass jede untersuchte Polarisation auf ITO zu einer erhöhten und auf Polypyrrol zu einer geringeren Primäradhäsion der Bakterien führte. Dies deutet während einer Polarisation auf schwächere Anziehungskräfte zwischen der Bakterienoberfläche und Polypyrrol im Vergleich zum ITO.
Eine gepulste Polarisation während der Wachstumsphase führte zu einer geringeren Biofilmbildung durch Trinkwasserbakterien auf ITO. Auf der Kontroll-Aufwuchsfläche entstand ein mehrschichtiger Trinkwasserbiofilm und auf dem polarisierten ITO verblieb der Trinkwasserbiofilm als Monolayer. Die Kontroll-Aufwuchsfläche war zu 22 % von einem Trinkwasserbiofilm belegt, während auf dem polarisierten ITO nur 0,15 % von einem Trinkwasserbiofilm überdeckt waren. Das Volumen des Trinkwasserbiofilms auf dem polarisierten ITO war im Vergleich zur Kontrolle um den Faktor 300 geringer. Eine gepulst polarisierte ITO-Aufwuchsfläche hemmte die Biofilmbildung über eine Woche hin.
Für eine qualitative Bewertung des physiologischen Zustandes der anhaftenden Bakterien nach Polarisation wurden die Zellteilungsfähigkeit, ribosomale Aktivität, ATP-Gehalt und die Membranintegrität untersucht. Zusätzlich wurde ein potentieller Einfluss elektrischer Polarisation auf die Populationsdiversität der Trinkwasser¬biofilme untersucht. Die Zellteilungsfähigkeit, nachgewiesen mittels Pipemidinsäure, nahm mit zunehmender Polarisationsdauer ab und war nach 20 Stunden nicht mehr nachweisbar. Die mittels FISH untersuchte ribosomale Aktivität sowie die ATP-Messungen zeigten eine geringere Aktivität der Trinkwasserbakterien nach Polarisation. Eine Überprüfung der Membranintegrität mittels Propidiummonoazid (PMA), das nur in membrangeschädigte Bakterien eindringt und dessen DNA blockiert, zeigte in der quantitiativen RT-PCR keinen Einfluss. Eine Auftrennung derselben Proben mittels PCR-DGGE wies bei einigen Stämmen eine geschädigte Membranintegrität nach. Die PCR-DGGE zeigte ebenfalls Unterschiede in der Population des Trinkwasserbiofilms auf der Kontrolle und dem polarisierten ITO. Einige Stämme etablierten sich nur auf dem polarisierten ITO und andere nur auf der nicht polarisierten Kontrolle. Wurde die Polarisation abgestellt, änderte sich die Population erneut, was eine Beeinflussung der anhaftenden Trinkwasserbakterien durch elektrische Polarisation zeigt.
Zusamenfassend weisen die Daten auf eine Beeinträchtigung bakterieller Aktivität durch elektrische Polarisation der Aufwuchsfläche hin. Dies bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Verminderung der Biofilmbildung auf elektrisch leitenden Oberflächen in der Praxis

Dieser Eintrag ist freigegeben.