Fluoreszenzmikroskopischer Nachweis von NBD-DDA in E. coli Zellen.
Quelle: BAM, Fachbereich 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen
Biozide sind ein wichtiger Bestandteil moderner Hygienemaßnahmen, um der Ausbreitung von Infektionskrankheiten entgegenzuwirken. Allerdings birgt der übermäßige oder unsachgemäße Gebrauch von Bioziden das Risiko einer Biozid-Resistenz. Das bedeutet, das sich die Mikroorganismen an die Biozide anpassen und diese als Folge ihre Wirksamkeit teilweise oder ganz einbüßen. Eine weitverbreitete Stoffklasse innerhalb der Biozide bilden die quaternären Ammoniumverbindungen (engl. QACs). Trotz ihrer langjährigen Nutzung als Biozide gibt es immer noch offene Fragen bezüglich der detaillierten Wirkweise von QACs auf Mikroorganismen. Dies gilt in noch größerem Umfang für die Mechanismen, welche es Mikroorganismen ermöglichen, eine Behandlung mit QACs zu überleben und langfristig widerstandsfähiger zu werden. Um die Wirksamkeit von QACs langfristig sicherzustellen, ist es wichtig, diese Fragen zu beantworten. Denn nur über das Verständnis der Biozid-Resistenz zugrundeliegenden Prozesse können gezielte Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
Diesen Fragen haben sich Forschende des BAM-Fachbereiches Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen in Kollaboration mit dem Fachbereich Biophotonik und australischen Kollegen von der Universität Queensland gestellt. In der vorliegenden Studie synthetisierten die Autoren zunächst eine neuartige fluoreszierende quaternäre Ammoniumverbindung, kurz NBD-DDA. Die Fluoreszenz ermöglicht es, die Interaktion von NBD-DDA mit einzelnen Bakterienzellen „live“, z.B. unter dem Mikroskop, zu beobachten und so einen tiefen, quantitativen Einblick in die Wirkweise von QACs zu erhalten.
Nach der Charakterisierung der antimikrobiellen Wirkung von NBD-DDA auf verschiedene Bakterienspezies und dem Vergleich mit konventionell genutzten QACs wie z.B. Benzalkoniumchlorid, nutzten die Autoren die Fluoreszenz von NBD-DDA, um beispielhaft das Potenzial für tiefergehende mechanistische Studien zu demonstrieren. Abschließend werden weitere Anwendungsfelder diskutiert und die Möglichkeit zur Adaption des Synthesewegs für die Erforschung weiterer Substanzen aus der Gruppe der QACs unterstrichen. Die vorliegende Studie leistet somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Wirk- und Widerstandsmechanismen bei Bioziden.
A fluorescently labelled quaternary ammonium compound (NBD-DDA) to study resistance mechanisms in bacteria
Niclas Nordholt, Kate O'Hara, Ute Resch-Genger, M. Blaskovich, Bastian Rühle, Frank Schreiber, Frontiers in microbiology, Ausgabe 13, Aufsatznummer 1023326, Seiten 1-13, 2022.
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BAM Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen