Die schützende Biofilmschicht, in der die Mikroorganismen leben, nennen die Forschenden auch extrazelluläre polymere Substanz (EPS). Der Name klingt kompliziert, lässt sich aber einfach erklären:
- „extrazellulär“ bedeutet „außerhalb der Zellen“
- „polymer“ heißt „aus vielen kleinen Bausteinen aufgebaut“
Das „Gerüst“ von Biofilmen – die EPS-Matrix
Die Ketten aus unterschiedlichen aneinandergereihten Zuckermolekülen – Polysacchariden – bilden ein dreidimensionales Gerüst mit eingelagerten Eiweißbausteinen (Proteinen) und Erbsubstanz (DNA). In dieser Matrix sind unterschiedliche Mikroorganismen eingebettet.
Die EPS ist demzufolge die Substanz, die die Mikroorganismen außerhalb der Zelle, also extrazellulär, umhüllt. Dieser Film wird in bestimmten Organismen produziert und nach außen als gelartige Substanz in die Umgebung abgegeben. Die EPS setzt sich vor allem aus unterschiedlichen Zuckerbausteinen zusammen, die zu langen Ketten verknüpft werden und ein netzartiges Gerüst bilden. In diesem Netzwerk sind auch Eiweißbausteine und Erbinformationen in Form von extrazellulärer DNA eingelagert (Abb. 2) und viel Wasser gespeichert. Man kann sich diese Schicht wie ein klebriges Schutzgerüst vorstellen, das die Mikroorganismen zusammenhält. Forschende nennen diese Gesamtstruktur auch Matrix (das bedeutet hier so viel wie „Grundgerüst“).
WIE SIND BIOFILME AUFGEBAUT?
Biofilme sind häufig komplex mit dreidimensionaler Architektur, wobei die Gelmatrix die räumlichen Strukturen bildet, in der sich unterschiedliche Bereiche befinden. Beispielsweise findet man Zonen mit verschiedenen Sauerstoffgehalten und mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit. Durch die Gelmatrix verlaufen feine Kanäle, ähnlich wie kleine Straßen, oder wie feine Wasseradern. Durch diese Kanäle gelangen Wasser und Nährstoffe hinein und Abfallstoffe werden abtransportiert. Den Biofilm kann man sich gut wie eine kleine Siedlung vorstellen: Es gibt Ver- und Entsorgungssysteme und verschiedene „Lebensbereiche“ für unterschiedliche Mikroorganismenarten. Entsprechend den Bedürfnissen nach Nährstoffen, Sauerstoff oder Licht besiedeln Mikroorganismen unterschiedliche Zonen im Biofilm und halten sich dort bevorzugt auf (Abb. 3).
von Alicejmichel – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49200993
Dadurch, dass die Gelschicht die Mikroorganismen umschließt, schützt sie sie vor extremen Einflüssen, wie Trockenheit, dem Angriff anderer Mikroorganismen oder Fressfeinden und sogar vor einigen Chemikalien und Antibiotika. Die räumliche Nähe einzelner Spezies zueinander innerhalb der wasserhaltigen Gelschicht vermittelt einen guten Austausch unterschiedlicher Substanzen und gewährleistet die Versorgung mit Nährstoffen und den Abtransport von Abfallstoffen. Darüber hinaus ermöglicht die Biofilmschicht eine Kommunikation der Mikroorganismen untereinander. In einem kleinen Video ist das Leben im Biofilm unterhaltsam veranschaulicht. (https://www.ufz.de/index.php?en=42201).