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Lexikon der Biologie

Biofilm

Biofilm, Lebensgemeinschaft von Mikroorganismen (meist Bakterien) in einer ausgedehnten, überwiegend schleimartigen Matrix aus extrazellulärem polymerem Material, meist Exopolysacchariden, aber auch Proteinen. Die "verbündeten" Mikroorganismen siedeln auf Oberflächen und sind in der Natur und auf technischen Systemen weit verbreitet, z. B. auf Gestein, auch im Boden, auf Pflanzen, Zähnen (Zahnkaries), auf Werk- und Kunststoffen, medizinischen Geräten, Kontaktlinsen, Implantaten und in Kläranlagen. Die Dicke der Biofilme kann nur wenige Mikrometer bis Zentimeter (Mikroorganismenmatten) betragen. Die gallertartige Schleimschicht ist von feinen Kanälen durchzogen, die Stoffaustausch, Substrataufnahme und Ableitung von Stoffwechselprodukten fördern. Im Biofilm kann 1 Art vorliegen, meist sind aber unterschiedliche Arten eingebunden. Gegenüber den freilebenden Formen verändern sich die Eigenschaften in der Gemeinschaft des Biofilms; so sind die Bakterien gegen die Abwehrkräfte des Körpers widerstandsfähiger und vertragen eine viel höhere Dosis von Antibiotika und Desinfektionsmitteln (Desinfektion). Unerwünschte Eigenschaften von Biofilmen sind die Biokorrosion von Rohren (besonders an Schweißstellen) und die Bildung von Belägen an Trinkwasserrohren oder an Schiffsrümpfen (Biofouling), die zur Verstopfung von Filtern bzw. zu höherem Energieverbrauch führen. Sie beschleunigen auch die Verwitterung von Baudenkmälern und verstopfen Filter in der Industrie. Besonders gefährlich sind Biofilme an medizinischen Geräten, da sie sich nur schwer beseitigen lassen. Erwünscht hingegen sind stabile Biofilme bei der Abwasserbehandlung (Kläranlage) sowie der Kultivierung von biotechnologisch wichtigen Mikroorganismen (Biotechnologie) auf festen Materialien und die Umwandlung (Biokonversion; Biotransformation) von Abfallstoffen zu wiederverwendbaren Industrieprodukten. Biofilme entstehen wahrscheinlich meist durch Umweltstreß, z. B. bei Nahrungsmangel. Anfangs setzen sich nur einzelne frei bewegliche Zellen auf einer Oberfläche ab; die angehefteten Zellen vermehren sich und beginnen mit der Ausscheidung von Exopolymeren. Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas) sendet als Signalmolekül zum Auslösen der Biofilmbildung ein Acetyl-Homoserinlacton aus.

G.S.

Lit.: Flemming, H.C.: Biofilme, Biofouling und mikrobielle Schädigung von Werkstoffen. München 1994.

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