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Mikrobielle Werkstoffzerstörung – Grundlagen: Mikrobielle Schädigungsmechanismen

1994; Wiley; Volume: 45; Issue: 1 Linguagem: Alemão

10.1002/maco.19940450106

1521-4176

Wolfgang Sand,

Bacterial biofilms and quorum sensing

Abstract Grundsätzlich sind alle Gruppen von Mikroorganismen, also Bakterien (und Cyanobakterien), Algen, Pilze und Flechten, in der Lage, durch Ausscheidung von Stoffwechselzwischen‐ und Endprodukten oder auf enzymatischem Wege Werkstoffe anzugreifen und zu schädigen. Je nach Nutzung eines Werkstoffes reicht das Spektrum mikrobiell beeinflußter Schäden von ästhetischen Problemen z. B. durch Verfärbung eines Kunststoffes durch eingelagerte Farbstoffe bis hin zur vollständigen Zerstörung von Werkstoffen wie z. B. durch biogene Schwefelsäurekorrosion von Beton. Die Angriffsmechanismen lassen sich trotz der Vielfalt der an Schädigungsprozessen mitwirkenden Mikroorganismen in sieben Hauptkategorien gliedern: Angriff durch Mineralsäuren wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Kohlensäure → Säurehydrolyse von Werkstoffen. Angriff durch organische Säuren wie Essigsäure, Zitronensäure, Oxalsäure, Gluconsäure, Ameisensäure, Aminosäure etc. → Säurehydrolyse von Werkstoffen und Chelatisierung von Metallionen. Salzstreß durch Reaktionsprodukte von 1) und 2) → Bindung von Kristallwasser = Volumenvergrößerung und damit Sprengwirkung „treibender Angriff”︁, Erhöhung des Wassergehaltes poröser Werkstoffe durch hydrophile Wirkung = Verstärkung des Angriffes Frost Tau‐Wechsel, chemische Reaktionen mit Werkstoffmatrix durch Umkristallisationen. Einwirkung von Schadstoffen wie Schwefelwasserstoff, Stickoxide → die mikrobielle Oxidation von Schwefelwasserstoff führt zur Säurebildung oder im Falle der Ausscheidung als Stoffwechselendprodukt zu Metallkorrosion durch Ausfällung von Metallsulfiden. Einwirkung von Biofilm → Ausscheidung von exopolymeren Substanzen führt z. B. zu Metallkorrosion durch Bildung lokaler Spannungselemente, Erhöhung des Wassergehaltes wie bei 3), hydrophobierende Effekte durch Füllen und Verstopfen von Porenraum. Angriff durch Enzyme → Bildung von Exoenzymen zur Spaltung unlöslicher organischer Makromoleküle wie Cellulose in kleine, wasserlösliche Bruchstücke wie Glucose. Einwirkungen von oberflächenaktiven Substanzen → Ausscheidung von Stoffwechselzwischenprodukten zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit hydrophober Substanzen. Die aufgeführten Angriffsmechanismen wirken nicht separat, sondern vielfach gemeinsam auf Werkstoffe ein. Chemische Methoden zum Nachweis mikrobiell beeinflußter Werkstoffzerstörung versagen häufig oder liefern ein verzerrtes Bild, weil es sich bei den angreifenden Agenzien vielfach um labile Stoffwechselprodukte handelt. Diese können in späteren Phasen des Wachstums von Mikroorganismen wieder aufgenommen und im Stoffwechsel verarbeitet werden. Das trifft z. B. auf organische Säuren, Nitrate und Enzyme zu. Chemisch meßbar sind nur intermediäre Poolgrößen, die kaum eine Aussage über die tatsächliche Angriffsstärke zulassen. Mikrobiologische Untersuchungen zur Klärung der Kausalität sind daher unbedingt erforderlich.