Um das herauszufinden, entwickelten die Forscher ihre neuartigen Mikrobenkäfige. Für diese werden die Bakterien zunächst in einer warmen, Gelatin-haltigen Nährlösung kultiviert. In ihr können sich die Mikroben ganz normal vermehren. Wird sie aber auf Raumtemperatur abgekühlt, erstarrt die Lösung zu einem Gel, die Bakterien können nicht mehr frei umherschwimmen. Dadurch können die Forscher in Ruhe feststellen, wo im Nährmedium sich die gewünschten Mikroben befinden. Das allein wäre aber noch nichts Besonderes, gelartige Nährböden sind bereits Standard. Das Neue kommt erst danach zum Tragen: Das Nährmedium enthält Moleküle, die bei Bestrahlung mit Laserlicht fest werden. Um die gewünschte dreidimensionale Käfigform zu erreichen, projizieren die Wissenschaftler nun nacheinander eine ganze Reihe von Schnittbildern ihres Käfigs auf die Gelmasse. Nach und nach entsteht so Schicht für Schicht ein dreidimensionaler Käfig aus erstarrtem Gel – direkt um die Bakterien herum.
Kommunikation möglich, Entkommen nicht
“Die Wände, die aus Proteinmolekülen bestehen, sind eng genug miteinander verbunden, um die Bakterien am Entkommen zu hindern, aber porös genug, um chemische Signale hindurchzulassen”, erklärt Studienleiter Jason Shear. Dadurch können die Mikroben wie in ihrer ganz normalen biologischen Umgebung Nährstoffe aufnehmen, Abfallstoffe entsorgen und auch Signale austauschen. Gleichzeitig aber bleiben sie dabei in ihren winzigen Käfigen isoliert, ein direkter Kontakt mit anderen ist nicht möglich. Die Forscher können beispielsweise Käfige mit verschiedenen Bakterienarten nebeneinander platzieren und so deren Kommunikation sehr viel besser als bisher erforschen, ohne dass sich beide Arten direkt miteinander vermischen. Dadurch werde eine breite Palette neuer Experimente möglich, so die Forscher.
Auch die Frage, warum die Gegenwart von Pseudomonas aeruginosa den Erreger Staphylococcus aureus zur Resistenzbildung animiert, könnte damit beantwortet werden. Und eine weitere Frage zu Krankenhausinfektionen ebenfalls: “Studien deuten darauf hin, dass Infektionen im Krankenhaus über sehr kleine Mikrokolonien von Bakterien übertragen werden”, erklärt Shear. Diese Kolonien werden über medizinische Instrumente oder das Personal verbreitet und können im schlimmsten Fall resistente Keime auf die ohnehin geschwächten Patienten übertragen. “Aber zurzeit wissen wir sehr wenig darüber, wie dies geschieht: Wie viele Zellen sind dafür nötig? Und welche Rolle spielen die Wechselwirkungen dieser Mikrokolonien mit anderen Erregern?”, so der Forscher. Mit Hilfe der neuen Minikäfige habe man nun eine Möglichkeit, genau diese Fragen genauer zu erforschen.
Und sogar als Transportbehälter eignen sich die Miniatur-Käfige: Wird das nicht erhärtete Nährgel ausgespült, stoppt das Wachstum der Mikroben und sie können in den Käfigen gut gekühlt selbst in Labore am anderen Ende der Welt transportiert werden, wie die Wissenschaftler erklären.
