Zeitschrift für Wasserverschmutzung und Toxikologie Offener Zugang

Abstrakt

Die Einwirkung von Silbernanopartikeln beeinflusst die Struktur und Haftfähigkeit von Biofilmen

Schmidt H, Thom M, Madzgalla M, Gerbersdorf SU, Metreveli G und W Manz

Die Wirkung der Exposition gegenüber citratbeschichteten Silbernanopartikeln (AgNPs) auf die Struktur und Haftfähigkeit von Biofilmen wurde mithilfe eines mehrphasigen Ansatzes untersucht, der Epifluoreszenzmikroskopie, chemische Analyse und verstärkte magnetische Partikelinduktion (MagPI) umfasst. Monospezies-Biofilme des allgegenwärtigen Süßwasserbakteriums Aquabacterium citratiphilum wurden mit zwei verschiedenen Konzentrationen von AgNPs behandelt. Kontrollexperimente wurden mit unbehandelten Aquabacterium-Biofilmen und mit Biofilmen durchgeführt, die ionischem Silber (AgNO3) und Kupfersulfat (CuSO4) ausgesetzt waren. Die Struktur des Biofilms wurde mithilfe von Epifluoreszenzmikroskopie beurteilt und die Zusammensetzung kolloidaler extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) wurde nach der Extraktion spektrophotometrisch bestimmt. Die Haftfähigkeit des Biofilms wurde mithilfe eines verstärkten MagPI-Systems gemessen. Der Gesamtgehalt an EPS-Proteinen und Kohlenhydraten sowie die durchschnittliche Oberflächenbedeckung durch Biofilmbakterien wurden bei allen Behandlungen signifikant reduziert. Die Exposition gegenüber 600 μg l-1 AgNPs reduzierte die Biofilmhaftung signifikant (p<0,0001, n=50) auf ein Niveau, das dem von mit AgNO3 und CuSO4 behandelten Biofilmen entspricht. Die Ergebnisse zeigen die Auswirkungen einer Exposition gegenüber umweltrelevanten Konzentrationen künstlich hergestellter AgNPs auf die Zusammensetzung und Struktur des Aquabacterium-Biofilms sowie die Biofilmhaftung als physikalisches Merkmal. Enhanced MagPI konnte erfolgreich als schnelle und empfindliche Technik zur Bewertung der Biofilmhaftung als wesentlicher Marker für die Biofilmfunktionalität und korrelierte Biofilm-Ökosystemleistungen (z. B. mikrobielle Biostabilisierung) nachgewiesen werden.