Resistente Bakterien schneller erkennen
Krankenhauskeime fordern Jahr für Jahr viele Todesopfer. Ein Forschungsteam der Uni Basel hat ein neues Testverfahren entwickelt, das besonders präzise ist.
Schematische Darstellung der Funktionsweise des Cantilever-Teststystems zum Nachweis von Antibiotika-Resistenzen.
(Bild: Departement Physik und Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel)
Nach Schätzung der WHO sterben über 700.000 Menschen jährlich an Keimen, die gegen Antibiotika resistent sind. Und die Situation verschlimmert sich weiter: Es gibt das Schreckensszenario, dass diese Zahl bis 2050 auf bis zu 10 Millionen Opfer pro Jahr steigen könnte.
Wirken vielfach verwendete Antibiotika nicht mehr, werden Krankheiten, die eigentlich gut behandelbar sind – etwa bakterielle Lungenentzündungen, Bluterkrankungen oder Geschlechtskrankheiten – wieder lebensbedrohlich. Medizinerinnen und Mediziner müssen im Zweifelsfall sehr schnell reagieren und wissen, welches Medikament einzusetzen sich bei einem Patienten eher lohnt als ein anderes.
Kultivierung nicht mehr notwendig
Auch wer den Einsatz von Arzneimitteln langfristig planen will, ist auf diese zentrale Erkenntnis angewiesen. Auf welche Antibiotika können wir noch längerfristig zählen? Resistenz wird üblicherweise so getestet, dass Bakterienstämme kultiviert und probeweise mit Antibiotika zusammengebracht werden. Diese Methode braucht zwei bis drei Tage und ist nicht für jede Bakterienart geeignet. Letzteres gilt auch für molekularbiologische Ansätze wie PCR-Tests, aus der Corona-Diagnostik aktuell in aller Munde.
Ein Wissenschaftlerteam an der Universität Basel, das sich aus dem Lehrstuhl für Biomedizin und dem Swiss Nanoscience Institute (SNI) zusammensetzt, hat nun ein besonders empfindliches Testsystem entwickelt, das Multiresistenzen bei Bakterien enorm schnell erkennen können soll. Bei dem sogenannten Cantilever-Testverfahren dienen winzige Federbalken als Fläche, an die sich RNA-Moleküle potenziell binden. Ist dies der Fall, verbiegen sie sich.
Um eine mögliche Resistenz zu erkennen, reicht bereits die Probe eines einzelnen Bakteriums, und schon bei einer Menge von 10 Bakterien ist es möglich, mittels der RNA einzelne Mutationen nachzuweisen. "Wenn wir bestimmte Gene oder Mutationen im Genom der Bakterien nachweisen können, wissen wir, welche Antibiotika-Resistenzen die Bakterien aufweisen", erklärt Prof. Dr. Adrian Egli, der mit seinem Team am Universitätsspital Basel die Forschung mitdurchführte.
Fünf Minuten Testdauer
Auf den Federbalken (Cantilever) wurden im Versuch die Abschnitte von drei Genen befestigt, die mit einer Resistenz gegenüber dem Antiobiotikum Vancomycin in Verbindung gebracht werden. Die RNA wird dann aus den Bakterien extrahiert und über die Cantilever ausgebreitet. Passen die RNA-Moleküle der Resistenzgene und zu der RNA der Bakterien, binden sie sich so, dass die Federbalken sich kaum merklich verbiegen. Ein Laser erkennt die winzige Krümmung im Nanometer-Ausmaß. Das geht minutenschnell. "Der große Vorteil der von uns entwickelten Methode ist ihre Schnelligkeit und Sensitivität", erklärt Dr. François Huber, Erstautor der Studie. "Wir konnten innerhalb von fünf Minuten winzige Mengen von spezifischen RNA-Stücken nachweisen."
Ein weiteres entscheidendes Plus des Verfahrens ist, dass die Proben hierfür weder vervielfältigt noch markiert werden müssen, wie bei anderen Methoden üblich.
Über die Testvariante können zudem Punktmutationen nachgewiesen werden, die häufig bei Resistenzbildung, zum Beispiel gegen Ampicillin und weitere Betalaktam-Antibiotika, auftauchen. Mit diesen Wirkstoffen fanden auch die Analysen statt. Die Ergebnisse erschienen im Journal "Global Challenges".
Redaktionsassistenz: Ramona Raabe
(bsc)
