Der Lebenszyklus eines Biofilms

Bakterien sind immer im Freiwasser vorhanden. Im Normalfall sind die Bakterien im Wasser jedoch mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, da in der Regel nur etwa 1% der Bakterien im Freiwasser vorhanden ist. Bei der Entwicklung von Biofilmen als Teil des Aufwuchses im Aquarium kann man grundsätzlich verschiedene sich wiederholende Zustände oder Phasen erkennen. Je nach Nährstoffangebot und anderer Parameter wie z.B. die Temperatur verharrt der Biofilm kürzer oder länger in einer dieser Phasen.

Zur Veranschaulichung zeigen wir dies in 6 Schritten:

1 Ansiedelung / Induktionsphase

Gerne siedeln sich Bakterien an nährstoffreichen Substraten an, und die Ansiedelung erfolgt ständig. Welche Art von Bakterie sich an welchem Ort ansiedelt, hängt vor allem davon ab, welche Nährstoffe vorhanden sind und welcher Nährstoff von dem jeweiligen Bakterium bevorzugt wird. Diese Ansiedelung wird auch „Induktionsphase“ genannt.

2 Mikrokolonie

Wenn sich die Bakterien ansiedeln und beginnen, sich zu teilen, entsteht eine Mikrokolonie; hier kommunizieren die Bakterien miteinander und bilden dadurch erste Fäden (sogenannte Pili) aus.

3 Bildung einer Matrix

Viele dieser Fäden erzeugen ein Geflecht, eine Matrix, in dem von den Bakterien Proteine, Mehrfachzucker und Fette in Verbindung mit Wasser als  sogenanntes Hydrogel eingelagert werden. Diese Matrix aus Fäden und Hydrogel verleiht dem Biofilm seine „glitschige“ Konsistenz.

4 Ansiedelung weiterer Bakterien / Akkumulationsphase

In der Matrix aus Pili und Hydrogel siedelt sich in der nächsten Phase eine Vielzahl an unterschiedlichen Bakterienarten und Algen an. Diese Mikroorganismen leben im Biofilm in einer Gemeinschaft, wo sie sich auch vermehren – diese Phase nennt man „Akkumulationsphase“.

5 Wachstum der Lebensgemeinschaft / Existenzphase

Der Biofilm wächst weiter an und ist nun in seiner „Existenzphase“. Wird der Biofilm zu dick, das heißt, haben sich die Bakterien durch ein gutes Nährstoffangebot stark vermehrt, werden einige Bakterien nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen versorgt.

6 Ausschwärmen

Jetzt beginnt die Matrix aufzubrechen, und die zuvor mangelversorgten Bakterien schwärmen aus, um einen geeigneteren Ort zu finden.

 

Autor: Ricardo Castellanos

Fotos: Grafik: Ricardo Castellanos

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