Biofilm: Ein neuer Blick auf Plaque

Pamela R. Overman, EdD, RDH

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In der Vergangenheit wurden Bakterien anhand von Kulturen erforscht, die in Kulturschalen im Labor gezüchtet wurden. Neuere und fortschrittlichere Methoden in der Mikroskopie wie das konfokale Laser-Scanning und die Multiphotonenmikroskopie ermöglichen die Untersuchung des Biofilms in seiner natürlichen Umgebung.5,19

Abbildung
Abbildung 8. Künstlerische Darstellung eines Plaque-Biofilms
Abbildung eines Plaque-Biofilms
Abbildung 8. Künstlerische Darstellung eines Plaque-Biofilms

Das Verhalten von Mikroorganismen in einem Biofilm ist anders als in einem Nährmedium (siehe Tabelle 1).

Durch ein Mikroskop betrachtet, ist zu erkennen, dass Bakterien in einem Biofilm nicht gleichmäßig verteilt sind. Sie gruppieren sich in Mikrokolonien und sind von einer intermikrobiellen Matrix eingeschlossen (Abbildung 8).


Der Biofilm ist von Flüssigkeitskanälen durchzogen, die den Durchfluss von Nährstoffen, Abfallprodukten, Enzymen, Metaboliten und Sauerstoff ermöglichen. Die Mikrokolonien innerhalb des Biofilms befinden sich in Mikromilieus mit unterschiedlichen pH-Werten, Nährstoffen und Sauerstoffkonzentrationen (Abbildung 9). Die Bakterien in einem Biofilm kommunizieren miteinander, indem sie chemische Signale aussenden (Abbildung 10). Diese chemischen Signale veranlassen die Bakterien dazu, potenziell schädliche Proteine und Enzyme zu produzieren; Virulenzfaktoren, die es dem intraoralen Biofilm ermöglichen, Abwehrmechanismen des Wirts zu umgehen.5,6

Flüssigkeitskanäle, Plaque-Biofilm
Abbildung 9. Flüssigkeitskanäle
Neue Horizonte
Abbildung 10. Bakterien in einem Biofilm kommunizieren mittels chemischer Signale.

Unsere bisherigen Ansätze, Parodontalerkrankungen vorzubeugen und diese zu behandeln, basierten auf dem Verhalten von Bakterien, die unter Laborbedingungen gezüchtet worden sind.1,5 Ein besseres Verständnis von Biofilmen hat gezeigt, dass es große Unterschiede zwischen dem Verhalten von Bakterien in Laborkulturen und in ihren natürlichen Ökosystemen gibt. So produzieren Bakterien in einem Biofilm Stoffe, die sie in einer Kultur nicht produzieren würden. Zusätzlich dient die Biofilmmatrix, die die Mikrokolonien umgibt, als schützende Barriere. Dies erklärt, warum systemisch und lokal verabreichte antimikrobielle Mittel nicht immer zum Erfolg geführt haben; auch dann nicht, wenn sie gegen spezifische Mikroorganismen gerichtet waren. Schätzungen eines Forschers zufolge, kann eine bis zu 1.000 fache Menge eines Medikamentes benötigt werden, um einen Mikroorganismus in einem Biofilm abzutöten, als für den gleichen Organismus in einer freischwebenden oder planktonischen Umgebung nötig ist.20 Die schützende Matrix eines Biofilms erklärt auch, warum eine mechanische Plaqueentfernung und persönliche Mundhygiene weiterhin ein integraler Bestandteil der Parodontaltherapie sind.17,21 Biofilme können mechanisch entfernt werden. Allerdings bildet sich sofort ein neuer Biofilm, sodass die Suche nach einem Mittel zur Bekämpfung weitergeht.

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