Tausendsassa im Kleinstformat - DNA-Chips immer vielfältiger

Methicillin-resistente Stämme von Staphylococcus aureus (MRSA) sind gefürchtete Verursacher von Krankenhaus-Infektionen. Seit kurzem treten sie auch völlig unabhängig von Kliniken bei Menschen auf, die keines der bekannten Risiken haben, wie schwere Grunderkrankung, vorangegangene Antibiotika-Therapie oder stationäre Versorgung.

Solche "community acquired" MRSA (cMRSA) sind auch in Deutschland bei Furunkulosen oder Abszessen der Haut nachgewiesen worden. Aus dem ambulanten Bereich können cMRSA wiederum ins Krankenhaus gelangen. Neue DNA-Chips sollen die Erreger samt Resistenzspektrum rasch identifizieren.

Forscher des Nationalen Referenzzentrums Staphylokokken am Robert-Koch-Institut in Werningerode arbeiten an der Entwicklung solcher DNA-Chips mit dem Institut für Technische Biotechnologie der Universität Stuttgart zusammen. Dr. Till T. Bachmann aus Stuttgart hat bei einer Tagung der DECHEMA in Frankfurt am Main das Projekt vorgestellt. Mit dem S.-aureus-Chip läßt sich gleichzeitig auf Resistenzen gegen Methicillin, Gentamicin, Erythromycin, Tetrazyklin, Streptogramin, Fluorchinolon und Rifampicin testen.

Die DNA-Technik ist so verfeinert worden, daß ein Nachweis mit einer Sensitivität von einer Kolonie-bildenden Einheit (cfu) innerhalb von vier bis fünf Stunden möglich ist. Beispiel: Ein Test auf nosokomiale Pneumonien und Sepsis. 18 verschiedene Spezies, von Pseudomonaden, Klebsiellen, Enterobakterien, Staphylo- und Streptokokken bis zu Haemophilus influenzae, lassen sich mit einem Chip identifizieren.

Ein Nadelöhr für DNA-Chips oder andere Tests im Kleinformat (etwa die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung FISH) ist die Vermischung der Reagenzien. Sie kostet Zeit und Material. Beides wollen Forscher von der Universität Augsburg in Zusammenarbeit mit dem Münchener Unternehmen Implen verringern.

Der Experimentalphysiker Professor Achim Wixforth aus Augsburg hat ein Verfahren entwickelt, bei dem 50-Mikroliter-Tröpfchen biologischer Agenzien durch Oberflächen-Schallwellen auf einem Silizium-Chip bewegt und punktgenau justiert werden können. Die Tröpfchen werden aus verschiedenen Richtungen beschallt. Die Richtung und die Amplitude der Wellen sind die Variablen, über die sich feinabstimmen läßt, wo der Tropfen auf dem Chip sitzt. Schallwellen von der Unterseite des Chips erzeugen Strömungen in den Tropfen, um die Reagenzien darin zu mischen. "Das schnelle Erzeugen homogener Mischungen spart Material und verkürzt Hybridisierungszeiten", erläuterte Wixforth.

Die Technik wird gerade für PCR-Analysen entwickelt. Dabei wird die Silizium-Oberfläche zunächst mit Enzymen und DNA beschichtet - es können verschiedene Ausgangsmoleküle an verschiedenen Orten auf dem Chip sein. Dann werden die Tropfen gezielt an die richtige Stelle "geschallt". Nach dem Mischen bekommen sie eine kleine Öl-Decke übergestülpt, damit sie durch die Hitze der PCR-Reaktion nicht platzen. Das Projekt wird vom Bundesforschungsministerium finanziell gefördert.