Das klassische Verteidigungsmanöver der Königspythons besteht darin, sich zusammenzurollen und den Kopf nach unten zu halten. Hinter ihren Schuppen verbirgt sich jedoch eine andere, subtilere Verteidigung: mikroskopisch kleine Stacheln, die die Vermehrung von Bakterien hemmen. Die Entdeckung, über die am 11. März von Experten bei ACS Omega berichtet wurde, könnte die Entwicklung von antimikrobiellen Mitteln inspirieren, die mechanisch statt chemisch wirken. "Mechanische Methoden könnten in Verbindung mit Antibiotika eingesetzt werden", sagt Andrew Parnell, ein Polymerphysiker an der Universität von Sheffield, der nicht an der Forschung beteiligt war. "Mit einem solchen zweigleisigen Ansatz könnten wir einige der alten Antibiotika wiederverwerten."

Mikrostrukturen sind in der Natur allgegenwärtig: Sie verleihen Vogelfedern ihre leuchtenden Farben. Winzige Vorsprünge auf Lauch, Lotusblättern und Rosenblättern helfen Pflanzen, Wasser abzuleiten. Mikroskopische Rippen auf Haifischschuppen verringern den Widerstand des Mediums. Forscher untersuchen auch, wie die haarähnlichen Strukturen der Geckohaut und der Zikadenflügel die Ansiedlung von Bakterien verhindern können. Und während die Mikrostruktur der Schlangenhaut wegen ihrer Farbe und ihrer Auswirkungen auf die Fortbewegung untersucht wurde, hat man sich mit ihrem potenziellen Schutz vor Bakterien noch nicht so sehr beschäftigt.

Václav Peroutka, Forscher an der Universität für Chemie und Technologie in Prag, und das von ihm geleitete Team haben die Schuppen der Königspython (Python regius) genau untersucht, die ein dichtes Gitter aus mikroskopisch kleinen Stacheln aufweisen. Jeder Stachel ist etwa 9 Mikrometer lang, was ungefähr der Größe einer Zelle entspricht. Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass die Stacheln die Bildung von Biofilmen verhindern könnten. Biofilme entstehen, wenn mikrobielle Gemeinschaften Schutzschichten aus Speichel absondern, die ihnen helfen, an Oberflächen zu haften. Biofilme halten Nährstoffe fest und halten antibakterielle Wirkstoffe fern, während die Mikroben Gene austauschen können, darunter auch DNA-Sequenzen, die eine Antibiotikaresistenz verleihen. Biofilmbakterien können bis zu 1000-mal resistenter sein als frei lebende Bakterien.

Anhand von abgetrennten Schlangenhäuten, die im Zoo Pilsen gesammelt wurden, befestigte das Team einzelne Schuppen an Nadeln und bebrütete sie in nährstoffreichem Medium mit einer von zwei Bakterienarten - Escherichia coli oder Staphylococcus aureus. Nach 48 Stunden waren die Polystyrol-Kontrollproben mit dicken, reifen Biofilmen bedeckt. Die Schlangenschuppen waren jedoch wesentlich widerstandsfähiger gegen Mikroben: E. coli und S. aureus hafteten zu 88 % bzw. 78 % weniger an ihnen. Die Mikroskopie zeigte, dass die Bakterien nur selten die Oberfläche der Schuppen besiedelten, sondern höchstens zwischen den Stacheln Unterschlupf fanden.

Die Forscher vermuten mehrere mögliche Mechanismen, wie die Stacheln die Biofilmbildung hemmen könnten. Die Ausstülpungen könnten die Kontaktfläche mit den Bakterien begrenzen oder die Mikroben in geometrisch instabile Formationen zwingen. Die Forscher vermuten auch, dass die Ausstülpungen die Zellmembranen der Bakterien physisch beschädigen oder auf irgendeine Weise ihre Fähigkeit zur Biofilmsekretion einschränken könnten.

Parnell würde weitere Forschungen zur Identifizierung des spezifischen Wirkmechanismus begrüßen. Das Verständnis der spezifischen Prozesse ist der Schlüssel zur Umsetzung und Optimierung biologisch inspirierter Entwicklungen in praktische Produkte, sagt Gregory Watson, ein Forscher für Biomimetik und Nanotechnologie an der Sunshine Coast University. Damit sich ähnliche mikrostrukturierte antimikrobielle Produkte jemals durchsetzen können, muss die Öffentlichkeit das neue Konzept akzeptieren, meint Parnell. "Wenn wir zu einem System übergehen, bei dem wir keine Chemikalien verwenden, müssen wir akzeptieren, dass die bakterientötende Wirkung viel geringer sein wird. Aber das hat den großen Vorteil, dass wir sie an viel mehr Orten einsetzen können", sagt der Forscher.