Der Nachweis schädlicher bakterieller Mikroorganismen ist sowohl in der Krankheitsdiagnostik als auch in der Lebensmittelherstellung sehr wichtig. Mehrere Millionen stecken sich jährlich mit bakteriellen Krankheitserregern an. Doch die bisherigen Methoden für deren Nachweis kosten Zeit und Geld – oder sie lassen sich nur von Fachpersonal durchführen. Zudem kann hier nur festgestellt werden, ob die Krankheitserreger vorhanden sind, nicht ob sie auch aktiv oder nur die Zerfallsprodukte vorhanden sind.
Identifizierendes Zuckermolekül
Für die Entwicklung einer neuen Testmethode nutzten die Forschenden der Goethe-Universität Frankfurt das Erkennungsmuster der Bakterien aus. Mikroorganismen befallen immer nur bestimmte Körperzellen, die sie anhand eines Zuckermoleküls, der Glykokalyx, erkennen. Die Glykokalyx ist bei jedem Zelltyp unterschiedlich, wodurch die Bakterien genau wissen, wo sie andocken müssen. Kennt man die Struktur des Zuckermoleküls, kann man dies sozusagen als Köder für das Bakterium nutzen.
Genau dies haben die Forschenden getan, um einen bestimmten Stamm von E. coli nachzuweisen. „Wir wussten, welche Zellen der Erreger normalerweise infiziert. Das haben wir genutzt, um unseren Chip mit einer künstlichen Glykokalyx zu überziehen, die die Oberfläche dieser Wirtszellen imitiert. An dem Sensor bleiben daher nur Bakterien von dem gewünschten E.-coli-Stamm kleben,“ erläutert Prof. Andreas Terfort, Institut für Anoragnische und Analytische Chemie, das Vorgehen.
Effektivität des Sensors
Die Forschungsgruppe um Terfort überzog einen Chip mit einer künstlichen Glykokalyx, an der nur E. coli bindet. Aufgrund der kleinen Ärmchen von E. coli, den Pili, erkennt das Bakterium den Wirt. Da zahlreiche Pili an einem Bakterium vorhanden sind, bindet es besonders stark an den Sensor. Verfügen Mikroorganismen nicht über die passenden Ärmchen, können sie auch nicht an die Glykokalyx des Sensors binden. Zudem befestigten sie die Zuckermoleküle an einem leitfähigen Polymer. „Über diese ‚Drähte‘ können wir durch Anlegen einer elektrischen Spannung ablesen, wie viele Bakterien an den Sensor gebunden haben,“ erklärt Sebastian Balser, Doktorand und Erstautor.
In der Studie testen die Forschenden die Effektivität des Sensors mit einer Mischung der gesuchten E. coli-Bakterien gemischt mit harmlosen E. coli-Bakterien. „Unser Sensor konnte die schädlichen Mikroorganismen auch noch in sehr geringen Mengen nachweisen“, erklärt Terfort. „Er lieferte zudem umso stärkere Signale, je höher die Konzentration der gesuchten Bakterien war.“ In einem nächsten Schritt möchte die Forschungsgruppe den neuen Sensor in der Praxis testen. Der neue Sensor könnte vor allem in Regionen verwendet werden, in denen keine Krankenhäuser mit aufwändiger Labordiagnostik vorhanden sind.
Quelle: idw
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