Publikation: Paracoccus seriniphilus adhered on surfaces: Resistance of a seawater bacterium against shear forces under the influence of roughness, surface energy, and zeta potential of the surfaces

Bakterien in strömenden Medien sind Scherkräften ausgesetzt, die von der Flüssigkeit ausgeübt werden. Bevor ein Biofilm gebildet werden kann, müssen sich die Bakterien an eine feste Oberfläche binden und diesen Scherkräften widerstehen. Hier bestimmten die Autoren die Ablagerungskräfte einzelner Paracoccus seriniphilus-Bakterien mittels Querkraftmikroskopie. Der erste Messsatz wurde an sehr flachen Gläsern und Titan (beide als sehr hydrophile Proben mit Wasserkontaktwinkeln unter 20°) sowie an hochorientierten pyrolytischen Graphit- (HOPG) und Stahloberflächen (beide als hydrophobere Oberflächen im Rahmen der biologischen Interaktion mit Wasserkontaktwinkeln über 50°) durchgeführt. Die verschiedenen Oberflächen zeigen auch unterschiedliche Zetapotenziale im Bereich zwischen -18 und -108 mV bei dem MesspH-Wert von 7, wobei der zweite Satz Titan mit unterschiedlichen RMS-Rauhigkeitswerten von wenigen Nanometern bis zu 22 nm umfasste. Es wurden Querkräfte zwischen 0,5 und 3 nN aufgebracht. Für Paracoccus seriniphilus fanden die Autoren als allgemeinen Trend, dass die Oberflächenenergie des Substrats bei vergleichbarer Rauheit den Ablöseprozess bestimmt. Die Oberflächenenergie ist umgekehrt proportional zu den anfänglichen Adhäsionskräften des Bakteriums mit der Oberfläche. Je höher die Oberflächenenergie (und je geringer die anfängliche Haftkraft) ist, desto leichter erfolgt die Entfernung der Bakterien. Im Gegensatz dazu spielt die Elektrostatik bei der seitlichen Verdrängung der Bakterien nur eine untergeordnete Rolle und kann nur ins Spiel kommen, wenn die Oberflächenenergien gleich sind. Darüber hinaus scheint die Oberflächenchemie (Glas, Titan und Stahl als oxidische Oberflächen und HOPG als nichtoxidische Oberfläche) eine wichtige Rolle zu spielen, da HOPG dem oben genannten allgemeinen Trend für die oxidierten Oberflächen nicht vollständig folgt. Darüber hinaus begrenzt die Rauheit der Substrate (aus dem gleichen Material) die seitliche Entfernung der Bakterien. Alle untersuchten Strukturen mit einer RMS-Rauhigkeit von ca. 8-22 nm auf Titan verhindern die Bakterien vor der seitlichen Entfernung im Vergleich zu poliertem Titan mit einer RMS-Rauhigkeit von ca. 3 nm.

K. Huttenlochner, N. Davoudi, C. Schlegel, M. Bohley, C. Müller-Renno, J.C. Aurich, R. Ulber, C. Ziegler; Paracoccus seriniphilus adhered on surfaces: Resistance of a seawater bacterium against shear forces under the influence of roughness, surface energy, and zeta potential of the surfaces; Biointerphases 13 (2018) 051003; doi: 10.1116/1.5049226