Die zunehmende Verbreitung von Biofilmen stellt eine ernsthafte Herausforderung für zahlreiche Bereiche dar, angefangen von medizinischen Geräten über industrielle Anlagen bis hin zur Wasseraufbereitung. Biofilme sind komplexe Gemeinschaften von Mikroorganismen, die sich auf Oberflächen ansiedeln und durch eine schützende Matrix aus extrazellulärer polymerer Substanz gekennzeichnet sind. Diese Schutzschicht macht die Mikroorganismen resistenter gegenüber antimikrobiellen Mitteln und erschwert deren Entfernung erheblich. Die Entwicklung neuer Strategien zur effektiven Verhinderung und Entfernung von Biofilmen ist daher von großer Bedeutung. Eine besonders vielversprechende Innovation auf diesem Gebiet sind nano-strukturierte antibiofilm Beschichtungen, die auf rekombinantem Resilin basieren.
Resilin ist ein elastisches Strukturprotein, das ursprünglich in Insekten wie Heuschrecken und Fliegen vorkommt und für seine außergewöhnliche Elastizität und Haltbarkeit bekannt ist. Die biotechnologische Herstellung von rekombinantem Resilin ermöglicht die Produktion dieses Proteins in großem Maßstab und mit kontrollierter Qualität, wodurch es für verschiedene technische und biomedizinische Anwendungen zugänglich wird. Die besondere Eigenschaft von Resilin, sich reversibel zu dehnen und zusammenzuziehen, kombiniert mit seiner hohen Biokompatibilität und Stabilität, macht es zu einem idealen Ausgangsmaterial für die Entwicklung neuartiger antibiofilmender Materialien. Durch gezielte nano-strukturelle Modifikationen können Oberflächen geschaffen werden, die das Anhaften von Mikroorganismen aktiv verhindern oder die Bildung von Biofilmen erschweren. Die nano-strukturierte Oberfläche beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Beschichtung auf mikroskopischer Ebene.
Hierbei spielt die Kontrolle der Oberflächenenergie, Rauigkeit und Ladungszustände eine entscheidende Rolle. Diese Faktoren beeinflussen maßgeblich die Fähigkeit von Bakterien, sich an der Oberfläche zu fixieren. Rekombinantes Resilin bietet die Möglichkeit, durch biotechnologische Methoden genau definierte Nano-Architekturen zu erzeugen, die die Antihaft-Eigenschaften verbessern und gleichzeitig eine langfristige Stabilität gewährleisten. Ein weiterer wesentlicher Nutzen von rekombinantem Resilin als Basis für antibiofilm Beschichtungen ist seine herausragende Biokompatibilität. Dies macht solche Beschichtungen besonders interessant für den Einsatz in der Medizin, beispielsweise bei Kathetern, Implantaten oder chirurgischen Instrumenten, wo die Verhinderung von bakteriellen Belägen lebenswichtig ist, um Infektionen zu vermeiden.
Im Gegensatz zu vielen konventionellen antibakteriellen Materialien, die auf aggressiven Chemikalien oder Metallen basieren, wirkt resilin-basiertes Material auf physikalischer Ebene und reduziert somit das Risiko der Entwicklung von Resistenzen. Auch in industriellen Umgebungen, wie etwa der Lebensmittelverarbeitung, Wasseraufbereitung oder Schiffbau, wo Biofilme zu erheblichen Problemen wie Korrosion, Effizienzverlust oder Kontamination führen können, bietet die technologiegestützte Anwendung nano-strukturierter resilinbasierter Beschichtungen einen nachhaltigen Schutz. Die Langlebigkeit und Anpassungsfähigkeit solcher Beschichtungen tragen dazu bei, Wartungskosten zu senken und Ausfallzeiten zu minimieren. Die Herstellung dieser innovativen Beschichtungen erfordert eine Kombination aus biotechnologischer Proteinproduktion, Nanotechnologie und Materialwissenschaften. Das rekombinante Resilin wird zunächst in mikrobiellen Systemen wie Escherichia coli hergestellt und dann aufbereitet.
Danach erfolgt eine gezielte funktionelle Modifikation und Nanostrukturierung – teilweise unter Nutzung von Selbstorganisationsprinzipien – um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Dabei kommen auch moderne Techniken wie elektrochemische Beschichtungsverfahren und Laserstrukturierung zum Einsatz. Forschungsergebnisse zeigen bereits beeindruckende antibiofilm Wirkungen nanoskaliger resilinbasierter Filme gegenüber verschiedenen pathogenen Bakterienarten, darunter Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa, die häufig an Infektionsprozessen beteiligt sind. Die Kombination von physikalischer Barrierewirkung, geringer Oberflächenhaftung und potenzieller Einbindung von bioaktiven Molekülen sorgt dabei für einen multifunktionalen Schutz. Die Zukunftsperspektiven für nano-strukturierte antibiofilm Beschichtungen auf Basis von rekombinantem Resilin sind vielversprechend.
