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Abstract:
Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia und Staphylococcus aureus sind opportunistische Keime, die als Mischkultur in der Lunge von Patienten mit Cystischer Fibrose (CF) vorkommen. Untersuchungen dieser Mischkultur hinsichtlich Wachstumscharakteristika oder möglicher Interaktionen können verständlicherweise nicht in situ durchgeführt werden. Es wäre allerdings wünschenswert, das Verhalten der Mischkultur in Bezug auf Antibiotikabehandlungen näher charakterisieren zu können.
Als Modell für die Mischkulturen in der Lunge von CF-Patienten entwickelten wir eine entsprechende Mischkultur im Bioreaktor in der Chemostatbetriebsweise. Dieser experimentelle Aufbau ermöglicht es, die Mischkultur unter kontrollierbaren und regelbaren Umgebungsbedingungen zu untersuchen. Mit umfassenden quantitativen Methoden analysieren wir das Wachstumsverhalten sowie die Stoffwechselaktivität auf Basis der Konzentrationen im Überstand. In Verbindung mit mathematischer Modellierung suchen wir nach Interaktionen der Bakterien und analysieren die Dynamiken des Systems, indem wir den Gleichgewichtszustand im Chemostatbetrieb stören, beispielsweise durch Zugabe von Antibiotika.
In vorausgehenden Experimenten war es möglich, mindestens 2 Organismen in Koexistenz für mehr als 33 Volumenwechsel zu kultivieren [1]. Zur mathematischen Beschreibung des Systems wurde das Wachstumsverhalten der Reinkulturen in Batch-Experimenten analysiert und durch mathematische Modelle abgebildet. Mit den bisherigen Modellannahmen ist es allerdings noch nicht gelungen, die Ergebnisse der Mischkultur unter diesen Bedingungen mit genügender Genauigkeit zu beschreiben. Durch Pulsexperimente mit Antibiotika erhoffen wir uns weitere Informationen über Eigenschaften der Einzelspezies und Interaktionen in der Mischkultur, um so unsere bisherigen Modelle zu verbessern.
Für die Quantifizierung der speziesspezifschen Zellzahlen wurde eine T-RFLP Methode entwickelt und optimiert [1]. Mit Hilfe dieser Methode wurden die Zellzahlen in antibiotikagepulsten Batchkultivierungen bestimmt. Hier zeigen wir Modelle mit welchen wir das Wachstumsverhalten der Reinkulturen und der Mischkultur vergleichen und die als Grundlage zur Versuchplanung für zukünftige Pulsexperimente im Chemostat dienen sollen.
[1] Schmidt, J.K. et al.: (2007) BiotechBioeng 96(4):738-756
