Schneller sein als die Bakterien

11. Dezember 2012, 20:19
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Bei einer Sepsis muss der Erreger so schnell wie möglich genau identifiziert werden - Bislang konnte das Tage dauern - Eine Erfindung macht es nun möglich, den Befund in weniger als drei Stunden vorzulegen

Die Bedrohung wird häufig unterschätzt. Jedes Jahr erkranken in Österreich zehntausende Menschen an Sepsis, und geschätzte 6000 bis 7500 von ihnen sterben daran. In den meisten Fällen trifft es Senioren, Säuglinge und andere Menschen mit einem schwachen Immunsystem, aber manchmal auch Kerngesunde. Eine tückische Krankheit.

Sepsis entsteht, wenn sich Bakterien von einem ursprünglich lokal begrenzten Entzündungsherd, zum Beispiel in den Lungen, im Blut und weiteren Organen ausbreiten. Das Ergebnis ist eine Art Ganzkörperinfektion mit oft tödlichem Ausgang. Das Immunsystem reagiert extrem heftig. Es versucht, die Keime mit hohem Fieber und biochemischen Abwehrmaßnahmen in Schach zu halten. Leider schaden diese Angriffe auch dem eigenen Organismus, die Lage verschlimmert sich. Ärzte verabreichen zum Abtöten der Bakterien Antibiotika. Mitunter jedoch wird das gefährliche Leiden auch durch Pilze ausgelöst.

Die wichtigste Frage im Falle einer möglichen Sepsis lautet: Mit welchem Erreger haben es die behandelnden Mediziner zu tun? Nur wenn dies bekannt ist, kann eine optimale, gezielte Bekämpfung der Invasoren erfolgen. Die exakte Artbestimmung ist somit ein essenzieller Teil der Diagnose. "Bisher machen das alle Kliniken durch das Anlegen von Bakterienkulturen", erklärt der Molekularbiologe Gernhard Ronacher.

Man isoliert einige Keime aus dem Blut des Patienten, überträgt sie in ein Nährmedium, und lässt sie sich bei 37 Grad vermehren. Anschließend liegen genug Zellen vor, um sie mittels klassischer Methoden mikroskopisch zu identifizieren. "Das dauert aber mindestens drei bis vier Tage", sagt Ronacher. Wertvolle Zeit verstreicht. Für den Patienten kann es dabei leicht um Leben und Tod gehen.

Erbgut vervielfachen

Gernhard Ronacher hat nun ein wesentlich schnelleres Verfahren entwickelt. Der Forscher ist Mitbegründer und wissenschaftlicher Leiter der Firma Anagnostics Bioanalysis mit Sitz in St. Valentin, die von der niederösterreichischen Landesgesellschaft Tecnet (siehe Wissen). Die von ihm erdachte Methode basiert zunächst auf einer Standardtechnik aus der Molekulargenetik, der DNA-Polymerase-Kettenreaktion, kurz PCR.

Mit ihr lassen sich geringe Mengen Erbgut durch den geschickten Einsatz spezieller Enzyme künstlich reproduzieren. Das Ergebnis ist eine große Menge Kopien der ursprünglichen DNA-Sequenz, die es zu untersuchen gilt. Die DNA-Vervielfältigung verläuft wesentlich schneller als die Vermehrung der Erreger selbst. Sie bedarf nur anderthalb Stunden statt mehrerer Tage.

Für die auf den Namen "hybcode" getaufte Technik von Ronachers Firma wird ausschließlich DNA aus den Ribosomen (rDNA) von Krankheitserregern verwendet. Ribosomen sind winzige Funktionseinheiten von Zellen, die für die Produktion von Aminosäuren-Ketten, dem Rohstoff der Proteinsynthese, verantwortlich sind. Ein bestimmtes rDNA-Fragment eignet sich besonders gut zu Analysezwecken. "Es ist eine der am stärksten konservierten Sequenzen, die es bei Bakterien gibt", betont Ronacher. Zwischen den verschiedenen Spezies gibt es nur kleine Unterschiede, doch die lassen sich gut erkennen. Und sie ermöglichen eine eindeutige Identifizierung des Trägers.

Um das Erkennungsverfahren erfolgreich durchführen zu können, muss allerdings zuerst die Mikroben-rDNA in Reinform vorliegen. Die Proben dürfen keine Reste menschlicher DNA mehr enthalten. Für diesen Prozessschritt setzen die Experten von Anagnostics die Aufbereitungstechnik eines deutschen Partnerunternehmens ein.

Sobald die zu untersuchende rDNA in ausreichend vervielfältigter Menge vorliegt, geht es an die Identifizierung. Der Trick dabei: Die Kopien werden mit Molekülen eines fluoreszierenden Farbstoffs ausgestattet. Für die genaue Erkennung werden die reproduzierten, einsträngigen rDNA-Fragmente auf eine Probeplatte mit unterschiedlicher, ebenfalls einsträngiger Referenz-DNA ausgebracht. Jede davon entspricht der Struktur der rDNA einer bekannten Bakterienart.

Das künstlich vermehrte Erbgut des noch unbekannten Krankheitserregers bindet sich an das entsprechende Gegenstück auf der Platte, und nur dort entsteht im darauffolgenden Schritt mittels Zugabe von DNA-Bausteinen und dem Enzym ein stabiler Doppelstrang. Dadurch bleibt nach gründlichem Spülen der Probeplatte lediglich an einer Stelle die fluoreszenzmarkierte DNA haften. Jetzt kann der Analytiker genau erkennen, welche Erregerspezies die Sepsis ausgelöst hat.

Pilze und Antibiotika

Zurzeit können im "hybcode"-Verfahren 16 verschiedene Bakterienarten nachgewiesen werden. "Das deckt etwa 95 Prozent der bakteriellen Infektionen ab", sagt Ronacher. Ein Ärzteteam des Berliner Charité-Hospitals testet die Technologie momentan auf ihre Praxistauglichkeit. Im kommenden Jahr soll das Erkennungsspektrum auf rund 30 Spezies ausgeweitet werden. Für Frühjahr 2013 plant Anagnostics auch die Einführung einer auf dem selben Prinzip beruhenden Methode zur Schnellidentifizierung von krankheitserregenden Pilzen.

Das Aufspüren von eventuell vorhandenen Antibiotika-Resistenzen dürfte ebenfalls schon bald mittels "hybcode" möglich sein, meint Ronacher. " Aber das ist technisch sehr kompliziert." Der Hintergrund: Die für die Resistenz verantwortlichen Gene sind nicht in der rDNA nachweisbar. Sie sind stattdessen Bestandteil bakterieller Chromosomen oder befinden sich, wie meist der Fall ist, in Plasmiden, kleinen, ringförmigen und quasi selbstständigen DNA-Molekülen.

Deshalb müssen für den Nachweis eines antibiotikaresistenten Bakterienstamms nicht ein einziger, sondern jeweils fünf bis zehn unterschiedliche DNA-Abschnitte vervielfältigt werden, betont Ronacher. Doch auch das lasse sich wahrscheinlich bis kommenden Sommer realisieren. Wenn ja, wäre dies ein enormer Fortschritt. (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 12.12.2012)

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    Keime abtöten lautet die Devise, um eine Sepsis zu verhindern. Eine gezielte Bekämpfung der Invasoren ist entscheidend.

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