Innovative Diagnostik: Bakterien lassen Sonden leuchten

hzi_wiss_manfred_rohde

Mit Affenpocken und Corona liegt der Fokus gerade auf Viren. Dabei verursachen auch Bakterien große Probleme. Ihre zunehmenden Resistenzen gegen Antibiotika verstärken diese. Um bakterielle Krankheitserreger in klinischen Proben nachzuweisen, haben deutsche und israelische Forschende spezielle molekulare Sonden mit Lichtsignal entwickelt.

Wer sich mit Bakterien infiziert, wird häufig mit Antibiotika behandelt. Das führt in Krankenhäusern durch resistente Keime immer mehr zu Schwierigkeiten. Eine verbesserte Diagnostik ist ein wichtiges Element im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen. Dazu will ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Mark Brönstrup vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) nun mit neuartigen Sonden beitragen. Leuchten sie auf, signalisiert das eine Infektion. Ein Vorteil sei, „dass nur lebende Bakterien nachgewiesen werden. Wenn die Sonden aufleuchten, liegt also eine aktive Infektion vor", sagt Brönstrup, Leiter der Abteilung „Chemische Biologie" am HZI und Wissenschaftler am DZIF im Forschungsbereich „Neue Antibiotika". Andere molekulare Diagnostikmethoden wie die Massenspektrometrie oder die Polymerasekettenreaktion unterscheiden nicht zwischen toten und lebenden bakteriellen Zellen.

Die Sonden könnten zudem Bakterien nachweisen, die sich innerhalb von Wirtszellen vermehren, wie Brönstrup erläutert. Die technischen Anforderungen zum Nachweis der Sonden in klinischen Proben wie Blutplasma seien vergleichsweise niedrig. Daher könnte das System zukünftig auch abseits spezialisierter Labore zum Einsatz kommen. Außer in klinischen Proben könnte die Methode in der Lebensmittelhygiene eingesetzt werden. Darüber hinaus könne das Siderophor-basierte System angepasst werden und anstelle der leuchtenden Sonden etwa antimikrobielle Wirkstoffe einschleusen. Die HZI-Forscher:innen sehen in ihrem „Lichtblick in der Diagnostik" viele Anwendungen für die molekularen trojanischen Pferde.

Hintergrund:
Für ihre Lichtdiagnostik nutzten die Forscher:innen eine Molekülklasse, mit der Bakterien eisenhaltige Verbindungen aufnehmen – die Siderophore. Bakterien nehmen Siderophore auf, auch wenn diese chemisch nicht genau denen entsprechen, die sie selber herstellen, sagt Carsten Peukert, Doktorand in der Abteilung „Chemische Biologie" am HZI und Erstautor der Studie. Die Siderophore fungieren damit als molekulare trojanische Pferde. Denn an die Siderophore koppelten die Forscher:innen ein Molekül der Gruppe Dioxetane. Mit Dioxetanen verwandte Moleküle sind auch in Glühwürmchen für das charakteristische Leuchten verantwortlich. Eine externe Lichtquelle ist dafür nicht notwendig. Damit die Sonden jedoch nur spezifisch in Bakterien leuchten, integrierten die Forscher:innen einen molekularen Lichtschalter. Dieser wird betätigt, wenn Bakterien die Sonden in ihrem Zellinneren enzymatisch spalten.
Mit der speziellen molekularen Sonde kann das Forschungsteam alle ESKAPE-Pathogene nachweisen. Der Begriff fasst verschiedene Erreger, darunter die Enterobacter-Spezies, zusammen. Alle gelten als typische Vertreter der Krankenhauskeime und sind besonders häufig resistent gegen Antibiotika.

Die Studie wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance und dem Fonds der Chemischen Industrie gefördert.
Das Team des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig, des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF) und der Tel Aviv University, Israel, veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.
ORIGINALPUBLIKATION:
Carsten Peukert, Sachin Popat Gholap, Ori Green, Lukas Pinkert, Joop van den Heuvel, Marco van Ham, Doron Shabat, Mark Broenstrup. Enzyme-activated, Chemiluminescent Siderophore-Dioxetane Probes Enable the Selective and Highly Sensitive Detection of Bacterial ESKAPE Pathogens. Angewandte Chemie International Edition. Mai 2022 DOI: 10.1002/anie.202201423
Foto: Elektronenmikroskopische Aufnahme von Staphylococcus aureus, einem der Erreger, den die neuen Sonden nachweisen können. © HZI / Manfred Rohde; PM 05-31-2022-Diagnostik

powered by webEdition CMS