Leuchtende Sonde erkennt bakterielle Krankheitserreger

Braunschweig – Eine neue Sonde soll Bakterien hochsensitiv direkt in medizinischen Proben erkennen und dadurch Antibiotikaresistenzen entgegenwirken. Ein Team des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF), des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und der Tel Aviv University, Israel hat Forsch­ungsergebnisse zu der neuen Sonde veröffentlicht (Angewandte Chemie, international edition, DOI: 10.1002/anie.202201423)

Die Bakterien aktivieren die Sonden über enzymatische Spaltung und bringen sie zum Leuchten. Das funktio­niert über sogenannte Dioxetane. Diese Stoffgruppe ist verwandt mit Molekülen, die auch Glühwürmchen für das charakteristische Leuchten verantwortlich sind. Die Forschenden koppelten Dioxetone an Siderophore – eine Molekülklasse, mit deren Hilfe Bakterien eisenhaltige Verbindungen aufnehmen.

„Eisen ist im Körper ein knappes Gut. Daher nehmen Bakterien auch Siderophore auf, die chemisch nicht ge­nau denen entsprechen, die sie selber herstellen“, sagte Carsten Peukert, Doktorand und Erstautor der Studie. Die Siderophore sei daher prädestiniert für den Einsatz als „trojanisches Pferd“, erklärte Peukert.

Zudem habe die Methode den Vorteil, dass nur lebende Bakterien nachgewiesen würden, sagte Mark Bröns­trup, Wissenschaftler am DZIF im Forschungsbereich „Neue Antibiotika“ und Leiter der Abteilung „Chemische Biologie“ am HZI. „Wenn die Sonden aufleuchten, liegt also eine aktive Infektion vor.“ Dies sei mit anderen Methoden wie der Massenspektrometrie oder die Polymerasekettenreaktion nicht möglich.

Mithilfe der Sonde hat das Forschungsteam typische und für Resistenzen bekannte Krankenhauskeime nach­weisen können, die unter dem Akronym ESKAPE zusammengefasst werden: Enterococcus faecium, Staphylo­coccus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, und Enterobacter-Spezien.

„Besonders gramnegative Bakterien wie Pseudomonaden oder Klebsiellen, die über zwei Zellmembranen verfügen, konnten bisher mit den Vorläufern unserer Sonden nicht zuverlässig markiert werden“, erläuterte Brönstrup. Das Team habe das System nun so weiterentwickelt, dass auch diese Gruppe nachweisbar sei.

Die kulturelle Anzüchtung von Krankheitserregern brauche dagegen weitaus mehr zeit und funktioniere häufig nicht mehr, sobald eine Person bereits mit Antibiotika behandelt worden sei. Daher sei die Sonde ein wichtiger Schritt um der Entwick­lung von Antibiotikaresistenzen entgegenzuwirken.

Neben dem Einsatz in klinischen Proben ist Brönstrup zufolge auch der Einsatz in der Lebensmittelhygiene denkbar. Zudem könne das siderophorbasierte System auch angepasst werden und anstatt der leuchtenden Sonden etwa antimikrobielle Wirkstoffe einschleusen.

mim