Wissen Mit Gold gegen Keime: Zum Zerreißen gespannt

Goldnanopartikel scheinen die Membran von Bakterien unter Spannung zu setzen.
Goldnanopartikel scheinen die Membran von Bakterien unter Spannung zu setzen.

Multiresistente Bakterien sind eine der großen Herausforderungen im Gesundheitswesen. An wirksamen Strategien gegen solche Krankheitserreger forscht deshalb nicht nur die Pharmazie, sondern auch die Physik. Ein internationales Team hat nun herausgefunden, was Bakterien gefährlich werden kann: Gold.

Es gibt wohl kaum ein Metall, das eine stärkere Faszination auf die Menschen ausübt. Das Edelmetall wird schon seit Jahrtausenden als Zahlungsmittel genutzt und hat eine überragende kulturelle Bedeutung. Künftig könnte ihm aber auch eine wichtige Rolle im Kampf gegen multiresistente Krankheitserreger zukommen. Wie Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich, Spanien und Australien entdeckt haben, setzen Goldpartikel die Hülle von Bakterien unter eine „tödliche Spannung“ und zerstören die Keime, indem sie deren Hülle wie bei einem Luftballon platzen lassen.

„Es ist schon länger bekannt, dass metallische Nanopartikel Bakterien abtöten können“, erklärt Experimentalphysiker Jean-Baptiste Fleury von der Universität des Saarlandes. Silberpartikel beispielsweise können in einer biochemischen Reaktion Löcher in die Membranen der Bakterien reißen. Und auch Kupfer ist für seine antibakterielle Wirkung bekannt.

Bakterien sterben reihenweise

Goldnanopartikel sind aus biochemischer Sicht allerdings völlig inaktiv und durchqueren die Bakterienzellmembran nicht“, erläutert Fleury. Deshalb hatten die Forscher nicht erwartet, dass von diesen Partikeln eine Wirkung ausgehen würde. „Kollegen der Universität Melbourne haben dann jedoch beobachten können, dass Bakterien reihenweise sterben, wenn sie mit synthetischen einheitlichen und kugelförmigen Goldnanopartikeln zusammengebracht werden“, so der Wissenschaftler. „Es hatte den Anschein, als ob die Bakterienmembran spontan explodiert wäre“, erklärt Fleury den massiven Effekt, den die Goldpartikel zu erzielen scheinen.

Die australischen Wissenschaftler zogen den theoretischen Physiker Vladimir Baulin von der Universität Rovira i Virgili im spanischen Tarragona zurate. Der Experte entwickelte zusammen mit seinem Team dort ein theoretisches Modell, wie genau die Goldpartikel auf die Membranen der Bakterien wirken. „Vereinfacht ausgedrückt, sagte das Modell von Vladimir Baulin voraus, dass die Zellmembran gedrückt wird wie ein Luftballon, bis dieser schließlich platzt“, vergleicht Fleury das Modell.

Hypothese einer mechanischen Dehnung

An dieser Stelle kam der Experimentalphysiker aus dem Saarland ins Spiel. Seine Aufgabe war es, die Beobachtungen der Australier und die theoretischen Annahmen der Spanier im Experiment zu überprüfen. Fleury stellte dazu mit mikrofluidischer Technik eine Modell-Bakterienzellmembran her und untersuchte die Reaktion dieser Modellmembran in Kontakt mit den Goldnanopartikeln. „Die Modell-Doppelschicht zog sich dabei spontan bis zu ihrem vollständigen Zusammenbruch zusammen, was die Hypothese einer mechanischen Dehnung bestätigt“, so der Experte.

Durch diesen experimentellen Nachweis des theoretischen Modells kann man auf die Allgemeingültigkeit dieses Mechanismus schließen, der für vielerlei Arten von Bakterien Bestand hat, so das Fazit der Wissenschaftler. Durch diese Entdeckung ist es denkbar, neuartige, hochwirksame bakterienabweisende Oberflächen zu entwickeln und so die Ausbreitung von gefährlichen multiresistenten Keimen zu verhindern.

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