{"id":323202,"date":"2021-12-08T17:37:09","date_gmt":"2021-12-08T16:37:09","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?post_type=selected&p=323202"},"modified":"2021-12-08T17:37:09","modified_gmt":"2021-12-08T16:37:09","slug":"wie-bakterien-aus-labyrinthen-herausfinden","status":"publish","type":"selected","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/selected\/wie-bakterien-aus-labyrinthen-herausfinden\/","title":{"rendered":"Wie Bakterien aus Labyrinthen herausfinden"},"content":{"rendered":"\n

Forschende der US-amerikanischen Universit\u00e4t von Princeton haben zusammen mit der TU Darmstadt und der Heinrich-Heine-Universit\u00e4t D\u00fcsseldorf (HHU) ein Modell entwickelt, das die Bewegung von Bakterien in komplexen Umgebungen simulieren kann. Das in der Zeitschrift Nature Communications vorgestellte Modell kann unter anderem bei der Entwicklung intelligenter pharmazeutischer Wirkstofftransporter helfen, so die TU Darmstadt in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Wenn sich Bakterien im Boden, in Gewebe oder in anderen Umgebungen voller Hindernisse ausbreiten, m\u00fcssen sie flexibel sein; hielten sie starr an einem enggefassten Bewegungsmuster fest, strandeten sie schnell in Sackgassen. Tats\u00e4chlich bewegen sich Bakterien aber solange durch offene R\u00e4ume, bis sie in eine Falle geraten; dann orientieren sie sich neu, um durch das n\u00e4chste freie Loch zu schl\u00fcpfen.<\/p>\n\n\n\n

Das von einem Forschungsteam der Universit\u00e4t Princeton in Zusammenarbeit unter anderem mit Physikern der HHU und der TU Darmstadt entwickelte Modell erkl\u00e4rt, warum diese \u201eHop-and-trap\u2018 (deutsch \u201eSpring und bleibe\u201c) genannte Strategie bei Bakterien funktioniert und wie sie f\u00fcr selbstangetriebene Polymerteilchen optimiert werden k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n

Dies kann der Entwicklung zuk\u00fcnftiger Mikroroboter zugutekommen, die sich durch komplexe dreidimensionale Umgebungen bewegen m\u00fcssen. Ein Anwendungsbeispiel w\u00e4ren winzige Wirkstofftransporter, die durch Tumorgewebe navigieren, um am geeigneten Ort Chemotherapeutika freizusetzen.<\/p>\n\n\n\n

Princeton-Forscherin Dr. Christina Kurzthaler, Erstautorin der nun in Nature Communications erschienenen Studie: \u201eWir wollten verstehen, welchen Einfluss der \u201aHop-and-Trap\u2018-Mechanismus auf die Bewegungsweite der Bakterien in verschiedenen Umgebungen hat.\u201c Modellorganismus waren E. coli-Bakterien. Deren Bewegungen in einem por\u00f6sen Medium hatte im Vorfeld die Gruppe um Princeton-Professor Dr. Sujit Datta gemessen.<\/p>\n\n\n\n

Co-Erstautor Dr. Suvendu Mandal<\/a>, fr\u00fcherer Mitarbeiter am Institut f\u00fcr Theoretische Physik 2 der HHU und jetzt Forscher an der Technischen Universit\u00e4t Darmstadt, hat zusammen mit Kurzthaler simuliert, wie sich ein Bakterium zuf\u00e4llig durch eine komplexe, dreidimensionale Umgebung bewegen kann. Im Modell wurden die Bakterien durch Kunststoffraupen in einem Aquarium voller Tischtennisb\u00e4lle repr\u00e4sentiert. Statistische Analysen offenbarten Muster in den simulierten Bahnen von Kunststoffraupen, die E. coli-Bewegungen nach dem \u201aHop-and-Trap\u2018-Mechanismus sehr \u00e4hneln; das Modell passt also zum nat\u00fcrlichen Vorbild.<\/p>\n\n\n\n

Effektivste Art der Bakterienausbreitung bestimmt<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die Forschenden entwickelten daraus wiederum ein vereinfachtes Modell, mit dem sie die effizienteste Art der Bakterienausbreitung bestimmten. Darin ergibt sich eine allgemeine Regel: Ein Bakterium bewegt sich am effektivsten, wenn es eine Strecke zur\u00fccklegt, die in etwa der L\u00e4nge der gr\u00f6\u00dften Poren bzw. L\u00f6chern in der Umgebung entspricht, bevor es sich neu orientiert.<\/p>\n\n\n\n

Kurzthaler: \u201eBei sehr kleiner Laufl\u00e4nge kommen die Bakterien nicht sehr weit, sie bewegen sich nur wahllos vor- und r\u00fcckw\u00e4rts. Ist die Wegl\u00e4nge sehr gro\u00df, verfangen sich die Zellen leicht, weil sie sich nie neu orientieren.”<\/p>\n\n\n\n

\u201eDas neue Modell liefert auch ein Kriterium f\u00fcr die Entwicklung von Polymeren, die als Wirkstofftransporter in der Lage sind, Arzneimittel durch den K\u00f6rper zu transportieren oder Schadstoffe im Boden zu finden und abzubauen\u201c, so Mandal: \u201eWenn man einen solchen Mikroroboter entwerfen wollte w\u00e4re es wichtig, dass er sich umorientieren kann, um die komplexe Umgebung zu erkunden, in der er arbeiten soll.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Auf dieser Grundlage kann auch das kollektive Verhalten von Bakterien modelliert werden, wie diese etwa Biofilme in por\u00f6sen Materialien bilden. Dies hat auch wichtige Implikationen f\u00fcr den Krankenhausalltag, wo es darum geht, f\u00fcr die Bakterienbesiedlung besonders attraktive Stellen zu identifizieren. Solche Formen k\u00f6nnen dann schon vorab, bei der Konstruktion von Ger\u00e4ten, vermieden werden.<\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Hartmut L\u00f6wen, Leiter des D\u00fcsseldorfer Instituts und Mitautor der Studie, freut sich, dass die Theoretische Physik immer wieder wichtige Aussagen f\u00fcr scheinbar sehr weit entfernte Wissenschaftsgebiete machen kann: \u201eGerade die Physik der weichen Materie hat viele Schnittstellen zum praktischen Leben, wie diese Studie eindrucksvoll belegt. Das Modell kann Aussagen f\u00fcr die Pharmazie, Mikrobiologie und sogar f\u00fcr die Krankenhaushygiene treffen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Auch interessant: <\/strong><\/em>Acetogene Bakterien k\u00f6nnten Alternativen zu erd\u00f6lbasierten Kunststoffen liefern<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2084,"featured_media":323203,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":""},"categories":[36846],"tags":[93355,93361,131230,41984,131233],"location":[24328],"internal_archives":[],"class_list":["post-323202","selected","type-selected","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-gesundheit-de","tag-bakterien-de","tag-heinrich-heine-universitaet-duesseldorf-de","tag-pharmazeutischer-de","tag-tu-darmstadt-de","tag-universitaet-von-princeton-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":[],"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/tVL18PBe-Bakterien_870x0-1.jpg","coauthors":[],"author_meta":{"author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/mauro-mereu\/","display_name":"Mauro Mereu"},"relative_dates":{"created":"Posted 5 years ago","modified":"Updated 5 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on December 8, 2021","modified":"Updated on December 8, 2021"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on December 8, 2021 5:37 pm","modified":"Updated on December 8, 2021 5:37 pm"},"featured_img_caption":"\u00a9 Univ. Princeton \/ Christina Kurzthaler","tax_additional":{"category":{"linked":["Gesundheit<\/a>"],"unlinked":["Gesundheit<\/span>"],"slug":"category","name":"Categories"},"post_tag":{"linked":["Bakterien<\/a>","Heinrich-Heine-Universit\u00e4t D\u00fcsseldorf<\/a>","pharmazeutischer<\/a>","TU Darmstadt<\/a>","Universit\u00e4t von Princeton<\/a>"],"unlinked":["Bakterien<\/span>","Heinrich-Heine-Universit\u00e4t D\u00fcsseldorf<\/span>","pharmazeutischer<\/span>","TU Darmstadt<\/span>","Universit\u00e4t von Princeton<\/span>"],"slug":"post_tag","name":"Tags"},"language":{"linked":["DE<\/a>"],"unlinked":["DE<\/span>"],"slug":"language","name":"Tags"},"post_translations":{"linked":["pll_61b1ce67a8731<\/a>"],"unlinked":["pll_61b1ce67a8731<\/span>"],"slug":"post_translations","name":""},"location":{"linked":["Deutschland<\/a>"],"unlinked":["Deutschland<\/span>"],"slug":"location","name":"Locations"},"internal_archives":{"linked":[],"unlinked":[],"slug":"internal_archives","name":"Internal Archives"}},"series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected\/323202","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/selected"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2084"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/323203"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=323202"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=323202"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=323202"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=323202"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=323202"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}