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Chip identifiziert bakterielle Infektion innerhalb von Minuten anstatt Tagen

Bakterielle Infektionen töten Millionen weltweilt. Patienten werden meist erstmals kalkuliert mit einem Breitbandantibiotikum behandelt, oder dem Antibiotikum, das am ehesten gegen den vermuteten Erreger hilft. Sobald der genaue Erreger bekannt ist, wird auf ein geeigneteres Antibiotikum umgestellt, sofern vorhanden. Dabei können Tage vergehen, sehr wertvolle Tage, die den Patienten das Leben kosten können. Die falsche Anwendung von Antibiotika, also deren zu kurze Anwendung, deren Über- oder Unterdosierung oder die Anwendung über zu lange Zeit des falschen Spektrums führt außer zu eventuellen Todesfällen, auch zur Resistenzbildung von Bakterien.

Forscher der University of Toronto (Kanada) haben nun einen Chip entwickelt, welcher nicht nur das bestimmte Bakterium erkennt, sondern auch weiß, auf welches Antibiotikum der Erreger sensibel und resistent ist. Eine bahnbrechende Erfindung. Der Artikel wurde in der Online Ausgabe von Nature Communications vom 12. Juni 2013 veröffentlicht. Für einige wenige Erreger gibt es bereits solche elektronischen Anwendungen mit genügend hoher Sensitivität und Sensibilität. Was es bis dato noch nicht gab, ist eine Anwendung, welche sehr viele Biomarker abdeckt, sodass fast alle oder bestenfalls alle Erreger damit erkannt werden können. Laut Prof. Shana Kelley und ihrem Team war eine der Hürden eine geeignete Möglichkeit zu finden, sehr viele Elektroden-basierte Sensoren auf einem handlichen Gerät zu platzieren. Sie fanden eine Möglichkeit und testeten den Chip, welcher auf Flüssigkeiten reagiert, um die Erreger von Harnwegsinfektionen und deren Resistenzen zu identifizieren. Es funktionierte, innerhalb von zwei Minuten.

Der Chip ist gerade einmal so groß wie ein Knopf und enthält Silizium. Auf dem Chip befinden sich verschiedene Moleküle, die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an bestimmte Erkennungsmerkmale der Krankheitserreger und ihre Resistenzgene binden. In jeder Mikrovertiefung befinden sich andere Moleküle. Kommt eine Bindung zustande, wird ein elektrisches Signal gemessen. Aus der Entstehungsstelle des elektrischen Impulses können die Forscher schließen, an welches Molekül die Probe gebunden hat. So lässt sich das krankheitsauslösende Bakterium oder ein Resistenzgen identifizieren. Mit dem Chip können auch mehrere Bakterien gleichzeitig erkannt werden.

In der Studie arbeiteten Chemiker, Computeringenieure, Biologen, Pharmazeuten und Mediziner zusammen. Wir sind gespannt, wann der Chip marktreif ist, und wann es etwas Vergleichbares auch für Viren und andere Erreger geben wird.

Quelle: Lam B. and Kelley S. O. et al.: Solution-based circuits enable rapid and multiplexed pathogen detection, Nature Communications 2013, doi:10.1038/ncomms3001