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 „eine aus vielen kleinen Bausteinen aufgebaute Substanz“
Das „Gerüst“ von Biofilmen – die EPS-Matrix
Biofilme sind faszinierende und hoch organisierte kleine Mikrowelten, in denen unterschiedliche Mikroorganismen miteinander zusammenleben und kommunizieren, fast wie ein einziger Organismus. Dieses Zusammenleben wird durch das EPS-Gerüst ermöglicht. Die EPS ist demzufolge die Substanz, die die Mikroorganismen außerhalb ihrer Zelle, also extrazellulär, umhüllt, stützt und schützt. Dieser EPS Film wird von bestimmten Organismen produziert und als gelartige Substanz in die Umgebung abgegeben.
Ketten aus unterschiedlichen Zuckermolekülen – sogenannten Polysacchariden – die miteinander verknüpft sind, bilden das dreidimensionale Gelgerüst der Biofilmarchitektur. Man kann sich das ähnlich wie ein Wohnhaus mit vielen unterschiedlichen Räumen vorstellen, die miteinander verbunden sind. Die Zuckerketten sind die Stützpfeiler. Wassermoleküle, eingelagerte Eiweißbausteine (Proteine) und Erbsubstanz (DNA) bilden die Wandstruktur. Die Räume im „Biofilmhaus“ werden von unterschiedlichen Mikroorganismen besiedelt. Organismen, die viel Licht brauchen, um Photosynthese betreiben zu können, findet man in den äußeren hellen „Loftwohnungen“ mit viel Sonneneinfall. Mikroorganismen, die ohne Licht und mit weniger Sauerstoff auskommen, wohnen ganz unten im unteren Stockwerk. Die Ver- und Entsorgung der Mikroorganismen erfolgt über Wasserkanäle und Stofftransportwege.
Die EPS ist demzufolge die Substanz, die die Mikroorganismen außerhalb ihrer Zelle, also extrazellulär, umhüllt, stützt und schützt. Dieser EPS Film wird von bestimmten Organismen produziert und als gelartige Substanz in die Umgebung abgegeben. . Forschende nennen diese Gesamtstruktur auch Matrix (das bedeutet hier so viel wie „Grundgerüst“).
WIE SIND BIOFILME AUFGEBAUT?
Biofilme haben häufig eine komplexe dreidimensionale Struktur, wobei ein Gel das Grundgerüst bildet, in dem sich unterschiedliche Bereiche befinden. Beispielsweise findet man Zonen mit verschiedenen Sauerstoffgehalten und mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit. Durch das Gel verlaufen feine Kanäle, ähnlich wie kleine Straßen oder 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).
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).