Fimbrien sind fadenförmige, haarartige Strukturen auf der Oberfläche von Bakterienzellen, die aus dem Protein Pilin bestehen. Sie sind deutlich kürzer und dünner als Flagellen und kommen in großer Zahl vor. Fimbrien spielen eine entscheidende Rolle bei der Anheftung von Bakterien an Oberflächen, Wirtszellen oder aneinander und sind daher ein wesentlicher Faktor für die Besiedlung und Infektionsfähigkeit (Pathogenität) vieler bakterieller Arten.

Fimbrien sind charakteristisch für gramnegative Bakterien, können aber auch bei einigen grampositiven Arten vorkommen. Sie sind typischerweise zwischen 1 und 2 Mikrometer lang und nur etwa 3 bis 10 Nanometer im Durchmesser. Ihre Hauptfunktion liegt in der Adhäsion, wobei spezifische Rezeptoren auf Oberflächen oder Wirtszellen erkannt werden. Die Adhäsion wird durch spezielle Adhäsionsmoleküle (Adhesine) an den Spitzen der Fimbrien vermittelt. Diese gezielte Bindung ermöglicht es pathogenen Bakterien, sich an Wirtsgewebe festzusetzen und eine Infektion einzuleiten, selbst unter schwierigen Bedingungen wie dem Fließen von Flüssigkeiten (z. B. Urin oder Blut).

Ein bekanntes Beispiel für die Funktion von Fimbrien sind uropathogene Escherichia coli (UPEC), die Harnwegsinfektionen verursachen. Diese Bakterien besitzen sogenannte Typ-I-Fimbrien, die es ihnen ermöglichen, an Epithelzellen der Harnwege zu haften. Ein weiteres Beispiel sind Fimbrien bei Neisseria gonorrhoeae, dem Erreger der Gonorrhö, die an Schleimhautzellen haften und so die Infektion fördern.

Neben der Adhäsion können Fimbrien auch eine Rolle in der Biofilmbildung spielen. Biofilme sind komplexe mikrobielle Gemeinschaften, die auf Oberflächen haften und durch eine schützende extrazelluläre Matrix abgeschirmt werden. Fimbrien erleichtern die erste Anheftung an die Oberfläche und fördern die Interaktion zwischen einzelnen Bakterien, was zur Stabilität des Biofilms beiträgt. Dies hat erhebliche klinische Relevanz, da Biofilme oft resistent gegen Antibiotika sind und bei Infektionen von Kathetern, Implantaten oder anderen medizinischen Geräten auftreten.

Fimbrien sind jedoch nicht nur auf pathogene Bakterien beschränkt. Auch nicht-pathogene Arten nutzen Fimbrien für die Adhäsion an Oberflächen in ihrer natürlichen Umgebung, beispielsweise im Boden oder in Gewässern. Dies kann dazu beitragen, Nährstoffe effizienter aufzunehmen oder sich vor Feinden zu schützen.

Ein verwandter Begriff zu Fimbrien sind Pili (Einzahl: Pilus). Obwohl die Begriffe oft synonym verwendet werden, gibt es funktionelle Unterschiede. Pili sind in der Regel länger und weniger zahlreich als Fimbrien und sind häufig mit spezifischen Prozessen wie dem Gentransfer (Konjugation) verbunden. Dennoch gibt es fließende Übergänge zwischen beiden Strukturen, da sie beide aus ähnlichen Proteinen bestehen und ähnliche Mechanismen zur Bildung und Funktion verwenden.

Die genetische Regulation der Fimbrienbildung ist hochkomplex und erlaubt es Bakterien, die Expression je nach Umweltbedingungen anzupassen. Dies ist besonders wichtig, um die Erkennung durch das Immunsystem des Wirts zu vermeiden oder in unterschiedlichen Phasen einer Infektion spezifische Fimbrien zu exprimieren.

Zusammenfassend sind Fimbrien multifunktionale Strukturen, die eine entscheidende Rolle für die Überlebens- und Anpassungsfähigkeit von Bakterien spielen. Sie ermöglichen die Anheftung an Oberflächen, fördern die Biofilmbildung und tragen zur Pathogenität vieler bakterieller Erreger bei. Durch ihre zentrale Bedeutung in Infektionsprozessen sind sie ein wichtiges Ziel für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze, wie etwa die Blockierung der Adhäsion zur Prävention von Infektionen.