Mit Gold gegen Keime

Multiresistente Bakterien sind eines der großen Gesund­heits­risiken der Zukunft. An neuen, wirk­samen Strategien gegen solche Krank­heits­erreger forscht nicht nur die Pharmazie, sondern auch die Physik. Jetzt konnte ein inter­nationales Team von Physikern zeigen, dass Nano­partikel aus Gold­partikel gegen Bakterien wirksam sein können. Die Gold­partikel setzen die Hülle von Bakterien unter Spannung und töten die Keime ab, indem sie deren Hülle zerreißen.

„Es ist schon länger bekannt, dass metal­lische Nano­partikel Bakterien abtöten können“, erklärt 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 schon länger für seine anti­bakte­rielle Wirkung bekannt. „Gold-Nano­partikel sind aus bio­chemischer Sicht aller­dings völlig inaktiv und durch­queren die Bakterien­zell­membran nicht“, sagt Fleury. „Kollegen der Uni Melbourne haben aller­dings beobachten können, dass Bakterien reihen­weise sterben, wenn sie mit synthe­tischen, ein­heit­lichen und kugel­förmigen Gold-Nano­partikeln zusammen­ge­bracht werden. Es hatte den Anschein, als ob die Bakterien­membran spontan explodiert wäre.“

Das australische Team zog den theore­tischen Physiker Vladimir Baulin von der Uni Rovira i Virgili in Spanien zu Rate. Der Experte entwickelte zusammen mit seinem Team ein theore­tisches Modell um zu erklären, wie die Gold­partikel auf die Membranen der Bakterien wirken. „Verein­facht ausge­drückt, zeigt das Modell, dass die Zell­membran gedrückt wird wie ein Luft­ballon, bis dieser schließlich platzt“, so Fleury.

Fleurys Aufgabe war es dann, die Beobach­tungen und die theore­tischen Annahmen im Experi­ment zu über­prüfen. Dafür hat der Forscher mit mikro­flui­discher Technik eine Modell-Bakterien­zell­membran herge­stellt und die Reaktion dieser Modell­membran in Kontakt mit den Gold-Nano­partikeln unter­sucht. „Die Modell-Doppel­schicht zog sich dabei spontan bis zu ihrem voll­ständigen Zusammen­bruch zusammen, was die Hypo­these einer mecha­nischen Dehnung bestätigt“, sagt der Experi­mental­physiker.

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 möglicher­weise denkbar, neuartige, hoch­wirk­same bakterien­ab­weisende Ober­flächen zu entwickeln und so die Ausbreitung von gefähr­lichen multi­resis­tenten Keimen zu verhindern.

UdS / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  D. P. Linklater et al.: Antibacterial Action of Nanoparticles by Lethal Stretching of Bacterial Cell Membranes, Adv. Mater., online 12. November 2020; DOI: 10.1002/adma.202005679
• Geometry of Fluid Interfaces, Experimentalphysik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken