Die Bildung von Biofilm

Biofilme existieren seit etwa 3,4 Milliarden Jahren auf der Erde und sind die erfolgreichste und am weitesten verbreitete Form des Lebens (Westall et al. 2001). Sie spielen eine zentrale Rolle bei der mikrobiellen Evolution und Anpassung. In ihrer andauernden evolutionären Entwicklungszeit konnten sie einzigartige Eigenschaften erwerben. Das macht sie in ihrer Überlebensstrategie unter Extrembedingungen erfolgreich. Das Überleben und die Existenz einer Vielzahl von Mikroorganismen ist auf die Bildung von Biofilmen zurückzuführen.

Biofilm kann innerhalb von 24 Stunden nach dem Anhaften an eine Oberfläche gebildet werden. Auch in verschiedenen Körperregionen von Nutztieren. In den Körper können sie durch vielerlei Wege gelangen. Beispielsweise können Bakterien über das Melkzeug in die Zitzenöffnung und schließlich ins Euter gelangen, wo sie sich vor ungünstigen Umweltfaktoren schützen. Die Bildung selbst erfolgt durch chemische Kommunikation unter den Bakterien – Quorum Sensing -, um sich vor dem Immunsystem und medizinischen Wirkstoffen abzuschirmen. Beide können nur die frei im Euter vorliegenden Mikroorganismen erreichen und bekämpfen. Biofilme erscheinen in einer mikrobiellen 3D-Struktur und variieren stark in Form und Größe. Es gibt nicht den einen Typ Biofilm. Aussehen und Aufbau hängen von der Art der Mikroben ab, die den Biofilm in Abhängigkeit von den vorherrschenden Umwelteinflüssen bilden.

Biofilmbildung in 5 Schritten

Es gibt fünf Hauptschritte für die Bildung und Ausbreitung von Biofilmen (siehe Abbildung 1). Nach der Anheftungsphase (1) beginnen die Bakterien eine (Einzel-)Schicht zu bilden und produzieren eine polymere Matrixschicht zum Schutz (2-4). Im letzten Stadium (5) beginnen sich einige Zellen oder Teile des reifen Biofilms abzulösen und sich wieder als freie (planktonische) Zellen in der Umgebung auszubreiten. Sie können an anderer Stelle im Tier einen neuen Zyklus der Biofilmbildung starten (Guzmán-Soto et al., 2021).

Die Biofilmbildung kann sehr lange im Hintergrund stattfinden, ohne die Kuh zu beeinträchtigen oder von außen erkennbar zu sein. Dies kann sich ändern, wenn das Wirtstier durch äußere Faktoren gestresst wird. Beispielsweise durch eine Futterumstellung, Umstallung oder Hitzestress. Dann nämlich treten die Erreger aus dem „Schutzreservoir“ aus und rufen eine Reaktion des Immunsystems hervor, da sie nun für die Immunzellen erkennbar sind. Das lässt sich äußerlich durch beispielsweise Schwellungen, Rötungen, Temperaturanstiege oder einen verschlechterten Allgemeinzustand der Kuh feststellen.

Wie hängt das mit Resistenzen zusammen?

Biofilme können eine Vielzahl biologischer oder nichtbiologischer Oberflächen besiedeln (Hall-Stoodley et al., 2004). Zu den idealen biologischen Bedingungen für Bakterien gehören genügend Nährstoffe, Feuchtigkeit und eine geeignete Temperatur. Daher sind Tiere ein perfekter Ort für bakterielle Besiedlung und Biofilmbildung. Das Eindringen in den Körper kann in jedem Lebensstadium und über vielerlei Wege erfolgen. Dies kann potenziell schädlich für das Tier sein. Erst in den 1990er-Jahren wurden Biofilme in Zusammenhang mit anhaltenden Gesundheitsproblemen untersucht (Melchior et al. 2006). Laut dem National Institute of Health wissen wir heute, dass ungefähr 80 % der mikrobiellen Gesundheitsherausforderungen mit Biofilmen in Verbindung stehen (NIH, 2002).

Biofilm-assoziierte Bakterien zeigen eine „angeborene“ Resistenz gegenüber traditionellen Bekämpfungsmethoden, Desinfektionsmitteln und dem Immunsystem der Tiere. Bakterien im Biofilm sind 100- bis 1000-mal weniger anfällig für herkömmliche Behandlungsmaßnahmen im Vergleich zu frei wachsenden Bakterien des gleichen Stamms (Donlan, 2000). Diese ausdauernde bakterielle Beständigkeit durch die Bildung von Biofilmen ist für die Resistenz verantwortlich und oft die Wurzel wiederkehrender Herausforderungen. Herkömmliche Methoden bewirken lediglich einen Rückzug der Bakterien in den Biofilm und somit eine Verringerung der äußerlich feststellbaren Anzeichen. Dadurch wird der Ursprung des Problems jedoch nicht behoben. So treten beispielsweise bei Milchkühen wiederholt dieselben Herausforderungen mit der Eutergesundheit auf.

Was macht AHV anders?

Der Erfolg des AHV Ansatzes besteht darin, die Kommunikation zwischen den Bakterien zu unterbrechen und die Bildung von Biofilm zu stoppen. So unterbinden die Quick Tablet und die Extra Tablet die Kommunikation zwischen den Bakterien und wirken Biofilm auflösend. Die Bakterien liegen nun frei im Euter vor. Das Immunsystem kann seine „Arbeit“ verrichten und die Erreger eliminieren. Dazu benötigt es zusätzliche Energie. Um es dabei zu unterstützen, liefert die Booster Tablet die benötigten Reserven. Damit sind nicht nur Anzeichen wie Schwellung oder Gewebeverhärtung gehemmt, sondern auch das Risiko für immer wieder auftretende Gesundheitsherausforderungen minimiert.

Die Herde kann mit optimaler Gesundheit in einen neuen Produktionszyklus starten und die Landwirtinnen und Landwirte selbst können diesen beruhigter und finanziell gefestigter begleiten.

Quellen:

• Westall, F., de Wit, M. J., Dann, J., van der Gaast, S., de Ronde, C. E., & Gerneke, D. (2001). Early Archean fossil bacteria and biofilms in hydrothermally-influenced sediments from the Barberton greenstone belt, South Africa. Precambrian Research, 106(1-2), 93-116.
• Melchior, M. B., Vaarkamp, H., & Fink-Gremmels, J. (2006). Biofilms: a role in recurrent mastitis infections?. The Veterinary Journal, 171(3), 398-407.
• Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., & Stoodley, P. (2004). Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature reviews microbiology, 2(2), 95-108.
• Donlan, R. M. (2000). Role of biofilms in antimicrobial resistance. ASAIO journal, 46(6), S47-S52.