Schneller Nachweis von Pathogenen

Bisher mussten Erreger aufwendig isoliert und durch Anlegen von Bakterienkulturen vermehrt werden. Das Team um Prof. Nicole Strittmatter von der TU München hat nun zusammen mit Wissenschaftlern des Imperial College London im Fachjournal Nature Communications seinen innovativen Ansatz für die Massenspektrometrie vorgestellt, mit dem sich hunderte medizinische besonders wichtige Bakterienarten zuverlässig nachweisen lassen – und das innerhalb weniger Minuten statt bislang mehrerer Tage.

Der innovative Ansatz besteht darin, nicht direkt nach den krankmachenden Bakterien zu suchen, sondern lediglich nach ihren Stoffwechselprodukten. Das ermögliche einen indirekten, aber sehr viel schnelleren Nachweis. Das Verfahren greift auf eine Datenbank zurück, die bislang 3.274 individuelle Bakterienstämme aus 233 medizinisch besonders wichtigen Bakterienspezies sowie deren Stoffwechselprodukte – wie Lipide und Metabolite – umfasst. Daraus werden dann Biomarker für die indirekte Detektion abgeleitet. So lassen sich mit der neuen Methode klinisch bedeutsame und hoch problematische Erreger identifizieren – etwa Neisseria gonorrhoeae, Pseudomonas aeruginosa, Helicobacter pylori oder Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA). Für viele dieser Bakterien gibt es bislang nur eingeschränkte Diagnose- und Therapieoptionen. Eine schnellere Identifikation der Erreger ermöglicht künftig eine deutlich frühere und gezieltere Behandlung der jeweiligen Erkrankungen.

Für die Untersuchungen der aktuellen Studie verwendete das Team gesundes und krankhaft verändertes gastrointestinales Gewebe sowie Stuhlproben und analysierte sie mittels Rapid Evaporative Ionization Massenspektrometrie (REIMS). Dabei wird das Probenmaterial lokal verdampft, die entstehenden Moleküle werden direkt ionisiert, was den Analyseprozess erheblich beschleunigt und eine aufwendige Probenaufbereitung überflüssig macht. Das räumlich aufgelöste Verfahren erlaubt auch die Analyse von Wirt-Mikroben-Interaktionen und die Identifikation immunologischer Nischen. Die Messung kann zudem voll automatisiert ablaufen und ermöglicht somit ein Hochdurchsatz-Screening.

Das neue Verfahren ist ein Weg in Richtung einer personalisierten Medizin, bei der die Therapie auf die Betroffenen abgestimmt werden kann, wie Strittmatter erklärt: „Durch zielgenaue Interventionen lässt sich die Chance auf einen Behandlungserfolg dramatisch verbessern. Als Analytiker entwickeln wir für die Mediziner hierfür moderne Werkzeuge und Methoden.“ Die Bacterial Priority Pathogens List der WHO umfasst lediglich 24 besonders gefährliche Erreger. Tatsächlich sind laut den Autoren jedoch über 1.400 bakterielle Krankheitserreger bekannt. Die Datenbank soll deshalb systematisch erweitert werden, um den Weg für den Routineeinsatz der Methode in der klinischen Praxis zu ebnen.