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Zahnbelag: Lektionen aus der Biofilm-Forschung

Zahnbelag: Lektionen aus der Biofilm-Forschung

Plaque – das moosige Zeug auf den Zähnen (Pardon, falls Sie gerade frühstücken) – ist ziemlich hartnäckig. Wissen Sie eigentlich, warum?

In diesem Film spielen Bakterien die Hauptrolle

Bakterieller Zahnbelag ist nicht einfach nur ein Haufen Bakterien, die irgendwie an der Zahnoberfläche hängen. Plaque ist ein Biofilm – ein von Bakterien geschaffenes, erstaunlich stabiles und erstaunlich strukturiertes Habitat.

Unter dem lustigen Titel “Seen any good biofilms lately?” (“Gabs in letzter Zeit irgendwelche guten Biofilme?”) veröffentlichte der amerikanische Mikrobiologe W. Michael Dunne 2002 einen vielzitierten Fachartikel zum Thema. Darin schreibt er:

Der reife bakterielle Biofilm ähnelt einem Korallenriff. Er enthält pyramiden- oder pilzförmige Mikrokolonien von Organismen, eingebettet in eine extrazelluläre Matrix. Kanäle und Hohlräume erlauben den Austausch von Nährstoffen und Abfallprodukten. Der Biofilm schützt seine Bewohner vor Feinden, Dehydrierung, Bioziden und anderen Bedrohungen aus der Umwelt. Gleichzeitig regulieren einfache kommunikative Zellsignale Wachstum und Diversifizierung der Bakterienpopulation.

(Später im Text ist auch noch von einem Biofilm-Festival die Rede…)

Oberfläche + Feuchtigkeit + Bakterien = Biofilm

Biofilme finden sich überall dort, wo es feuchte Umgebungen, Oberflächen und Bakterien gibt. In der Außenwelt (an den Innenseiten von Tanks, Rohren und Schläuchen, an Filtern oder Wärmeaustauschern, an Pflanzenwurzeln, an Sand und Steinen unter Wasser, an Kontaktlinsen) wie in der Innenwelt unserer Körper (an der Harnblasenwand, in der Lunge, an den Oberflächen von Endoprothesen – und eben auch an den Zähnen). Biofilme sind der Lieblings-Aufenthaltsort der meisten Bakterien.

Dabei ist keinesfalls jeder Biofilm unwillkommen: Bei der Abwasserreinigung spielen solche “bakteriellen Blockbuster” zum Beispiel eine ganz wichtige Rolle.

Wenn Bakterien sich eine Stadt bauen

Biofilme sind ein Produkt der Stoffwechselaktivität von Bakterien. Kaum hat ein solcher Mikroorganismus eine Oberfläche gefunden, beginnt er mit der Ausscheidung von wasserbindenden, klebrigen Schleimstoffen. Die Schleimstoffe verbessern nicht nur seine Haftung an der Oberfläche, sondern fangen auch Mineral- und Nährstoffe aus der Umgebung ein. Kleine herumschwebende Trümmer von allerlei bleiben in der Schleimschicht hängen und geben ihr zusätzliche Festigkeit. Sind viele Bakterien beteiligt, entsteht aus einem bisschen Schleim nach und nach eine dreidimensionale Struktur, die wir ohne Probleme sehen und fühlen können: gemessen an der Größe eines einzelnen Bakteriums ist die sogenannte Glycocalix mit ihren Säulen, Kanälen und Hohlräumen ein Gebäude von riesigen Dimensionen.

Der Biofilm hat sein eigenes “Mikroklima”: pH-Wert und Konzentrationen von Mineralien und Nährstoffen können im Innern des Films ganz anders sein als in der Umgebung; Antibiotika, Medikamente oder Immunzellen, die auf der Jagd nach Krankheitserregern sind, erreichen die Biofilmbewohner oft kaum.

Hilft uns das Verständnis von Plaque als Biofilm, ihn besser wieder loszuwerden?

Bakterien im Plaque-Biofilm erzeugen durch Umwandlung von Zucker in Milchsäure das saure Milieu, das den Zahnschmelz auflöst (die Vorgänge dabei werden in diesem Blogbeitrag erklärt). Das Labyrinth der Glycocalix hält den Speichel, der sauren pH gewöhnlich schnell wieder normalisieren kann, von der Zahnoberfläche fern. Wird der Plaque nicht entfernt, stehen die Chancen für eine Remineralisierung kleiner Schmelzläsionen schlecht; Karies entsteht.

Die Fachliteratur zum Thema bakterielle Biofilme, Glycocalix und wie spezielle Schleimstoffe an speziellen Oberflächen haften, füllt Bände. Das praktische Resultat solcher Forschungen sind beispielsweise biofilmabweisende Oberflächenbeschichtungen. Die Forschung hat das Potential, auch die Mundhygiene zu revolutionieren: weg vom rein mechanischen Herumschrubben am Zahnbelag, hin zu intelligenten biophysikalisch/biochemischen Strategien zur Plaque-Kontrolle. Aber sind wir schon so weit? Von entsprechenden Ansätzen und Ergebnissen berichtet der nächste Beitrag.


(Foto: © Kseniia Perminova, fotolia.com)

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