Infektionserreger in nur einer Stunde erkennen

Potsdam / Chemnitz. Typ-2-Diabetiker leiden ja oft an schlecht heilenden, infizierten Wunden an den Füßen. Bisher dauere es jedoch zwei Tage, um über eine Bakterienkultur die Erreger und ihre Resistenzen zu identifizieren, erinnert die Fraunhofer-Gesellschaft in einer Mitteilung.

Einen Schnelltest, der den Erregernachweis innerhalb von nur einer Stunde liefern soll, haben nun Forscher der Fraunhofer-Institute für Zelltherapie und Immunologie (IZI-BB) und für Elektronische Nanosysteme (ENAS) entwickelt. Partner der beiden Institute ist das Unternehmen BiFlow Systems.

Statt wie bisher eine Bakterienkultur anzulegen und zu beobachten, wie die Bakterien auf verschiedene Antibiotika reagieren, analysiert der Schnelltest die DNA der Bakterien. „Der Arzt nimmt einen Abstrich der Wunde und gibt die Wundflüssigkeit auf den Eingangsbereich der etwa Smartphone-großen Kartusche“, berichtet die Fraunhofer-Gesellschaft. Im Inneren werden die Bakterien extrahiert, ihre DNA freigelegt und zerteilt.

Biosensor mit „Fängermolekülen“

Auf einem Biosensor, der in der Kartusche integriert ist, befinden sich spezielle „Fängermoleküle“: Sie bilden das passende Gegenstück zu den Erbgutsträngen der Bakterien beziehungsweise des mutierten Erbguts, das bestimmte Resistenzen hervorruft.

Passt ein Erbgutstrang zu einem bestimmten Fänger, bindet dieses DNA-Stück daran, während die Erbgutstränge an allen anderen Fängern durch einen Spülgang entfernt werden. Das Leuchten der fluoreszenzmarkierten bakteriellen DNA verrät, an welchen Fängermolekülen das Erreger-Erbgut gebunden hat – und somit auch, um welche Erreger es sich handelt und welche Resistenzen diese aufweisen.

Bei der Entwicklung des Tests haben drei Forschergruppen zusammengearbeitet: Das Forscherteam vom Fraunhofer ENAS hat Teile der Probenvorbereitung der DNA-Stränge entwickelt. „Wir haben beispielsweise dabei geholfen, dass die DNA der Erreger in Stücke passender Länge verdaut wird und somit an die immobilisierten Fängermoleküle binden kann“, wird Andreas Morschhauser, Gruppenleiter am Fraunhofer ENAS, in der Mitteilung zitiert.

Das Unternehmen BiFlow Systems stellte die Kartusche bereit, die sowohl den Biochip aufnimmt als auch das gesamte Probenhandling realisiert. Die Wissenschaftler sorgten unter anderem dafür, dass die Flüssigkeiten durch den Chip bewegt werden – etwa indem elektrisch gesteuert Gas erzeugt wird, das eine Membran wie einen Ballon aufbläst und somit die Flüssigkeit weiterpumpt. Die Kollegen des Fraunhofer IZI-BB konzipierten den Biochip. „Auf 5 x 5 Millimetern können wir – wenn nötig – bis zu 400 unterschiedliche Fängerstränge unterbringen, in Abständen von weniger als hundert Mikrometern“, beschreibt Dr. Harald Peter, Gruppenleiter am Fraunhofer IZI-BB, den Biosensor.

Viele Anwendungen denkbar

Der Schnelltest lasse sich auch bei einer Sepsis oder im Veterinärbereich für eine Mastitis bei Milchkühen einsetzen, heißt es in der Mitteilung. Nötig sei dafür nur ein anderer Biochip mit angepassten Fängermolekülen. „Innerhalb von zwei Wochen können wir den Biochip an eine andere Fragestellung anpassen“, berichtet Peter.

So könne der Schnelltest für Blut, Urin oder Kot ausgelegt werden. In etwa zwei bis drei Jahren könnte der Schnelltest auf dem Markt sein, so die Schätzung der Experten. (eb)