Kupferoberflächen töten Bakterien ab
Nur in direktem Kontakt mit einer Kupferoberfläche können Bakterien abgetötet werden. Treffen sie nur mit einzelnen Kupferionen zusammen, überleben sie. Gemeinsam mit Materialforschern der Universität des Saarlandes konnten Biochemiker der Universität Bern diesen Nachweis erbringen.
Mit gepulsten Laserstrahlen schossen die Materialforscher winzige Löcher in die hauchdünne Kunststoffbeschichtung einer Kupferplatte. Die Löcher waren so klein, dass die Bakterien nicht zur Kupferoberfläche durchdringen konnten. Obwohl Kupferionen freigesetzt wurden, starben die Bakterien ohne direkten Kontakt zur beschichteten Oberfläche kaum ab.
Foto: Universität des Saarlandes
Dieses Wissen ist deshalb so wichtig für die Forscher, da sie gemeinsam mit dem Schweizer Kupfer-Experten Frank Mücklich antibakterielle Beschichtungen entwickeln wollen, um die Verbreitung von gefährlichen Infektionen durch Bakterien in Krankenhäusern zu reduzieren. Dafür muss klar sein, wie das Kupfer die Bakterien abtötet und wie es in das Innere der Zellen gelangt.
500.000 Menschen erleiden jährlich eine Infektion durch Bakterien im Krankenhaus
Türklinken und Lichtschalter sind bekannte Herde für Bakterien. Insbesondere in Krankenhäusern können diese für die Patienten gefährlich werden. Von den etwa 500.000 Menschen, die an einer Infektion erkranken, sterben jährlich 15.000 bis 40.000 Personen. „Das sind mehr Menschen als im Straßenverkehr sterben“, erklärt Marc Solioz, Professor für Biochemie der Universität Bern.
Der Laborversuch wurde am Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS) in Saarbrücken mit Hilfe der Laserinterferenztechnologie vorgenommen. Die Forscher überzogen eine Kupferplatte mit einer hauchdünnen Kunststoffschicht. Mit pulsierenden Laserstrahlen wurden anschließend winzige Löcher in die Schicht hineingeschossen. Diese Löcher hatten eine Größe von einem halben Mikrometer oder einem Millionstel Meter und waren damit noch winziger, als der Durchmesser der Bakterien. Es entstand ein wabenartiges Muster. Als Reaktion wurden zwar Kupferionen freigesetzt, jedoch sind die Bakterien auf der Oberfläche der Kupferplatte nicht abgestorben. Bakterien auf der unbeschichteten Kupferplatte hingegen waren bei gleicher Anzahl von Kupferionen schon nach nur wenigen Stunden tot.
Zwischen Kupferplatte und den Keimen könnten elektrochemische Prozesse stattfinden
„Dies zeigt, dass die Bakterien vor allem beim direkten Kontakt mit der Kupferoberfläche absterben. Offenbar wird dadurch erst die Zellhülle angegriffen und so die Voraussetzung dafür geschaffen, dass die Kupferionen die Zellen völlig zerstören können“, schlussfolgert das Forscherteam. Die Wissenschaftler vermuten, dass zwischen der Kupferplatte und den Keimen elektrochemische Prozesse ablaufen.
Dass Kupfer Bakterien abtöten kann, wussten die Materialforscher. Ebenso ist bekannt, dass Kupfer das dritthäufigste Spurenelement im menschlichen Körper ist und dort offenbar nicht schädlich ist. Unbekannt hingegen war bisher, warum und wie Bakterien und Kupfer aufeinander reagieren. Das wird weltweit von Wissenschaftlern untersucht. Entsprechend viele – mindestens fünf verschiedene Erklärungen –werden derzeit angestellt. „Einige vermuten, dass Kupfer die Zellwand der Bakterien destabilisiert und diese dadurch auslaufen. Andere Forscher gehen davon aus, dass sich Kupfer an die DNA der Keime bindet und die Gensequenzen in kleine Stücke zerteilt“, erklärt Marc Solioz.
Genauere Untersuchungen sollen helfen, den Prozess der Zerstörung von Bakterien durch Kupfer genauer zu erklären. Ziel der Forscher ist es, aktiv keimtötende Materialoberflächen auf Kupferbasis zu entwickeln.
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