Biofilme: Verborgene Lebensgemeinschaften mit großer Wirkung

Was ist allgegenwärtig, aber meist unsichtbar? Biofilme! Das sind komplexe Gemeinschaften von Mikroorganismen, die sich in einer Schleimschicht organisieren. Diese Matrix aus Polysacchariden, Proteinen und DNA gleicht einem metropolenartigen Gebilde, in dem neben Bakterien auch Pilze, Hefen oder Algen kooperativ zusammenarbeiten. Sie haben ein Ziel: den Fortbestand der schützenden Struktur und damit der Population sicherzustellen.

Man findet Biofilme in der Natur, technischen Anlagen und auch im menschlichen Körper. Sie spielen eine zentrale Rolle bei zahlreichen biologischen Prozessen – mit teils positiven, teils negativen Auswirkungen: 

• Umwelttechnologie: In der Umwelttechnik werden Biofilme zur Wasseraufbereitung, Bodenbioremediation oder als Biosensoren eingesetzt. Diese Biofilme erkennen und bauen Schadstoffe ab, wodurch die Wasser- und Bodenqualität verbessert wird. Darüber hinaus wird aus Biomasse Energie gewonnen, beispielsweise durch mikrobielle Brennstoffzellen oder Biogasanlagen. Die Biomasse besteht aus Biofilmen. 
• Lebensmitteltechnologie: Beispielsweise werden sie bei Fermentationsprozessen wie der Herstellung von Käse eingesetzt.
• Medizin und Gesundheit: In Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen stellen Biofilme ein erhebliches Problem dar. Etwa zwei Drittel aller bakteriellen Infektionen sind auf biofilmassoziierte Mikroorganismen zurückzuführen. Ein relativ harmloses Beispiel ist Zahnbelag (Plaque). Deutlich problematischer ist jedoch die chronische Borreliose (Lyme-Krankheit), auf die wir im Folgenden näher eingehen werden.

Biofilme zeichnen sich durch eine rege Kommunikation und ein herausragendes Teamwork aus. Das macht sie gesundheitlich bedenklich und die Behandlung von Infektionen organisierter Erregern sehr schwer. Dank Heilpflanzen wie Katzenkralle und Staudenknöterich allerdings nicht unmöglich.

Therapeutisch herausfordernd: Die Organisationsform Biofilm

Im Biofilmverbund vollbringen Mikroorganismen drei erstaunliche Aufgaben:

1. Sie tauschen Resistenzinformationen über Antibiotika aus,
2. lagern Nährstoffe ein und
3. koordinieren Abwehrmechanismen.

Auf höchst effektive Weise, in den Biofilmen sind Keime bis zu 1000-fach resistenter gegenüber Antibiotika als im freien Zustand. Aufgrund dessen gehören biofilmassoziierte Infektionen zu den hartnäckigsten und schwerwiegendsten Erkrankungen überhaupt; sie sind durchaus mit Krebs vergleichbar.  

Der Sachverhalt stellt für die diagnostische Medizin und Therapie eine große Herausforderung dar: Wie kann man Biofilme auflösen und die darin eingeschlossenen Erreger eliminieren?

Häufig eine Sackgasse: Antibiotika bei Borreliose

Für die Lyme-Borreliose ist eine Gruppe eng verwandter Arten der Spirochäten-Gattung Borrelia verantwortlich. Am bekanntesten ist das nach Willy Burgdorfer benannte Bakterium Borrelia burgdorferi, der dieses 1982 isolierte.

Borrelien werden in der Regel von Zecken auf Menschen übertragen. Vielfach bleibt der Zeckenstich unbemerkt, da die Spinnentierchen Stoffe absondern, die Schmerzen und Juckreiz unterdrücken. Oft werden Zeckenbisse erst durch die Wanderröte (Erythema migrans) entdeckt. Die charakteristische Hautrötung weitet sich von der Einstichstelle im Ring oder auch Doppelring aus.

Hohe Versagerquote bei der Antibiotikatherapie

Borrelien sind sehr beweglich und anpassungsfähig. Eine ihrer wichtigsten Überlebensstrategien ist die Fähigkeit zur Biofilmbildung:

• In der Schleimschicht entziehen sich die Krankheitserreger der Immunabwehr. Antikörper und Immunzellen haben kaum Zugriff.
• Gleichzeitig erschwert der Schleimfilm das Eindringen von Antibiotika.
• Auch Medikamente, die gegen freischwimmende Borrelien wirksam sind, verlieren hier ihre Effektivität. 
• Außerdem verlangsamt sich ihr Stoffwechsel, was die Wirkstoffaufnahme zusätzlich hemmt.

Resultat: Aus akut wird klinisch! Trotz Behandlung mit Antibiotika können Borrelien überleben. In der Medizin spricht man von Persistenz – die Bakterien bleiben im Körper, Symptome kehren zurück oder chronifizieren. 

Genau das beobachten viele Patienten trotz Langzeitantibiose. Sie durchlaufen innerhalb weniger Monate bis Jahre die drei Stadien der Infektionskrankheit. Der ganze Körper kann betroffen sein, jedes Gelenk (Lyme-Arthritis), die Nerven und das Gehirn (Neuroborreliose) oder die Haut (Akrodermatitis chronica atrophicans).

Quorum Sensing. Oder: Kooperation statt Chaos

Die Fähigkeit zur Biofilmbildung ist nicht zufällig, sie folgt einem Plan. Sobald bestimmte Umweltreize gegeben sind, verändern Bakterien gezielt ihre Genexpression und beginnen den Matrixaufbau. Dabei setzen sie auf ein Kommunikationssystem, das als Quorum Sensing bekannt ist: Chemische Signalmoleküle ermöglichen den Mikroorganismen eine Art Gruppenintelligenz. Erst wenn eine kritische Masse erreicht ist, beginnen sie mit dem koordinierten Aufbau eines Biofilms. 

Auch Borrelien nutzen diese Strategie. Ist ihre Zahl groß genug und das Umfeld passend, transformieren sich die agilen Spirochäten in sesshafte Biofilmzellen. Diese stellen ihre Stoffwechselaktivität um, igeln sich zur Schleimpopulation zusammen und schützen sich so gegen äußere Einflüsse, etwa vor dem Immunsystem oder antibiotischen Wirkstoffen. 

Diese Matrix besteht überwiegend aus Wasser, Proteinen und Polysacchariden. Sie ist fließend, aber zugleich zäh und stabil. Der hohe Wasseranteil ermöglicht den Austausch von Nährstoffen und Signalmolekülen (chemische Kommunikation) sowie genetischen Informationen, etwa zur Ausbildung von Resistenzen.

Versteckspiel der Erreger: Warum Therapien oft versagen

Das dichte Polysaccharidgewebe ist der Grund, warum Borrelien selbst bei aggressiver Therapie oft weiterleben – Antibiotika können nicht bis zu den Bakterien vordringen. Doch das Problem ist nicht nur physikalischer, sondern auch biologischer Natur: Innerhalb des Biofilms befinden sich viele Borrelien im „persister state“, das heißt einem inaktiven, schlafähnlichen Zustand mit extrem verlangsamtem Stoffwechsel, der Monate bestehen kann.

Antibiotika wie Doxycyclin oder Ceftriaxon, die auf Zellteilung und aktive Stoffwechselprozesse abzielen, können in diesem Zustand kaum wirken. Die Therapie scheint zunächst erfolgreich, doch nach einiger Zeit treten Symptome erneut auf. Ein klassisches Muster bei chronischer Lyme-Borreliose.

Erschwerend kommt hinzu, dass sich Borrelien innerhalb des Biofilms genetisch anpassen. Sie verändern gezielt ihre Oberflächenproteine, um der Immunabwehr zu entgehen. Da diese Proteine für das Immunsystem als Erkennungsmerkmale dienen, bleibt die Infektion für die Diagnostik oft unerkannt. Dies erklärt, warum viele Patienten die mit Antibiotika behandelt wurden, über weiterhin bestehende Beschwerden wie Gelenkschmerzen, neurologische Ausfälle oder anhaltende Erschöpfung klagen.  

Neue Ansätze gegen biofilmassoziierte Infektionen

Angesichts der hohen Widerstandsfähigkeit von Biofilmen wird zunehmend klar: Eine reine Antibiotikatherapie reicht oft nicht aus, um eine chronische Borrelieninfektion nachhaltig zu behandeln. Daher suchen Forscher weltweit nach neuen Behandlungsstrategien.

Aktuell untersuchte Ansätze zur Therapie biofilmassoziierter Infektionen:

• Enzymatische Matrixauflösung: Bestimmte Enzyme wie Dispersin B können die schleimige Struktur aufbrechen und die Bakterien angreifbar machen.
• Phagen-Therapie: Viren, die speziell Bakterien infizieren, könnten gezielt gegen Erreger eingesetzt werden – selbst im Biofilm.
• Gentechnisch veränderte Mikroben, die biofilmauflösende Stoffe produzieren, sind ebenfalls in der Entwicklung.
• Künstliche Intelligenz in der Wirkstoffsuche: Millionen Moleküle werden auf ihre Wirkung auf immer neue Protein-Verbindungen von Bakterien „simuliert“. So hofft man potenzielle Wirkstoffe zu ermitteln, die gegen biofilmgeschützte Erreger wirken könnten.

Einige Therapiekonzepte kombinieren bereits verschiedene Ansätze: Biofilmauflöser + Antibiotikum + Immunmodulation. Ziel ist es, den Biofilm zu öffnen, die Erreger freizusetzen und dann effektiv zu eliminieren.

Erfolgsgeschichten: Phytotherapie bei Lyme-Borreliose und Biofilmen

Angesichts der begrenzten Wirksamkeit konventioneller Antibiotika bei biofilmassoziierten Infektionen richtet sich der Blick zunehmend auf alternative Therapieformen, darunter die Phytotherapie. Was jahrhundertelang Teil der Volksmedizin war, gewinnt heute durch moderne Forschung neue Relevanz. 

Ein Beispiel: Forscher der Universität Warwick analysierten ein mittelalterliches Rezept für eine Augensalbe und erkannten ein hohes antibiotisches Potential. Die Kombination aus Knoblauch, Zwiebel, Wein und Rindergalle ist natürlich weder lecker noch praktikabel. Aber gerade die Kombination dieser Stoffe zeigte in Studien eine deutlich stärkere antimikrobielle Wirkung als die einzelnen Bestandteile. Der Fund unterstreicht: Die Heilkraft vieler Pflanzen wird erst durch ihre Synergie wirksam. 

Auch im Kontext der Borreliose liefern Pflanzenextrakte und Vitalstoffe vielversprechende Ansätze. Einige Substanzen greifen gezielt in die Biofilmstruktur ein oder unterstützen die antimikrobielle Wirkung anderer Wirkstoffe. Vier Kandidaten stechen hervor: N-Acetyl-L-Cystein (NAC), Katzenkralle, Japanischer Staudenknöterich und Kardenwurzel.

N-Acetylcystein: Biofilm-Auflöser mit Doppelfunktion 

N-Acetylcystein, kurz NAC, ist als Schleimlöser und Radikalfänger bekannt. Doch der Vitalstoff kann mehr. Studien zeigen, dass er die Biofilm-Matrix destabilisiert, indem er Disulfidbrücken innerhalb der Proteinstruktur reduziert. Dadurch wird die Schleimschicht durchlässiger, Antibiotika wirken besser und das Risiko von Resistenzen sinkt. NAC könnte somit ein Schlüsselstoff bei Kombinationsbehandlungen sein.

Katzenkralle: Immunmodulator und Pflanzenantibiotikum

Das aus dem Amazonasbecken stammende Lianengewächs besitzt nachgewiesen entzündungshemmende und immunstärkende Eigenschaften. In Laborversuchen zeigte die Katzenkralle (Uncaria tomentosa) antimikrobielle Aktivität gegen biofilmassoziierte Bakterien, auch indirekt über die Aktivierung körpereigener Abwehrkräfte. Besonders bei chronischen Borreliose-Verläufen könnte dieser südamerikanische Allrounder unterstützend wirken.

Japanischer Staudenknöterich: Resveratrol als Biofilm-Blocker

In heimischen Gärten gefürchtet, in der Medizin ein Hoffnungsträger: Der Staudenknöterich (Polygonum cuspidatum) enthält Resveratrol, ein Polyphenol mit ausgeprägter antioxidativer Wirkung. Es hemmt nicht nur die Neubildung von Biofilmen, sondern hat auch entzündungshemmende, kardio- und neuroprotektive Eigenschaften. Gerade bei langwierigen Infektionsverläufen kann Resveratrol systemisch wertvoll sein.

Kardenwurzel: Aktivierung der Immunabwehr und Mobilisierung von Erregern

Die Wilde Karde (Dipsacus fullonum) ist eine traditionelle Heilpflanze, die in der Naturheilkunde vor allem bei chronischen Infektionen wie Borreliose eingesetzt wird. Ihr wird nachgesagt, dass sie tiefsitzende Erreger – darunter auch Borrelien – aus dem Gewebe mobilisiert, so dass sie für das Immunsystem oder Antibiotika besser erreichbar werden. Darüber hinaus aktiviert Karde das Lymphsystem und unterstützt die Selbstregulation des Körpers. Häufig wird sie in Tinkturform verwendet – etwa begleitend zu Katzenkralle und Staudenknöterich.

Perspektiven für die Borreliose-Therapie

Die Borreliose-Therapie steht vor einem Umbruch. Biofilmassoziierte Infektionen lassen sich mit herkömmlichen Antibiotika meist nicht dauerhaft kontrollieren. Ein Paradigmenwechsel ist nötig – weg vom reinen „Draufbehandeln“, hin zu intelligenten Therapiekonzepten, die Biofilme gezielt auflösen und gleichzeitig das Immunsystem stärken. Für eine ganzheitliche Herangehensweise liefert die Phytotherapie wertvolle Impulse.

Gerade bei chronischen Verläufen haben sich bestimmte Heilpflanzenkombinationen bewährt. In der Praxis empfehlen Therapeuten die Kombination aus Japanischem Staudenknöterich, Katzenkralle und Kardenwurzel. Sie verbindet drei zentrale therapeutische Wirkungen: 

1. Auflösung von Biofilmen: Die Erreger werden wieder angreifbar.
2. Antibakterielle Wirkung: Borrelien werden gezielt geschwächt.
3. Stimulation der Immunabwehr: Die körpereigenen Ressourcen werden gestärkt, eine nachhaltige Reaktion des Immunsystems wird wahrscheinlich.

Staudenknöterich, Katzenkralle und Kardenwurzel sind essenziell für eine wirksame Behandlung von Borreliose. Sie kann durch eine Mikronährstofftherapie mit NAC abgerundet werden. Ob pflanzlich, pharmazeutisch oder kombiniert, die passende Therapie sollte immer individuell und unter ärztlicher oder naturheilkundlicher Begleitung gewählt werden. 

Gleichzeitig braucht es eine stärkere Sensibilisierung in der medizinischen Praxis. Biofilme sind keine Randerscheinung, sondern ein zentrales Hindernis bei der Behandlung chronischer Infektionen. Nur wenn sie mitgedacht und aktiv angegangen werden, kann eine nachhaltige Genesung gelingen. Die Zukunft der Biofilmforschung ist vielversprechend – und für viele Betroffene vielleicht der Schlüssel zu neuer Lebensqualität. 

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Quellen:

[1] Biofilme – tödlich wie Krebs? https://www.spektrum.de/news/biofilme-toedlich-wie-krebs/1554198

[2] Biofilm Forming Lactobacillus: New Challenges for the Development of Probiotics; by María José Salas-Jara, Alejandra Ilabaca, Marco Vega and Apolinaria García; Microorganisms 2016, 4(3), 35; https://www.mdpi.com/2076-2607/4/3/35

[3] Biofilme wirksam bekämpfen. Maßnahmen gegen hartnäckige Keimkolonien. https://www.scinexx.de/dossierartikel/biofilme-wirksam-bekaempfen

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